CN109139127A - 一种涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构 - Google Patents
一种涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109139127A CN109139127A CN201811080369.2A CN201811080369A CN109139127A CN 109139127 A CN109139127 A CN 109139127A CN 201811080369 A CN201811080369 A CN 201811080369A CN 109139127 A CN109139127 A CN 109139127A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cooling
- channel
- control structure
- film control
- guide vane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
- F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/14—Preswirling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本发明提供一种航空发动机涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构，该结构包括叶片基体、通道入口、直管通道、扩张通道、月牙形出口。预旋式气膜冷却结构位于叶片基体的压力面和吸力面上，该结构可以使得冷却气沿叶片表面的出口方向出流，形成具有一定预旋流动的气膜，带预旋的冷却气膜出流可以减弱涡流作用，从而使得冷却效率高，并且冷却均匀性效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机和燃气轮机涡轮叶片冷却技术领域，更具体地，涉及一种涡轮导叶气膜冷却技术。
背景技术
我国航空发动机的“心脏病”问题很大一方面在于其可靠性和寿命问题，而发动机高温部件性能对航空发动机可靠性和寿命又有着重大的影响。为实现高性能，先进发动机的涡轮前进口温度已达到或超过了2000K，比高压涡轮叶片的金属材料的熔点要高出400多K，没有高效的控温冷却设计是不可想象的。航空发动机的故障有60％出现在高温部件，并有不断上升的趋势，我国的一些发动机的高温部件的寿命只有几百小时，和国外先进水平存在重大差距。热端部件的冷却技术作为航空发动机的关键技术之一，随着发动机推重比和综合性能的提高而显得越来越重要。
目前在航空发动机高温部件所采用的冷却方式主要采用气膜冷却。与其它冷却方式相比，气膜冷却可以在较大的区域面上获得比较好的冷却效果，可以显著降低高温部件的温度。因此成为航发动机中最重要的冷却方式之一受圆形射流孔型的影响，冷流体射流射出后，形成的主要流动结构是射流与横向流体相互作用，产生的主要是相干涡结构，如对转肾状涡(CVP)、马蹄涡、垂直尾迹涡、射流－剪切层涡，其中最活跃的是对转肾状涡对，一般认为它是由于射流和横向流之间因垂直动量不匹配带来的剪切在主流和射流近壁区形成的。正是这种肾状涡的流动结构对气膜冷却的换热效果有着决定性的作用，而这种肾状涡取决于射流与主流相互作用，取决于气膜孔的几何结构和两种流体的动力学参数。
发明内容
本发明提供一种减少上述肾状涡带来的冷却效率下降以及冷却均匀性恶化带来的热应力不均的影响，或者至少部分地解决上述问题的一种航空发动机和燃气轮机涡轮导叶的气膜冷却结构
根据本发明的一个方面，提供一种航空发动机涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构，该结构包括叶片基体、通道入口、直管通道、扩张通道、月牙形出口。冷气从通道入口进入，通过气膜孔通道并从出口流出后，产生带有预旋的流动，从而产生与肾状涡相反的涡流。
所述预旋式气膜冷却结构为一体成型，其外表面为光滑面。
所述预旋式气膜冷却结构内部形状为二段式，包括直管通道和扩张形通道，其出口形状为月牙形。
所述预旋式气膜冷却结构直管通道下边界与水平夹角为α，扩张通道中心线与孔下面夹角为γ，中心线与两边边界夹角为β。
所述预旋式气膜冷却结构与传统月牙形型气膜孔的不同之处在于，出口前方的通道为直管-扩张型，从而使气膜出流产生预旋。
所述冷气为发动机内部引气。
附图说明
图1为根据本发明实施例的涡轮导叶气膜冷却结构示意图；
图2为根据本发明实施例的图1中I部分结构放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，图中示出了一种提高冷却效率和冷却均匀性的提供一种航空发动机涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构，该结构包括叶片基体、通道入口、直管通道、扩张通道、月牙形出口。发动机内部引气从通道入口1进入通道内部，经过直管通道2后进入扩张通道3，冷气经过扩张通道3从月牙形出口4流出，在叶片表面形成带有预旋的流动气膜，从而降低肾状涡的涡流作用。
在本实施例中，所述预旋式气膜冷却结构为一体成型，其外表面为光滑面；具体的上述预旋式气膜冷却结构内部形状为二段式，包括直管通道2和扩张形通道3，出口为月牙形出口4。
所述预旋式气膜冷却结构的直管通道2的下边界与水平夹角为α，扩张通道3的中心线与孔下面夹角为γ，中心线与两边边界夹角为β，上述关系满足其中h为壁面厚度，d为入口特征尺度，ρc为引气密度，ρg为主流密度，cc为引气流速，cg为主流流速。
综上所述，本申请提出一种航空发动机涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构。工作时冷气从通道入口进入，通过扩张通道和月牙形出口流出后，产生带有预旋的流动，进而与主流混合后，降低肾状涡的涡流作用。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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。
Claims (1)
1.一种航空发动机涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构，该结构包括叶片基体、通道入口、直管通道、扩张通道、月牙形出口，其特征在于：所述预旋式气膜冷却结构位于叶片基体的压力面和吸力面上；所述预旋式气膜冷却结构的直管通道的下边界与水平夹角为α，扩张通道的中心线与孔下面夹角为γ，中心线与两边边界夹角为β，上述关系满足其中h为壁面厚度，d为入口特征尺度，ρc为引气密度，ρg为主流密度，cc为引气流速，cg为主流流速。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811080369.2A CN109139127A (zh) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | 一种涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811080369.2A CN109139127A (zh) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | 一种涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109139127A true CN109139127A (zh) | 2019-01-04 |
Family
ID=64814383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811080369.2A Pending CN109139127A (zh) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | 一种涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109139127A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112282857A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 上海交通大学 | 一种气膜冷却孔型结构 |
| CN113107611A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-07-13 | 南京航空航天大学 | 基于双喉道气动矢量喷管的涡轮叶片尾缘冷却结构及其尾迹控制方法 |
| CN113530683A (zh) * | 2020-04-13 | 2021-10-22 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 涡轮叶片冷却系统和航空发动机 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103306744A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-09-18 | 中国航空动力机械研究所 | 导向叶片的冷却装置 |
| CN103470313A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 北京动力机械研究所 | 涡轮叶片和具有其的涡轮、发动机 |
| CN104234756A (zh) * | 2014-09-15 | 2014-12-24 | 西北工业大学 | 一种跨音速型气膜冷却孔 |
| CN104265376A (zh) * | 2014-09-22 | 2015-01-07 | 西北工业大学 | 一种斜冲击射流冷却通道 |
| CN104895620B (zh) * | 2015-04-20 | 2016-08-10 | 西北工业大学 | 一种用于气膜冷却的箭头型双孔单元结构 |
-
2018
- 2018-09-17 CN CN201811080369.2A patent/CN109139127A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103306744A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-09-18 | 中国航空动力机械研究所 | 导向叶片的冷却装置 |
| CN103470313A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 北京动力机械研究所 | 涡轮叶片和具有其的涡轮、发动机 |
| CN104234756A (zh) * | 2014-09-15 | 2014-12-24 | 西北工业大学 | 一种跨音速型气膜冷却孔 |
| CN104265376A (zh) * | 2014-09-22 | 2015-01-07 | 西北工业大学 | 一种斜冲击射流冷却通道 |
| CN104895620B (zh) * | 2015-04-20 | 2016-08-10 | 西北工业大学 | 一种用于气膜冷却的箭头型双孔单元结构 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113530683A (zh) * | 2020-04-13 | 2021-10-22 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 涡轮叶片冷却系统和航空发动机 |
| CN112282857A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 上海交通大学 | 一种气膜冷却孔型结构 |
| CN112282857B (zh) * | 2020-10-26 | 2021-09-28 | 上海交通大学 | 一种气膜冷却孔型结构 |
| CN113107611A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-07-13 | 南京航空航天大学 | 基于双喉道气动矢量喷管的涡轮叶片尾缘冷却结构及其尾迹控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105179022B (zh) | 一种采用叶顶肋翼结构的涡轮叶片 | |
| CN109139127A (zh) | 一种涡轮导叶的预旋式气膜冷却结构 | |
| CN104879171B (zh) | 一种用于涡轮叶片的y型气膜孔结构 | |
| CN205135721U (zh) | 一种采用叶顶肋翼结构的涡轮叶片 | |
| CN102691527B (zh) | 一种开式向心涡轮叶片背部凹槽结构 | |
| CN104791848A (zh) | 一种采用叶栅通道多斜孔冷却方式的燃烧室火焰筒壁面 | |
| CN107075956B (zh) | 具有端盖的涡轮叶片 | |
| CN105909318B (zh) | 一种用于涡轮叶片气膜冷却出口上游扩张孔结构 | |
| CN104791025B (zh) | 一种用于降低低压涡轮叶片分离损失的控制结构及方法 | |
| CN109931114A (zh) | 一种新型冲击冷却扰流结构 | |
| CN105179322B (zh) | 叶根开设等宽直线槽的压气机静子叶栅 | |
| CN105408586B (zh) | 具有翼型轮廓形状散热器的涡轮叶片 | |
| CN108643975A (zh) | 一种利用记忆合金提高气膜冷却效率的结构 | |
| CN209129924U (zh) | 一种轴流压气机叶片及轴流压气机 | |
| CN106368741A (zh) | 一种具有小翼肋条叶尖的叶片及使用该叶片的涡轮 | |
| CN105649682B (zh) | 一种在吸力面具有台阶缝冷却结构的涡轮导叶 | |
| CN106640213B (zh) | 一种用于涡轮叶片的侧向气膜壁冷结构 | |
| CN112523810B (zh) | 一种应用于涡轮叶片尾缘半劈缝的三角柱型导流结构 | |
| CN114508768A (zh) | 一种带涡控扩压器的航空燃气轮机燃烧室 | |
| CN108412555A (zh) | 阵列的凹腔射流改善叶顶泄漏流动及换热的涡轮动叶片 | |
| CN101699037B (zh) | 一种抑制叶尖泄漏流的方法及其逆向涡流发生器 | |
| CN109973154A (zh) | 一种带有冷却结构的航空发动机涡轮叶片 | |
| CN203214108U (zh) | 一种涡轮叶片前缘冷却结构 | |
| CN104895620B (zh) | 一种用于气膜冷却的箭头型双孔单元结构 | |
| CN112324522B (zh) | 一种基于涡流效应的预旋喷嘴 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190104 |