涡轮转子叶片前缘气膜孔结构及涡轮转子叶片

本发明属于燃气轮机涡轮转子叶片领域，特别提供了一种涡轮转子叶片前缘气膜孔结构及带有所述前缘气膜孔结构的涡轮转子叶片。

背景技术：

1、燃气轮机涡轮是与气流进行能量交换的叶轮机械。通过涡轮将气流极高的焓转变为动能，再通过涡轮转子叶片转变为机械能。随着燃气轮机效率不断提高，燃气涡轮的动力装置性能极大改善，涡轮进口燃气温度大幅度提升，其中高性能燃气轮机涡轮前温度已高达2000k，在高温高压燃气的冲击下，制造涡轮转子叶片所采用的金属材料由于温度升高机械性能急剧下降，所以在高强度的运行过程中，对叶片各处进行有效冷却尤为重要，目前气膜冷却技术在热防护技术中得到了广泛应用。但是在高温作用下处于熔融状态的颗粒污染物，撞击在叶片表面后，会沉积在气膜冷却孔周围，甚至从外部堵塞气膜孔，改变叶片的冷却结构，使得涂层温度不均匀，甚至导致涂层脱落，显著降低气膜冷却效率，甚至影响发动机的安全。虽然涡轮入口前装有过滤系统，但是主要功能是过滤大尺寸颗粒的吸入，几微米的小尺度颗粒仍然会进入叶栅通道，导致颗粒在涡轮部件的沉积现象不能完全避免。涡轮叶片前缘直接面对高温燃气的冲击，造成叶片前缘处的颗粒沉积物最多，严重时还会堵塞前缘气膜孔，造成叶片前缘区域气膜冷却几乎无法发挥作用，冷却效率极低。

2、因此，提出一种涡轮转子叶片前缘气膜孔结构及涡轮转子叶片，以减少叶片前缘处的颗粒物沉积、抑制前缘气膜孔堵塞、提高气膜冷却效率，满足涡轮工作温度不断提高对叶片冷却提出的更高要求，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于提供一种涡轮转子叶片前缘气膜孔结构及涡轮转子叶片，以解决因前缘气膜孔处沉积大量颗粒物而导致前缘气膜孔堵塞进而导致涡轮转子叶片前缘气膜冷却效果差的问题。

2、本发明一方面提供了一种涡轮转子叶片前缘气膜孔结构，沿冷气流向依次包括直线段、弯转段和收缩段，其中，所述直线段与位于涡轮转子叶片前缘处的内冷通道垂直连通，所述收缩段与所述涡轮转子叶片的外部连通且所述收缩段沿冷气入口向冷气出口方向渐缩设计，所述收缩段的冷气出口朝向所述涡轮转子叶片的叶尖方向倾斜设置且所述收缩段的冷气出口为缝形出口，所述弯转段过渡连接于所述直线段和收缩段之间。

3、优选，所述弯转段的弯转角度为100°～120°。

4、进一步优选，在所述收缩段中，气膜孔下壁面与气膜孔轴线的夹角为10°～15°，气膜孔上壁面与气膜孔轴线的夹角为5°～10°。

5、进一步优选，在所述收缩段中，气膜孔轴线与外部高温燃气主流流向的夹角为70°～90°。

6、本发明还提供了一种涡轮转子叶片，包括上述的涡轮转子叶片前缘气膜孔结构。

7、优选，所述涡轮转子叶片前缘气膜孔结构为多个且沿所述涡轮转子叶片前缘驻点线间隔设置。

8、本发明提供的涡轮转子叶片前缘气膜孔结构及涡轮转子叶片，提高了气膜冷却效率，增大了冷气速度，通过更高的气膜冷却效率可以使叶片前缘温度较低，同时降低了颗粒的粘度；通过更大的冷气速度可以增加气膜孔内部及叶片表面的壁面剪切速度，使得颗粒更容易剥离壁面，两者同时发挥作用，可以有效抑制叶片前缘颗粒沉积，避免前缘气膜孔堵塞，提高涡轮转子叶片前缘气膜冷却效果。该涡轮转子叶片前缘气膜孔结构及涡轮转子叶片，结构简单，具有很高的应用价值和广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种涡轮转子叶片前缘气膜孔结构，其特征在于，沿冷气流向依次包括直线段(1)、弯转段(2)和收缩段(3)，其中，所述直线段(1)与位于涡轮转子叶片(10)前缘处的内冷通道(101)垂直连通，所述收缩段(3)与所述涡轮转子叶片(10)的外部连通且所述收缩段(3)沿冷气入口向冷气出口(31)方向渐缩设计，所述收缩段(3)的冷气出口(31)朝向所述涡轮转子叶片(10)的叶尖方向倾斜设置且所述收缩段(3)的冷气出口(31)为缝形出口，所述弯转段(2)过渡连接于所述直线段(1)和收缩段(3)之间。

2.根据权利要求1所述涡轮转子叶片前缘气膜孔结构，其特征在于：所述弯转段(2)的弯转角度为100°～120°。

3.根据权利要求1所述涡轮转子叶片前缘气膜孔结构，其特征在于：在所述收缩段(3)中，气膜孔下壁面与气膜孔轴线的夹角为10°～15°，气膜孔上壁面与气膜孔轴线的夹角为5°～10°。

4.根据权利要求1所述涡轮转子叶片前缘气膜孔结构，其特征在于：在所述收缩段(3)中，气膜孔轴线与外部高温燃气主流流向的夹角为70°～90°。

5.一种涡轮转子叶片，其特征在于：包括权利要求1至4中任一项所述的涡轮转子叶片前缘气膜孔结构。

6.根据权利要求5所述涡轮转子叶片，其特征在于：所述涡轮转子叶片前缘气膜孔结构为多个且沿所述涡轮转子叶片(10)前缘驻点线间隔设置。

技术总结本发明公开了一种涡轮转子叶片前缘气膜孔结构及涡轮转子叶片，其中，所述轮转子叶片前缘气膜孔结构沿冷气流向依次包括直线段、弯转段和收缩段，其中，所述直线段与位于涡轮转子叶片前缘处的内冷通道垂直连通，所述收缩段与所述涡轮转子叶片的外部连通且所述收缩段沿冷气入口向冷气出口方向渐缩设计，所述收缩段的冷气出口朝向所述涡轮转子叶片的叶尖方向倾斜设置且所述收缩段的冷气出口为缝形出口，所述弯转段过渡连接于所述直线段和收缩段之间，所述涡轮转子叶片包括上述涡轮转子叶片前缘气膜孔结构。该涡轮转子叶片前缘气膜孔结构及涡轮转子叶片，可以有效抑制叶片前缘颗粒沉积，避免前缘气膜孔堵塞，提高涡轮转子叶片前缘气膜冷却效果。技术研发人员：李广超,张国骥,张魏,赵长宇,赵志奇,何洪斌受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11