[發明專利]一種渦輪轉子葉片及具有其的燃氣輪機

有效

• 申請號: 201210407428.9
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102877892A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 楊家禮;張億力;李久山;黃舜;陽誠武;劉秀芳;季星星
• 申請（專利權）人: 湖南航翔燃氣輪機有限公司
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14;F01D5/16
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本發明涉及動力機械領域，具體而言，涉及一種渦輪轉子葉片及具有其的燃氣輪機。

背景技術

渦輪轉子葉片是把高溫燃氣的能量轉變為轉子機械功的重要零件。工作時，它不僅被經常變化著的高溫燃氣所包圍，并且還承受著高速旋轉產生的巨大離心力、氣體力和振動負荷等，因而渦輪轉子葉片的工作條件是很惡劣的，它是決定燃氣輪機壽命的主要零件之一。因此，提高渦輪轉子葉片的效率、可靠性和穩定性就顯得尤為重要。轉子葉片葉尖間隙內的復雜流動是影響燃氣輪機渦輪效率的重要因素之一，研究人員在減少葉尖間隙內的流動損失方面做出了巨大努力。而轉子的振動對燃氣輪機的穩定和可靠工作意義重大。減小轉子的振動是轉子動力學和轉子結構設計的重要課題之一。

現有技術中如燃氣輪機等動力機械的渦輪轉子葉片的結構一般分為兩種：自由端懸臂結構的葉片和帶平行四邊形葉冠的葉片。

先進的展弦比較大的渦輪轉子葉片多采用葉頂帶葉冠的結構。葉冠的作用是：減小葉片頂部由葉盆向葉背的漏氣，降低二次流損失；相鄰葉片的葉冠抵緊后可以減小葉片的扭曲變形和彎曲變形，增強葉片的剛性，提高葉片的振動頻率；當葉片產生振動時，相鄰葉冠間產生摩擦可以吸收振動能量，起到減振的作用；同時，帶葉冠葉片也可以采用對氣動有利的薄葉型。葉片裝配時，葉冠之間存在一定的間隙。在理想情況下，帶平行四邊形葉冠的葉片工作時，由于熱膨脹等原因，此間隙應該消失，相鄰葉片的葉冠應該抵靠。但實際使用中，由于制造誤差及葉片、輪盤變形等因素，間隙難以控制，使葉冠的作用大受影響。

現有技術中葉頂帶冠的結構，多葉片沒有沿徑向的相互約束，容易造成葉尖流動的不均勻而導致流動損失增大；由于間隙的存在，對葉片的減振效果不明顯。

發明內容

本發明旨在提供一種渦輪轉子葉片及具有其的燃氣輪機，以解決現有技術中帶有葉冠的葉片流動損失大的技術問題；進一步地，還能解決葉片振動較大，減振效果不明顯的技術問題。

本發明提供了一種渦輪轉子葉片，包括葉冠、葉身和榫頭，葉冠包括：第一預扭接觸面，第一預扭接觸面沿周向設置于葉冠的周向第一端；第二預扭接觸面，第二預扭接觸面沿周向設置于葉冠的周向第二端；其中，第一預扭接觸面和第二預扭接觸面設置為：在多個渦輪轉子葉片裝配后，每個渦輪轉子葉片的第二預扭接觸面與相鄰的渦輪轉子葉片的第一預扭接觸面擠壓配合，使得相鄰兩個渦輪轉子葉片的葉冠之間共同產生以葉片積疊軸為軸心的預扭角度。

進一步地，預扭角度的大小是0.5°至1.5°。

進一步地，第一預扭接觸面從徑向內側向外側沿著進氣方向傾斜設置，第一預扭接觸面與渦輪轉子葉片所在的輪盤的軸線之間具有夾角第二預扭接觸面與第一預扭接觸面配合設置，并且第二預扭接觸面與軸線之間的夾角大小等于夾角進一步地，夾角的大小為80°至85°。

進一步地，葉冠設置為：在多個渦輪轉子葉片裝配后，每兩個相鄰的渦輪轉子葉片的葉冠之間沿周向預留有間隙△。

進一步地，間隙△大小為0.1mm至0.2mm。

本發明還提供了一種燃氣輪機，包括渦輪轉子，上述渦輪轉子包括上述渦輪轉子葉片。

根據本發明的技術方案，將第一預扭接觸面和第二預扭接觸面沿周向分別設置于葉冠的周向第一端和周向第二端，并使第二預扭接觸面與相鄰葉片的第一預扭接觸面擠壓配合，以在相鄰渦輪轉子葉片的葉冠之間共同產生預扭角度。當燃氣輪機工作時，葉片會因為氣體沖擊力的作用產生扭曲變形，但由于各相鄰渦輪轉子葉片的葉冠之間存在與該氣體沖擊力所產生的力矩方向相反的預扭力矩，因而可以有效抑制葉片的扭轉和彎曲變形，從而減小流動的葉型損失。

進一步地，通過設置預扭，使相鄰渦輪轉子葉片的葉冠間產生摩擦，可以有效吸收振動能量，起到減振作用。

進一步地，通過設置夾角從而使相鄰渦輪轉子葉片的葉冠之間產生克服不均勻離心力作用的力，可以有效抑制葉片的徑向變形，減小徑向變形的不一致性，改善燃氣流動，提高渦輪效率。

進一步地，在熱膨脹或應力變形等情況下，相鄰渦輪轉子葉片的葉冠間預留的周向間隙△會減小，使兩個葉片的葉冠完全貼合，該間隙△有效地減小由于熱變形而產生的應力。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為裝配了本發明實施例的渦輪轉子葉片的葉盤結構示意圖；

圖2為根據本發明實施例的渦輪轉子葉片的立體結構示意圖；