[發明專利]一種包括葉頂帶有孔窩的動葉片的渦輪

有效

• 申請號: 201310385138.3
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103422912A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 高杰;鄭群;姜斌;張正一
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F01D11/08
• 分類號: F01D11/08;F01D5/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種渦輪，具體地說是航空發動機和燃氣輪機的渦輪。

背景技術

渦輪葉頂間隙泄漏流動是葉輪機械轉子中最普遍的流動現象之一，葉頂表面橫向壓差引起從壓力面到吸力面的泄漏流，當泄漏流從吸力面流出時與通道主流相互作用形成泄漏渦，泄漏流和泄漏渦對渦輪氣動損失、傳熱和下游流場的非定常性有著十分重要的影響：首先，渦輪葉頂泄漏流產生很大的氣動損失，在不帶冠渦輪中，葉頂泄漏損失最高可分別占到動葉損失的45%和級損失的30%；其次，泄漏流和泄漏渦對下游流場的非定常性有著較大的影響，其可以引起葉片結構振動和噪聲，降低可靠性，并減少發動機壽命；最后，泄漏流和泄漏渦增加了渦輪葉頂附近傳熱的復雜性，在高壓渦輪中，高溫燃氣在流經間隙時，氣流速度迅速提高造成的射流效應導致葉頂換熱系數大大提高，并且泄漏流在間隙內經歷分離、再附等復雜流動過程，使得葉頂換熱十分復雜，在間隙內熱負荷的沖擊下，渦輪葉片很容易出現燒蝕和斷裂。

為了減小葉頂間隙燃氣泄漏所帶來的負面影響，目前渦輪大多采用動葉葉頂帶冠、動葉葉頂修型等方法抑制間隙泄漏流的產生，這些方法雖然能在一定程度上減少間隙泄漏損失，改善渦輪通道內部流動，但其作用效果因特定應用的渦輪葉片而異，比如高、低壓渦輪葉片，亞、跨音速間隙流，長、短葉片等，并且在變工況運行條件下，這些方法對間隙泄漏的控制效果不佳；此外，這些方法雖然能在一定程度上降低葉頂表面平均傳熱系數和熱負荷，但卻增加了葉頂局部區域的傳熱系數，增加了葉頂傳熱的不均勻程度。由于現有技術的不足，人們希望有一種改進的能夠有效減小端區間隙泄漏流所帶來的負面影響的渦輪葉片。

發明內容

本發明的目的在于提供既能減少間隙泄漏量，并增強攻角變化適用性，又能有效減少葉頂表面的熱負荷，并減小葉頂傳熱的不均勻程度的一種包括葉頂帶有孔窩的動葉片的渦輪。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種包括葉頂帶有孔窩的動葉片的渦輪，包括機匣、輪轂，輪轂沿其圓周方向均勻安裝有動葉片，輪轂和動葉片均安裝在機匣里，其特征是：動葉片的葉頂設置孔窩。

本發明還可以包括：

1、所述的孔窩的形狀為蜂窩或球窩。

2、當孔窩為蜂窩形狀時，蜂窩的芯格尺寸d_cell與葉頂最大厚度d_max的比值為0.1～0.5，蜂窩深度h_cell與葉頂最大厚度d_max的比值為0.1～0.5，蜂窩深度h_cell不小于蜂窩芯格尺寸d_cell。

3、當孔窩為球窩形狀時，球窩的直徑d_ball與葉頂最大厚度d_max的比值為0.1～0.5。

4、在葉頂間隙泄漏流動方向上至少有一個孔窩。

本發明的優勢在于：本發明從渦輪葉片端區間隙泄漏流動機理出發，借鑒密封結構可以增加流阻的特點，在葉頂端面設置一系列孔窩，實現葉片端區間隙泄漏流的被動控制；同時，葉頂間隙泄漏氣流速度的降低（泄漏氣流受到層層阻隔所致）也抑制了間隙內熱燃氣的射流效應對葉頂傳熱不均勻的影響；此外，考慮到燃氣渦輪在變工況條件下運行時，葉頂間隙泄漏流動方向會發生改變，因此要求葉頂孔窩結構應該是對泄漏氣流方向適應性很強的一些密封結構，比如蜂窩、球窩等。

本發明設計的葉頂帶有孔窩的渦輪葉片一方面減少了間隙泄漏量，提高了渦輪效率，同時也具有良好的攻角變化適用性；另一方面也同時減少了葉頂表面的熱負荷和葉頂局部區域的傳熱系數，進而減小了葉頂傳熱的不均勻程度，從而提高了葉片壽命；并且，本發明能減輕葉片頂部端區重量，減少葉片蹭機匣時的剛性，從而提高燃氣渦輪工作的可靠性。

附圖說明

圖1為本發明的子午視圖；

圖2a為葉頂為蜂窩形狀的結構示意圖，圖2b為葉頂為球窩形狀的結構示意圖；

圖3a為圖2a的A向視圖，圖3b為蜂窩結構示意圖，圖3c為球窩形狀葉頂結構示意圖，圖3d為球窩結構示意圖；

圖4為圖3a的B-B剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：

如圖1所示，本發明由輪轂1、機匣2和動葉片3組成，其中動葉片由基元葉型4沿徑向積疊線生成，包括葉片前緣線5、尾緣線6和葉頂端面7，機匣2和葉頂端面7之間形成間隙。

實施方式1：