[發明專利]具有帶切削尖端的翼型頂端的渦輪葉片

在審

• 申請號: 201480051624.4
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN105531446A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: D.B.艾倫
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: F01D11/12
• 分類號: F01D11/12;F01D5/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 佘鵬;胡斌

關于聯邦贊助研究或開發的聲明

本發明的開發部分得到美國能源部、先進氫渦輪發展項目（AdvancedHydrogenTurbineDevelopmentProgram）、合同號DE-FC26-05NT42644的支持。因此，美國政府可以擁有本發明中的某些權利。

技術領域

本發明一般涉及渦輪葉片，并且更具體而言，涉及燃氣渦輪發動機中的渦輪葉片的頂端構造。

背景技術

通常，燃氣渦輪發動機包括用于壓縮空氣的壓縮機、用于使壓縮空氣與燃料混合并且點燃混合物的燃燒室以及用于產生功率的渦輪葉片組件。燃燒室常常在可超過華氏2,500度的高溫下操作。典型的渦輪機燃燒室構造使渦輪葉片組件暴露于這些高溫。結果，渦輪葉片必須由能夠承受這樣的高溫的材料制成。此外，渦輪葉片通常包含用于延長葉片的壽命并且降低由于過高的溫度而導致故障的可能性的冷卻系統。

通常，渦輪葉片由處于一端處的根部部分和形成從在渦輪葉片的相對端處耦接到根部部分的平臺向外延伸的葉片的細長部分形成。所述葉片通常包括與根部部分相對的頂端、前緣和后緣。渦輪葉片的頂端經常具有頂端密封件，以減小渦輪機的氣體路徑中的環段與葉片之間的間隙。所述頂端密封件經常被稱為凹槽狀頂端（squealertip），并且經常被結合到葉片的頂端上，以幫助減少渦輪級之間的壓力損失。這些特征被設計成最小化葉片頂端和環段之間的間隙。盡管如此，在啟動期間，葉片頂端經常接觸到環段并且造成葉片頂端上的磨損，這會損壞葉片。因此，需要在不損壞渦輪葉片的情況下適應啟動狀態。

發明內容

公開了一種渦輪葉片，其在渦輪葉片的徑向外端處具有凹槽狀頂端，所述凹槽狀頂端具有從所述凹槽狀頂端朝向環段徑向延伸的多個可磨損涂層切削尖端（cuttingtip）。在操作期間，所述可磨損涂層切削尖端可以切入到渦輪發動機的從渦輪葉片徑向向外定位的環段上的可磨損涂層中。所述多個可磨損涂層切削尖端可以包括從凹槽狀頂端延伸到可磨損涂層切削尖端的最外部尖端的一個或多個切削棱。通過切入到相鄰的可磨損涂層中，所述可磨損涂層切削尖端使渦輪發動機能夠在不損失效率的情況下繼續操作。

渦輪葉片可以由大致細長的葉片形成，所述大致細長的葉片具有前緣、后緣、處于第一端處的頂端、在大致與第一端相對的第二端處耦接到葉片的根部，所述根部用于支撐葉片，并且用于將葉片耦接到輪盤。所述葉片還可以包括在第一端處耦接到頂端的凹槽狀頂端。所述凹槽狀頂端可以包括多個可磨損涂層切削尖端，其從凹槽狀頂端朝向從所述大致細長的葉片徑向向外定位的環段徑向延伸。所述多個可磨損涂層切削尖端可以形成至少兩行的大致正交于凹槽狀頂端和環段之間的燃燒排放氣體流延伸的可磨損涂層切削尖端。可磨損涂層切削尖端的第二行可以位于可磨損涂層切削尖端的第一行的下游，并且可以相對于可磨損涂層切削尖端的第一行與燃燒排放氣體流正交地偏置。

在至少一個實施例中，可磨損涂層切削尖端中的一個或多個可以具有至少一個切削棱，其從凹槽狀頂端延伸到可磨損涂層切削尖端的最外部尖端。在另一實施例中，可磨損涂層切削尖端中的一個或多個具有至少三個切削棱，其從凹槽狀頂端延伸到可磨損涂層切削尖端中的所述至少一個的最外部尖端。第一切削棱可以位于可磨損涂層切削尖端的上游側上。第二切削棱可以在可磨損涂層切削尖端的上游側和下游側之間的第一交會部處從凹槽狀頂端延伸到可磨損涂層切削尖端的最外部尖端。第三切削棱可以在可磨損涂層切削尖端的上游側和下游側之間的第二交會部處從凹槽狀頂端延伸到可磨損涂層切削尖端的最外部尖端。第二交會部可以處于所述尖端的與第一側相對的一側上。

在至少一個實施例中，所述多個可磨損涂層切削尖端中的一個或多個可以具有金字塔的形狀。在另一實施例中，所述多個可磨損涂層切削尖端中的每一個都可以具有金字塔的形狀。所述多個可磨損涂層切削尖端中的至少一個可以從凹槽狀頂端延伸至少125微米的距離。在另一實施例中，所述多個可磨損涂層切削尖端中的至少一個可以從凹槽狀頂端延伸至少250微米的距離。在又一實施例中，所述多個可磨損涂層切削尖端中的至少一個可以從凹槽狀頂端延伸1000微米、即1毫米的距離。在再一實施例中，所述多個可磨損涂層切削尖端可以從凹槽狀頂端延伸至少125微米并且小于1,025微米的距離。所述多個可磨損涂層切削尖端可以由凹槽狀頂端的徑向外端上的滾花表面形成。