[实用新型]一种用于改善涡轮冷却效果的冷却结构

说明书

本实用新型涉及一种用于改善涡轮冷却效果的冷却结构，包括设置在涡轮叶片和涡轮端壁上的气膜孔，在气膜孔出口沿主流流向的上游设置有与该气膜孔相对应的类鳍型凸起，所述类鳍型凸起迎着主流来流方向的一侧为迎风面、背对着主流来流方向的一侧为背压面，所述迎风面和背压面都为圆弧面，所述类鳍型凸起设置在涡轮叶片表面或涡轮端壁壁面上，所述类鳍型凸起的凸起高度H＝0.5D～2D，流向长度L＝1D～2D，展向宽度W＝1D～2D，且与相对应的气膜孔出口之间的距离S＝0.5D～5D，其中D为与类鳍型凸起对应的气膜孔的展向宽度。冷却结构中的类鳍型凸起，结构简单，方便加工，工艺要求及生产成本较低，能够改善气膜冷却的总体效果。

技术领域

本实用新型涉及涡轮冷却领域，具体涉及一种用于改善涡轮冷却效果的冷却结构。

背景技术

气膜冷却是广泛应用在涡轮机(航空发动机和燃气轮机等)叶片上的冷却技术，即从压气机中部或者末级抽取高压冷气输运到涡轮叶片内部冷却通道7，参考图1所示，冷气通过强化对流换热将叶片内部一部分热量带走，一部分冷气从涡轮叶片2或者涡轮端壁1上的气膜孔流出，冷气由于流动的作用会粘附在涡轮叶片2表面附近，形成温度较低的冷气层，从而起到良好的高温隔离作用并使叶片不被高温燃气烧蚀。

自20世纪90年代以来，人们对气膜孔的研究方向开始由圆形孔转向各类异形孔及各类改善流动的结构(例如加入弧形、方形扰流板等)，这些孔都是在一定程度上会减弱冷却气对于主流的穿透的能力并且改善冷气出流的覆盖效果。针对气膜孔出口处上游扰流结构对流动涡结构的影响进行的分析研究，发现主流气体由于扰流结构的作用会在气膜孔出口附近形成二次流肾型涡，从而减少了冷气的射流穿透，影响气膜孔的冷却效率。因此，提出了不同形状的气膜孔上游结构并详细分析其流动特征。申请号为201721095167.6的中国发明专利公开了“一种改善冷却效果的新结构”，由于在气膜孔出口处增加了整流罩的结构，冷却气流经过后更加不容易穿透主流气体，从而能够提高气膜冷却效果。申请号为201510993385.0的中国发明专利公开了“一种提高组件外部冷却效果的上游结构”，通过在端壁壁面上气膜孔出口上游增加两个长条形凸台结构，改善气膜孔冷气出流的展向分布及其均匀性，可有效地提高气膜冷却效率。这些改进结构虽然能够有效提高气膜冷却效率，但加工难度大成本高，在实际涡轮中不易采用。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种用于改善涡轮气膜冷却效果的冷却结构，结构简单，工艺要求及成本较低。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于改善涡轮冷却效果的冷却结构，包括设置在涡轮叶片和涡轮端壁上的气膜孔，在气膜孔出口沿主流流向的上游设置有与该气膜孔相对应的类鳍型凸起，所述类鳍型凸起迎着主流来流方向的一侧为迎风面、背对着主流来流方向的一侧为背压面，所述迎风面和背压面都为圆弧面，所述类鳍型凸起设置在涡轮叶片表面或涡轮端壁壁面上，所述类鳍型凸起的凸起高度H＝0.5D～2D，流向长度L＝1D～2D，展向宽度W＝1D～2D，且与相对应的气膜孔出口之间的距离S＝0.5D～5D，其中D为与类鳍型凸起对应的气膜孔的展向宽度。

进一步地，所述类鳍型凸起的迎风面直径R1＝2D～10D，背压面直径R2＝0.1R1～0.5R1。

进一步地，所述类鳍型凸起位于其对应的气膜孔出口正上游。

进一步地，所述类鳍型凸为在展向宽度上对称的对称结构，且其对称中心面平行于流向方向。

进一步地，所述气膜孔为圆孔。

进一步地，设置在涡轮端壁上的气膜孔为圆柱直孔，且与主流流向之间的倾角α为0～90°。

进一步地，设置在涡轮端壁上的类鳍型凸起与涡轮端壁为一体式的、且类鳍型凸起与涡轮端壁之间平顺过度。

进一步地，设置在涡轮叶片上的类鳍型凸起与涡轮叶片为一体式的、且类鳍型凸起与涡轮叶片之间平顺过度。