(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210964785.9 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 沈阳航空航天大 学 地址 110136 辽宁省沈阳市道义经济开发 区道义南大街37号 (72)发明人 王建明　罗蝶　张钲浩　李广超　 赵长宇　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 尚云飞 (51)Int.Cl. F01D 5/18(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/00(2020.01) (54)发明名称 一种用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构及 其设计方法 (57)摘要 一种用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构及 其设计方法， 属于燃气轮机涡轮叶片技术领域。 所述用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构包括扩 张段、 连接段和凹陷出气段， 所述用于涡轮叶片 的半梨型气膜 孔结构的设计方法包括： 确定气膜 孔长度L、 确定叶片进气壁面、 确定叶片出气壁 面、 确定扩张段的外轮廓线、 确定凹陷出气段的 外轮廓线、 确定连接段的外轮廓线、 确定半梨型 气膜孔结构的二维模型以及确定半梨型气膜孔 结构的三维模 型。 所述用于涡 轮叶片的半梨型气 膜孔结构及其设计方法能够提高冷却效率， 该孔 的扩张结构使冷气速度逐渐降低， 使得冷气可以 更好的贴服壁面， 同时气流到达凹陷出气段时， 部分冷气在此形成漩涡， 有利于冷却被卷入的燃 气， 提高冷却效果。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115263438 A 2022.11.01 CN 115263438 A 1.一种用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构， 其特征在于， 包括扩 张段、 连接段和凹陷出 气段； 所述扩张段的一端位于叶片进气壁面， 所述扩 张段的另一端通过连接段与凹陷出气段 的一端平 滑连接， 所述凹陷出气段的另一端位于叶片出气壁 面。 2.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构， 其特征在于， 所述扩 张段 和凹陷出气段均为二次 曲线绕气膜 孔旋转轴旋转360 °而成， 所述气膜孔旋转轴与叶片进气 壁面的夹角为3 0°～60°。 3.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构， 其特征在于， 所述连接段 为扩张段与凹陷出气段之间的倒圆角连接形成的结构， 所述倒圆角的倒圆半径 r为4～6mm。 4.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构， 其特征在于， 所述叶片进 气壁面与叶片出气壁面之 间的气膜孔旋转轴的长度为气膜孔长度L， 所述气膜 孔长度L的取 值范围为20～ 24mm。 5.权利要求1所述的用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构的设计方法， 其特征在于， 包括 如下步骤： S1、 确定气膜孔长度L： 在三维坐标系的x ‑y平面上， 过原点A作线段AB， 线段AB与x轴正方向的夹角为α， 线段AB 的长度为气膜孔长度L； S2、 确定叶片进气壁 面： 在x‑y平面上， 叶片进气壁 面与x轴共线； S3、 确定叶片出气壁 面： 在x‑y平面上， 叶片出气壁 面过点B且与x轴平行； S4、 确定扩张段的外轮廓线： 在x‑y平面上， 原点A沿着矢量 方向偏置L1到达点C； 原点A沿着矢量 方向偏置L2到 达点D， 偏置L3到达点E； 分别做垂直于线段AB的线段CC1、 DD1和EE1； 以点C1作为起点， 点E1作 为终点， 点D1作为控制点得到一条二次曲线， 即为扩张段的外轮廓线； S5、 确定凹陷出气段的外轮廓线： 在x‑y平面上， 作垂直于线段AB的线段BB1， 线段BB1的长度为d3； 点B沿着矢量 方向偏 置L4的距离到达点F； 作垂直于线 段AB的线段FF1， 线段FF1的长度为d4； 以点E1作为起点， 点F1 作为终点， 点B1作为控制点得到一条二次曲线， 即为凹陷出气段的外轮廓线； S6、 确定连接段的外轮廓线： 在x‑y平面上， 在扩张段的外轮廓线与凹陷出气段的外轮廓线连接处设置倒圆半径为r 的倒圆角， 所述倒圆角分别与扩张段的外轮廓线和凹陷出气段的外轮廓线相交于点E2和点 E3； S7、 确定半梨型气膜孔结构的二维模型： 曲线C1E2E3F1为半梨型气膜孔结构的二维模型； S8、 确定半梨型气膜孔结构的三维模型： 气膜孔旋转轴与线段AB共线； 三维坐标系中， 曲线C1E2E3F1绕气膜孔旋转轴旋转3 60°得到旋转体； 将叶片进气壁面和叶片出气壁面沿着z轴方向对旋转体进行切割， 得到半梨型气膜孔权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115263438 A 2结构的三维模型。 6.根据权利要求5所述的用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构的设计方法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 所述L1＝0.1L， L2＝0.3L,L3＝0.75L， 线段CC1的长度为d， 线段DD1的长度d1＝ 5d， 线段E E1的长度为d2＝6d， d取值范围为0.6～1.2m m。 7.根据权利要求5所述的用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构的设计方法， 其特征在于， 所述步骤S4中二次曲线的曲线饱满值Rho 为0.7。 8.根据权利要求5所述的用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构的设计方法， 其特征在于， 所述步骤S5中， d3＝14d， d4＝6d， L4＝0.51L。 9.根据权利要求5所述的用于涡轮叶片的半梨型气膜孔结构的设计方法， 其特征在于， 所述步骤S5中二次曲线的曲线饱满值Rho 为0.6。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115263438 A 3