[發明專利]渦輪葉片

有效

• 申請號: 201210559566.9
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103883361A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 蔣登宇;趙亦凡;劉帥強
• 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;F01D5/20
• 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

本發明總的涉及燃氣渦輪發動機，更具體地，涉及其中的渦輪葉片。

背景技術

燃氣渦輪發動機是將燃料的化學能轉變為軸功或飛機推進功的熱力機械。通常，空氣從進氣道進入發動機，經過風扇和低壓壓氣機被壓縮，空氣的總溫、總壓升高；再經過高壓壓氣機被進一步壓縮，空氣的總溫、總壓進一步升高；高壓空氣進入燃燒室，與燃料混合，而后燃燒，變成高溫、高壓的燃氣；高溫、高壓的燃氣膨脹推動高壓渦輪和低壓渦輪，其中，高壓渦輪通過高壓軸為上游高壓壓氣機提供動力，低壓渦輪通過低壓軸為上游的風扇和低壓壓氣機提供動力；最后，高溫、高壓的燃氣在尾噴管中膨脹并高速排入大氣。一直以來，航空燃氣渦輪發動機始終朝著高推重比、低耗油率、長壽命和高可靠性的方向發展，因而效率和耗油率是航空燃氣渦輪發動機氣動性能的重要設計指標，其中，渦輪葉片由于其特定的空氣動力學表面對渦輪效率起到舉足輕重的作用。

通常，渦輪葉片的葉型包含中凹壓力面和中凸吸力面，壓力面又稱為葉盆、吸力面又稱為葉背。葉片的不同徑向截面具有不同扭向規律的葉型，設計截面的葉型具有氣動效率高、能量損失小的載荷分布類型。一般情況下，葉型輪廓與海豚、新月等相似，其厚度從前緣逐漸增大至最大厚度，而后逐漸減小至尾緣。不同設計截面的葉型按照一定的規律進行積疊即可形成葉片，葉片表面是具有三維特性的空間曲面。

在實際操作中，葉輪機械內部的真實流動非常復雜，在空間上表現為流動的三維型，在時間上表現為流動的非定常性。加上流體粘性和可壓縮性的影響，葉片機械內部存在諸如馬蹄渦、通道渦、角渦和間隙渦等復雜渦系，以及激波和附面層相互干擾，動、靜葉片相互干涉等各種復雜流動現象。

此外，渦輪葉片工作在高溫環境中，且溫度的變化范圍大，拉伸應力大，致使葉片的熱膨脹伸長量也大，渦輪動葉葉尖與機匣之間存在較大的葉頂間隙，由于葉尖表面的壓差，引起壓力面的高壓燃氣通過葉頂間隙流向吸力面，形成葉尖間隙泄露流，泄露流與葉柵通道主流作用形成泄露渦。其中，泄露流減小了葉片的載荷，泄漏的燃氣基本不做有用功，泄露渦產生耗散并改變葉柵出氣角度，同時，泄露流和泄露渦阻塞主流通道，這些方面都增大了渦輪的氣動損失。另外，泄露流和泄露渦還增大了渦輪葉尖附近傳熱冷卻的難度，并較大程度地影響著下游流場的非定常性。

發明內容

本發明的目的在于對現有技術中的渦輪葉片加以改進，提出一種燃氣渦輪發動機的渦輪葉片，其具有從葉片尖端延伸出的組合式翼肋，充分利用了各翼肋的優點來實現不同程度減小泄露損失的效果。

具體地，根據本發明的渦輪葉片具有在葉片前緣和葉片尾緣之間延伸的相對的壓力面和吸力面，以及在葉片尖端連接所述壓力面和所述吸力面的葉頂表面，其中，所述渦輪葉片還具有至少一個從葉片尖端延伸出的翼肋，所述翼肋包括至少一個從所述葉頂表面徑向向外延伸的徑向翼肋，和/或至少一個從所述壓力面和/或所述吸力面周向延伸出的周向翼肋。

本領域技術人員應當理解的是，上述徑向翼肋和周向翼肋可以有多種組合形式。舉例來說，可以包括一個或多個徑向翼肋、一個或多個周向翼肋、一個徑向翼肋和一個或多個周向翼肋、一個或多個徑向翼肋和一個周向翼肋、多個徑向翼肋和多個周向翼肋等等。例如，所述翼肋包括從所述葉頂表面徑向向外延伸的一個徑向翼肋，以及從所述壓力面和所述吸力面周向延伸出的周向翼肋，或者，所述翼肋包括從所述葉頂表面徑向向外延伸的兩個徑向翼肋，以及從所述壓力面或所述吸力面周向延伸出的周向翼肋。再比如，所述翼肋包括從所述葉頂表面徑向向外延伸的兩個徑向翼肋，以及從所述壓力面和所述吸力面周向延伸出的周向翼肋。應注意的是這些組合方式僅為示例而不用于限制本發明。

根據一種實施方式，所述徑向翼肋包括沿所述壓力面和/或所述吸力面徑向向外延伸的第一翼肋和/或第二翼肋。當同時具有第一翼肋和第二翼肋時，第一翼肋和第二翼肋能夠與葉頂表面形成燃氣回流腔。

根據一種實施方式，所述周向翼肋的頂表面與所述葉頂表面間隔開。

根據一種實施方式，所述周向翼肋的頂表面與所述第一翼肋和/或第二翼肋的頂表面間隔開。

由此，在周向翼肋能夠有效地增強對葉尖泄露流的阻擋和削減的同時，還能夠與所述壓力面和/或所述吸力面形成拐角。優選地，所述拐角處可有利地布置有至少一個葉尖射流孔。葉尖射流可對泄露流進行主動射流控制，進一步減小泄露損失，同時對葉尖也有一定的冷卻作用。

有利地，所述徑向翼肋和/或所述周向翼肋的頂表面上可形成有輔助阻擋面。所述輔助阻擋面能夠根據需要被成形為弧形、三角形、凹槽或滾花。