[實用新型]一種采用葉頂肋翼結構的渦輪葉片

有效

• 申請號: 201520770832.1
• 申請日: 2015-09-30
• 公開（公告）號: CN205135721U
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 周超;鐘芳盼;王雷
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14;F01D5/20
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

技術領域

本發明屬于一種燃氣渦輪發動機的渦輪動葉葉片，具體涉及一種渦輪轉子葉片葉頂的設計方法、結構和裝置。

背景技術

現代燃氣渦輪發動機核心機主要包括三個部件：壓氣機、燃燒室和渦輪。氣流流經壓氣機時被壓縮成為高壓氣體，然后在燃燒室內和燃油進行混合燃燒成為高溫高壓燃氣，這種燃氣流經渦輪時對渦輪做功，推動渦輪轉子旋轉，而渦輪帶動壓氣機。

渦輪轉子葉片通常包括前緣、壓力面、吸力面、尾緣和葉頂。在渦輪轉子中，為了防止渦輪動葉葉頂和外機匣壁之間發生摩擦，在它們之間會留有一定間隙。主流通道內的流體在壓力面和吸力面壓力梯度力的驅動下由壓力面側流向吸力面側，形成葉頂泄漏流和相應的葉頂泄漏渦。葉頂泄漏流會形成流動損失，同時這部分流體對渦輪轉子幾乎不做功，因此降低了渦輪的功率輸出。為了改善燃氣渦輪發動機的性能，要降低葉頂泄漏流的不利作用。

如果采用傳統的平面，減少葉頂泄漏損失的方法是將葉頂間隙設計得盡可能小，不過葉頂間隙的最小值受到加工精度等因素的限制，總有一個最小值。另一方面，在一些已知燃氣渦輪發動機的渦輪轉子中，在發動機運行期間，該間隙的大小會隨著使用時間的增加而增大，葉尖流動會對發動機的性能造成更大的不利影響。

通過采用特殊設計的葉頂結構是另外一種用于控制渦輪葉頂流動不利影響的方法，目前已知的一些方法包括采用凹槽和小翼等幾何結構，這些方法主要是通過降低葉尖泄漏流的方法。

事實上，葉尖附近的流動除了葉尖泄漏渦之外，還有刮削渦和通道渦，其中這些渦系結構都是形成流動損失，降低渦輪效率的原因。

高壓渦輪中的流體為高溫的燃氣，造成葉頂的熱腐蝕和氧化，降低發動機的壽命，葉尖泄漏渦之外，刮削渦和通道渦均會造成葉頂局部區域傳熱性能降低。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用葉頂肋翼結構的渦輪葉片，它通過抑制渦系結構的發展來降低葉頂附近流動摻混的損失，達到提高渦輪效率，增大渦輪輸出功，并改善渦輪的傳熱性，延長發動機壽命的目的。抑制渦系結構的發展也可以降低葉片表面的傳熱，從而達到改善傳熱性能的目的。

本發明是這樣實現的，一種采用葉頂肋翼結構的渦輪葉片，它包括葉片壓力面側小翼、葉片吸力面側小翼，葉片壓力面側小翼與葉片吸力面側小翼之間形成葉頂中部的腔體。

所述的壓力面小翼的起始點A接近葉片前緣，終止點B接近葉片尾緣；壓力面起始點A位于吸力面上，距葉片前緣的距離為0％-50％的壓力面長度，壓力面的終止點B位于壓力面上，距葉片尾緣的距離為40％-90％的壓力面長度。

壓力面小翼的寬度W為壓力面小翼邊緣到葉片壓力面之間的垂直距離，其取值范圍是0到0.5倍的葉片最大厚度。

吸力面小翼起始點C位于葉片吸力面上，距葉片前緣的距離為0％-15％的吸力面長度，吸力面小翼終止點D在位于葉片吸力面，距葉片尾緣的距離為10％-55％的吸力面長度。

吸力面小翼厚度K為吸力面小翼邊緣到葉片吸力面之間的垂直距離，從吸力面小翼起始點C開始，到吸力面小翼終止點D為止，葉片厚度K呈先增大后減小的分布，吸力面小翼厚度K具有一個最大厚度，取值范圍是0.1到1倍的葉片最大厚度，吸力面小翼最大厚度的位置距葉片前緣的距離為20％-60％的吸力面長度。

葉片頂部具有一個凹槽結構，內圈型線為葉頂中凹槽的型線，凹槽型線和葉頂外圈型線之間的寬度為M，具體寬度在不同的位置取不同值，最大寬度小于2倍的葉片最大厚度。

葉片壓力面9在F點開始，向葉頂壓力面小翼開始過渡。在F點附近采用曲線或直線或曲線直線組合的線段的方式過渡，線段與壓力面小翼葉頂面之間存在一個夾角，夾角可以為尖銳的角或者采用倒角處理。

葉頂平面到F點沿展向的距離P不大于葉片弦長的10％；葉片葉頂面和凹槽結構底部的距離T的取值范圍在1％-7％葉片弦長范圍內。

葉片吸力面從G點開始向吸力面小翼過渡。在G點附近采用曲線或直線或曲線直線組合的線段過渡，該線段和吸力面小翼頂面之間存在一個夾角，該夾角H的范圍為35度-120度；夾角為尖銳的角或者采用倒角處理。

內圈凹槽型線和外圈小翼輪廓線之間的寬度在不同的位置取不同值，在葉片和葉頂的橫截面處，壓力面小翼內側和凹槽底部的夾角為W，W大于90度；壓力面小翼內側面和凹槽底部的夾角為W，W大于70度，在葉片和葉頂的橫截面處，吸力面小翼內側面和凹槽底部的夾角為X，夾角X大于70度。