[发明专利]一种带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片

说明书

一种带凹坑的双子并排气膜孔，属于燃气轮机和航空发动机技术领域。所述凹坑的双子并排气膜孔包括双子孔以及设置于所述双子孔出口端的凹坑结构，双子孔包括两个径向部分相交的单圆孔，凹坑结构为由驼峰形壁面和凹形壁面围成的周向封闭结构；所述涡轮叶片包括涡轮叶片本体，涡轮叶片本体设置若干个带凹坑的双子并排气膜孔。所述带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片设计简单、加工方便，抗涡性和横向的覆盖面积均有很大提升，能够对冷却射流起到积聚作用，增强气膜的流向贴壁效果。

技术领域

本发明涉及燃气轮机和航空发动机技术领域，特别涉及一种带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片。

背景技术

根据热力学原理，提高涡轮进口温度是增加发动机推力、提高发动机效率的有效途径，但过高的温度会导致涡轮叶片材料发生蠕变甚至熔化，严重威胁发动机的安全性。因此，采取有效的降温措施至关重要。气膜冷却技术的应用不仅可以将高温燃气与壁面隔绝开，减少燃气与壁面的直接接触，还与叶片壁面进行直接换热，降低了叶片自身的温度，其作为保证汽轮机安全的有效方法，被工程师普遍采用。

在气膜冷却技术的发展过程中，单圆孔作为最经典的孔型一直沿用至今，但是，由于其射流过于集中，展向覆盖面积小，在高吹风比下气膜会与主流进行掺混，脱离叶片表面，从而限制了其冷却效果。而传统分叉孔会在与主孔的连接处形成锐角，冷却射流在此处动量较大，容易造成金属疲劳，且加工难度较高。

因此，为了解决单圆孔的展向覆盖差和冷却效果低以及传统分叉孔存在的问题，需要对气膜孔结构进行改进，来满足更高的设计要求。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种带凹坑的双子并排气膜孔及涡轮叶片，其设计简单、加工方便，抗涡性和横向的覆盖面积均有很大提升，能够对冷却射流起到积聚作用，增强气膜的流向贴壁效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种带凹坑的双子并排气膜孔，包括双子孔以及设置于所述双子孔出口端的凹坑结构；

所述双子孔包括两个径向部分相交的单圆孔；

所述凹坑结构为由驼峰形壁面和凹形壁面围成的周向封闭结构。

进一步的，所述凹形壁面包括中间壁面以及垂直设置于中间壁面两端的侧壁面，所述中间壁面与交线A垂直，所述侧壁面与交线A平行，所述交线A为双子孔中心线在双子孔出口端所在平面的投影。

进一步的，两个所述单圆孔的孔壁相交于前交线和后交线，所述前交线与双子孔出口端所在平面的交点为前交点，所述后交线与双子孔出口端所在平面的交点为后交点。

进一步的，所述驼峰形壁面包括后凸圆弧壁面以及对称设置于后凸圆弧壁面两侧的两个前凸圆弧壁面，所述前凸圆弧壁面与凹形壁面通过样条曲线过渡连接。

进一步的，过所述前凸圆弧壁面的圆心和前交点的直线与交线A的夹角为α，α为50°～60°。

进一步的，所述单圆孔的直径为D；所述凹坑结构的深度H为0.5D～1D，宽度为L₁；所述后交点与中间壁面之间的垂直距离为L₂；所述侧壁面与相邻的双子孔切线的距离为L₃，L₃为0.25D～1D；所述前凸圆弧壁面的顶点切线与双子孔出口端前缘切线的距离为L₄，L₄为0.75D～1D；组成双子孔的两个单圆孔的圆心距L₅为0.5D～0.9D；所述双子孔的孔长度L为2D～8D；所述前凸圆弧壁面的直径为0.5D，所述后凸圆弧壁面的直径为0.75D。

进一步的，所述双子孔出口端所在平面与凹坑结构的底面共面，双子孔出口端所在平面与凹坑结构顶面平行，所述驼峰形壁面和凹形壁面均与双子孔出口端所在平面垂直。