一种W型涡轮叶片气膜孔

技术领域

本发明属于航空发动机领域，涉及涡轮叶片冷却设计技术，具体涉及一种W型涡轮叶片气膜孔。

背景技术

现代航空燃气涡轮发动机为了获得更高的推重比和热效率，不断提高涡轮入口温度，目前涡轮进口温度已经远远超过叶片材料的熔点温度，必须采用复杂的冷却技术来保持涡轮叶片的正常工作。

涡轮叶片冷却技术分外部冷却和内部冷却，其中外部冷却是在涡轮叶片表面布置一系列气膜孔，冷气从气膜孔流出后覆盖在叶片表面，以隔离叶片与燃气从而降低叶片温度，因此气膜孔的气膜覆盖效果对涡轮叶片冷却设计非常重要。

目前现有气膜孔多为圆心气膜孔，该结构气膜孔形成的气膜覆盖范围比较窄，隔热效果差，不利于叶片降温。

发明内容

本发明的目的在于解决现有圆心气膜孔引起的气膜覆盖范围窄，叶片降温效果差的问题，设计了一种W型涡轮叶片气膜孔，该结构的气膜孔能够大幅度提高冷气在叶片表面的覆盖范围，可以大幅度提高叶片的冷却效果。

实现发明目的的技术方案如下：一种W型涡轮叶片气膜孔，包括圆柱孔段，所述圆柱孔段上沿气流方向末端设有凹槽，所述凹槽的两侧对称设有第一分支和第二分支，且所述第一分支和第二分支均逐渐远离圆柱孔段中心线且朝向气流方向下游延伸。

所述圆柱孔段上沿气流方向末端且与所述斜凹槽相对的位置设有凸起，所述凸起逐渐远离圆柱孔段中心线且朝向气流方向下游延伸。

所述第一分支、所述第二分支、所述斜凹槽、所述凸起四者形成W型气膜孔头部。

进一步地，所述凹槽为斜凹槽，且所述斜凹槽沿气流方向上逐渐向靠近圆柱孔段中心线倾斜。

更进一步地，所述斜凹槽与所述圆柱孔段中气流方向夹角为15～20°。

进一步地，所述第一分支和所述第二分支的气流方向末端为圆弧状，且所述圆弧状的半径定义为R，R为圆柱孔段直径的0.1～0.3倍。

更进一步地，所述第一分支与所述第二分支的圆弧中心点之间的距离定义为L3，L3为圆柱孔段直径的2.5～3.5倍。

进一步地，所述第一分支、所述第二分支、以及所述凸起三者气流方向末端齐平，且三者的气流方向末端与所述圆柱孔段气流方向末端之间的距离定义为L4，L4为圆柱孔段直径的0.9～1.1倍。

更进一步地，所述W型气膜孔头部中，W型外侧边长度为所述第一分支及所述第二分支的气流流通长度L1，W型内侧边长度为L2，其中，L1为圆柱孔段直径的1.2～1.4倍，L2为圆柱孔段直径的0.6～0.7倍.

更进一步地，W型外侧边与其相邻的W型内侧边之间的夹角为80°～90°，且相邻两个W型内侧边之间的夹角为70°～80°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开的W型涡轮叶片气膜孔，当冷气从气膜孔流出时，由于斜凹槽的作用，气流被强行往下游壁面上压，同时并被分成三股，其中两股经第一分支和第二分支流出，第三股冷气被往下游壁面上压使得冷气向更贴近下游壁面方向流出，三股冷气能够大幅度提高壁面的覆盖效果，使得冷气展向的覆盖范围变宽，气膜覆盖效果增强，在相同冷气条件下，本发明设计的W型涡轮叶片气膜孔相比于圆柱型气膜孔，气膜孔冷却效率能够提升220％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为具体实施方式中公开的W型涡轮叶片气膜孔的结构示意图；

图2为W型涡轮叶片气膜孔中各部分尺寸标注示意图的；

图3为W型涡轮叶片气膜孔的仰视图；

图4为W型涡轮叶片气膜孔的剖视图；

图5为W型涡轮叶片气膜孔内冷气流线图；

其中，1、圆柱孔段；2、凹槽；3、第一分支；4、凸起；5、第二分支。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本具体实施方式提供了一种W型涡轮叶片气膜孔，参见图1所示，W型涡轮叶片气膜孔包括圆柱孔段1，所述圆柱孔段1上沿气流方向末端设有凹槽2，所述凹槽2的两侧对称设有第一分支3和第二分支5，且所述第一分支3和第二分支5均逐渐远离圆柱孔段中心线且朝向气流方向下游延伸。

所述圆柱孔段1上沿气流方向末端且与所述斜凹槽2相对的位置设有凸起4，所述凸起4逐渐远离圆柱孔段中心线且朝向气流方向下游延伸。

所述第一分支3、所述第二分支5、所述斜凹槽2、所述凸起4四者形成W型气膜孔头部。

在一个可选的实施例中，参见图1所示，所述凹槽2为斜凹槽，且所述斜凹槽沿气流方向上逐渐向靠近圆柱孔段中心线倾斜，斜凹槽能够将从圆柱孔段1输出的冷气沿气流方向逐渐向远离圆柱孔段中心线，也即逐渐靠近气膜孔下游壁面方向压持。

优选的，参见图4所示，所述斜凹槽与所述圆柱孔段1中气流方向夹角γ为15～20°。

在一个可选的实施例中，参见图1、图2、图3所示，所述第一分支3和所述第二分支5的气流方向末端为圆弧状，且所述圆弧状的半径定义为R，R为圆柱孔段1直径D的0.1～0.3倍。

在一个可选的实施例中，参见图3所示，所述第一分支3与所述第二分支5的圆弧中心点之间的距离定义为L3，L3为圆柱孔段1直径D的2.5～3.5倍。

在一个可选的实施例中，参见图2和图3所示，所述第一分支3、所述第二分支5、以及所述凸起4三者气流方向末端齐平，且三者的气流方向末端与所述圆柱孔段1气流方向末端之间的距离定义为L4，L4为圆柱孔段1直径D的0.9～1.1倍。

在一个可选的实施例中，参见图2所示，所述W型气膜孔头部中，W型外侧边长度为所述第一分支3及所述第二分支5的气流流通长度L1，W型内侧边长度为L2，其中，L1为圆柱孔段1直径D的1.2～1.4倍，L2为圆柱孔段1直径D的0.6～0.7倍.

在一个可选的实施例中，W型外侧边与其相邻的W型内侧边之间的夹角为80°～90°，且相邻两个W型内侧边之间的夹角为70°～80°。

本发明公开的W型涡轮叶片气膜孔，参见图5所示，当冷气从气膜孔流出时，由于斜凹槽的作用，气流被强行往下游壁面上压，同时并被分成三股，其中两股经第一分支和第二分支流出，第三股冷气被往下游壁面上压使得冷气向更贴近下游壁面方向流出，三股冷气能够大幅度提高壁面的覆盖效果，使得冷气展向的覆盖范围变宽，气膜覆盖效果增强，在相同冷气条件下，本发明设计的W型涡轮叶片气膜孔相比于圆柱型气膜孔，气膜孔冷却效率能够提升220％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。