[发明专利]一种燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构

说明书

一种燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构，包括上壁面、下壁面、气膜孔I、气膜孔II、交叉椭圆通道及侧壁；所述交叉椭圆通道由交叉椭圆通道进口段、交叉椭圆通道缓冲段、交叉椭圆通道中间段以及交叉椭圆通道出口段依次连接而成；所述交叉椭圆通道中间段成对交替布置5～10组长轴相互垂直的椭圆截面I和椭圆截面II；工作时，冷却气体分别进入气膜孔I、气膜孔II以及交叉椭圆通道，气膜孔出口的气体在上壁面形成气膜覆盖冷却，进入交叉椭圆通道的气体流经交叉椭圆通道中间段时由于流向空间的变化而产生纵向涡，通过改善速度矢量场和温度梯度场的协同作用，增强冷却气体与上壁面1的扰流换热效果，与上壁面气膜未覆盖区域互补，提高综合冷却效果。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构。

背景技术

随着燃气轮机的涡轮前温度持续增高，涡轮运行的温度已经远超了叶片材料所能承受的极限，必须对其进行有效冷却。为了在保证承担一定温降的前提下控制冷却气体流量以保证整机的效率，对涡轮叶片采取安全、有效、合理的冷却措施是延长涡轮叶片使用寿命、提高涡轮工作稳定性的关键。气膜冷却是目前燃气涡轮发动机中广泛采用的一种外部冷却方式，传统气膜冷却技术面临侧向传热覆盖不足的缺陷，亟需在气膜孔间距内冷气无法覆盖之处采用其他冷却方式以提高综合冷却效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构，以解决现有燃气轮机涡轮叶片等高温部件的综合冷却效率低的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构，包括上壁面、下壁面、气膜孔I、气膜孔II、交叉椭圆通道及侧壁；所述气膜孔I、气膜孔II均为圆柱状斜孔，且所述气膜孔I的直径为d₁，所述气膜孔II的直径为d₂，所述气膜孔I的中心具有气膜孔I中轴线，所述气膜孔II的中心具有气膜孔II中轴线；所述交叉椭圆通道由交叉椭圆通道进口段、交叉椭圆通道缓冲段、交叉椭圆通道中间段以及交叉椭圆通道出口段依次连接而成；所述交叉椭圆通道进口段的中心具有交叉椭圆通道进口段中轴线；所述交叉椭圆通道缓冲段为圆柱孔结构，且与所述交叉椭圆通道中间段贯通；所述交叉椭圆通道中间段依次布置有椭圆截面I、椭圆截面II，所述椭圆截面I与所述椭圆截面II具有相同的长轴长度a和相同的短轴长度b，所述椭圆截面I与所述椭圆截面II成对交替布置5～10组，且所述椭圆截面I的长轴与所述椭圆截面II的长轴垂直；所述交叉椭圆通道出口段在所述侧壁具有出口圆截面，且所述交叉椭圆通道出口段由所述交叉椭圆通道中间段所布置的最邻近所述交叉椭圆通道出口段的椭圆截面I或椭圆截面II与所述出口圆截面光滑连接形成；所述气膜孔I、所述气膜孔II布置在所述交叉椭圆通道进口段两侧，所述交叉椭圆通道进口段中轴线与所述气膜孔I中轴线、所述气膜孔II中轴线平行。

进一步，所述气膜孔I与所述下壁面之间的倾角为α₁，所述气膜孔II与所述下壁面的倾角为α₂，所述交叉椭圆通道进口段与所述下壁面之间的倾角为α₃，α₁、α₂以及α₃的取值位于30°～45°区间。

进一步，所述交叉椭圆通道进口段中轴线到位于所述交叉椭圆通道进口段的侧面的气膜孔I中轴线距离为m₁，所述交叉椭圆通道进口段中轴线到位于所述交叉椭圆通道进口段的侧面的气膜孔II中轴线距离为m₂，m₁与所述气膜孔I的直径d₁的比值γ₁位于1.5～2.0区间，m₂与所述气膜孔II的直径d₂的比值γ₂位于1.5～2.0区间。

进一步，所述椭圆截面I与所述椭圆截面II之间的距离为l，l与所述椭圆截面I的短轴长度b的比值β位于1.0～2.0区间。

进一步，所述出口圆截面的圆心距离所述下壁面的高度为h，所述侧壁的高度为H，h与H的比值δ位于1/2～2/3区间。