[發明專利]一種渦輪轉子葉片、轉動組件以及渦輪發動機

有效

• 申請號: 201110448705.6
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN103184889A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 陳亞龍;萬明學;齊曉東
• 申請（專利權）人: 中航商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 樓仙英;徐年康

技術領域

本發明涉及一種渦輪轉子葉片、轉動組件以及渦輪發動機。

背景技術

在很多領域中，燃氣渦輪機用于驅動發電機或工作機械，尤其是在飛機上。在此，利用燃料的能量使得渦輪軸旋轉。為此，燃料在一個燃燒室中燃燒，由壓氣機壓縮后的空氣也輸入其中。在燃燒室中通過燃料燃燒而形成高溫高壓工作介質通過一個接在燃燒室后面的渦輪單元膨脹做功。

渦輪轉子葉片為渦輪單元中的一個重要部件，其用于把從燃燒室的熱能轉換成渦輪轉子的機械功。渦輪的性能可以通過將渦輪葉片頂部密封而得以增強，從而防止燃燒氣體從氣流逸出到葉片頂部和機匣之間的間隙。通常將葉片頂部和渦輪機匣之間的間隙的密封方法是在葉片頂部設置有葉冠。葉冠不僅可以增強渦輪性能還可以用作減震器，特別是對于徑向長度較長的渦輪葉片尤其如此。典型的具有葉冠的渦輪葉片具有翼型部分和葉冠部分。一般在制造時，翼型部分和葉冠部分一體成形如鑄造而成。其中，翼形部分具有前緣、后緣以及從前緣延伸到后緣的壓力面和吸力面；葉冠部分大體上垂直于翼形部分的前緣和后緣并在翼形部分的頂部延伸，其具有葉冠前緣和葉冠后緣，該葉冠前緣和葉冠后緣與一個相鄰的渦輪轉子葉片的葉冠部分的葉冠后緣以及另一個相鄰的渦輪轉子葉片的葉冠前緣之間形成互鎖結構，典型地，該葉冠前緣和葉冠后緣形成有鋸齒形，具體地說，該鋸齒形一般為Z形。藉由該互鎖連接在一起的周向葉冠組，振動可以被降低且渦輪效率得以提高。一般在葉冠部分遠離渦輪軸的一例還設有封氣篦齒，其垂直于渦輪軸線，封氣篦齒的目的在于進一步使渦輪轉子葉片的頂部周圍的泄漏減至最少。

公開號CN101372895A的中國發明專利申請公開了一種渦輪機輪葉葉冠的邊緣輪廓，該葉冠的輪廓呈Z形。然而，很明顯地，這種具有Z形輪廓的葉冠加工難度較大，此外，質量分布也不均勻從而導致局部結構懸臂量大并造成了應力集中，因此降低了渦輪轉子葉片的使用壽命。因此，希望改進渦輪葉片葉冠的輪廓，以降低蠕變，從而優化輪葉壽命，同時保證輪葉具有可接受的性能和可制造性。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種渦輪轉子葉片，其具有改進的葉冠結構，藉此，使葉冠部分的質量分布更加趨于平衡和合理。為了實現上述目的，本發明公開了一種渦輪轉子葉片，包括翼型部分和葉冠部分。葉冠部分大體上沿渦輪轉子中心周向地并軸向地延伸而形成于翼型部分的自由端上，葉冠部分具有葉冠前緣和葉冠后緣。其中，葉冠前緣和葉冠后緣均呈平滑過渡的弧形。

較優地，形成弧形的曲線基本與翼型部分的翼型封閉曲線的中弧線一致。

更優地，葉冠前緣和葉冠后緣相對于翼型部分的翼型封閉曲線的中弧線是基本對稱的。

更優地，在周向上，從翼型部分的翼型封閉曲線的中弧線沿徑向投射在葉冠部分的投影到葉冠前緣，以及從翼型部分的翼型封閉曲線的中弧線沿徑向投射在葉冠部分的投影到葉冠后緣，葉冠部分的徑向厚度逐漸變薄。

選擇性地，在周向上，從葉冠部分與翼型部分的自由端的連接區到葉冠前緣以及從葉冠部分與翼型部分的自由端的連接區到葉冠后緣，葉冠部分的徑向厚度逐漸變薄。

較優地，葉冠前緣和葉冠后緣均附設有耐磨涂層。

較優地，葉冠部分具有沿周向和/或軸向延伸的加強筋。

本發明還公開了一種轉動組件，用于燃氣渦輪發動機中，其包括：轉動盤、葉片主體和葉冠部分。其中，葉片主體包括：葉片前緣、葉片后緣、固定在前述轉動盤上的葉根，與葉根相對的自由端，以及形成在葉片前緣和葉片后緣之間的壓力面和吸力面。葉冠部分大體上垂直于葉片主體形成在自由端上，其具有葉冠前緣和葉冠后緣。其中，葉冠前緣和葉冠后緣均為平滑過渡的弧形并使相鄰的葉冠部分藉由相鄰的弧形彼此互鎖在一起。

較優地，壓力面和吸力面在垂直于葉片前緣和葉片后緣的截面上共同形成了翼型封閉曲線，形成弧形的曲線基本與翼型封閉曲線的中弧線一致。

更優地，葉冠前緣和葉冠后緣相對于葉片主體的翼型封閉曲線的中弧線是基本對稱的。

更優地，葉冠部分的徑向厚度從葉冠部分的中間向葉冠前緣和葉冠后緣的方向上逐漸變薄的。

本發明還公開了一種渦輪發動機，其具有上述的轉動組件。