[发明专利]一种涡轮外环及其冷却气膜孔布局方法

权利要求书

1.一种涡轮外环冷却气膜孔布局方法，其特征在于，所述方法包括：

开展涡轮外环所处叶顶间隙部位的三维流固热耦合仿真计算，获得涡轮外环燃气侧的壁面温度分布，根据所述涡轮外环燃气侧的壁面温度分布将涡轮外环燃气侧壁面沿轴向划分为三个温区；

确定所述冷却气膜孔的目标综合冷效，根据所述目标综合冷效确定达到该目标综合冷效的吹风比，从而得到总冷却气用量和每个冷却气膜孔的冷却气用量；

在涡轮外环的前缘周向布置一排前缘冷却气膜孔，并开展三维数值仿真分析，得到所述前缘冷却气膜孔下周向全覆盖的壁面温度冷效云图，根据所述前缘冷却气膜孔下的壁面温度冷效云图中前缘冷却气膜孔不能覆盖的位置设置第一排冷却气膜孔，并开展三维数值仿真分析得到第一排冷却气膜孔下周向全覆盖的壁面温度冷效云图，根据第一排冷却气膜孔下的壁面温度冷效云图中第一排冷却气膜孔下不能覆盖的位置设置第二排冷却气膜孔；

重复上述过程，直至多排的冷却气膜孔的冷气能够完全覆盖前两个温区。

2.如权利要求1所述的涡轮外环冷却气膜孔布局方法，其特征在于，在开展涡轮外环所处叶顶间隙部位的三维流固热耦合仿真计算时，涡轮外环采用无冷却结构的涡轮外环模型。

3.如权利要求1所述的涡轮外环冷却气膜孔布局方法，其特征在于，所述冷却气膜孔的目标综合冷效为：

式中，Tg为高压涡轮进口温度；

Tc为冷却气温度；

Ts为涡轮外环所采用材料的长期许用温度。

4.如权利要求1所述的涡轮外环冷却气膜孔布局方法，其特征在于，通过调节冷却气膜孔的参数实现冷却气膜孔的周向全覆盖，所述参数包括于孔径、间距、轴向位置。

5.如权利要求1所述的涡轮外环冷却气膜孔布局方法，其特征在于，第一温区为涡轮外环前缘至叶顶前缘之间的涡轮外环壁面区域，第二温区为叶顶前缘至叶顶二分之一处所对应的涡轮外环壁面区域，第三温区为叶顶二分之一处至涡轮外环尾缘之间的涡轮外环壁面区域。

6.如权利要求5所述的涡轮外环冷却气膜孔布局方法，其特征在于，所述第一温区内至少包含一排冷却气膜孔，所述第二温区至少包含一排冷却气膜孔。

7.如权利要求5或6所述的涡轮外环冷却气膜孔布局方法，其特征在于，在进行冷却气膜孔布局时，遵循以下原则：

自冷却气膜孔喷出的气膜对涡轮外环壁面的能够完全覆盖，气膜覆盖区域重合及空档区域不超过10％，冷却气膜孔的孔距之间、孔排与孔排之间冷却气体覆盖不到的区域不超过5％。

8.一种涡轮外环，其特征在于，所述涡轮外环包括一排或多排的冷却气膜孔，所述冷却气膜孔按照如权利要求1至7中任一所述的涡轮外环冷却气膜孔布局方法进行设置。