[發(fā)明專利]壓氣機轉子葉片及其設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011543446.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112283160B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉天一;郭玲;劉儒駿;曹傳軍;李游;陸曉鋒;王家廣
• 申請（專利權）人: 中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動機制造有限責任公司;中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

本發(fā)明的一個目的在于提供一種壓氣機轉子葉片，為整體厚度較小的葉片設置葉尖小翼結構提供基礎。本發(fā)明的另一目的在于提供一種壓氣機轉子葉片的設計方法。為實現(xiàn)前述一個目的的壓氣機轉子葉片，包括葉片本體以及設置于葉片本體上的葉尖小翼：葉尖小翼設置在葉片本體壓力面的葉頂處，在葉頂?shù)谋砻嫣幍娜~型截面中，位于葉片本體中部。在每一葉型截面中，積疊軸具有位于葉片本體葉頂處的積疊軸起點以及位于葉片本體葉根處的積疊軸終點，自積疊軸終點沿垂直水平方向延伸有基準軸；其中，葉尖小翼具有第二重心，在轉子葉片的子午視圖中，第二重心與積疊軸分別位于基準軸的兩側，轉子葉片的最大厚度小于1.2mm。

技術領域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機領域，尤其涉及一種壓氣機轉子葉片及其設計方法。

背景技術

在航空發(fā)動機或燃氣輪機的設計、試驗驗證、工作服役等的過程中，軸流壓氣機氣動性能是一組極其重要的參數(shù)指標，通過這一組參數(shù)評價壓氣機設計方案的優(yōu)劣、監(jiān)測壓氣機的工作狀態(tài)是否正常、分析壓氣機工作過程中出現(xiàn)的故障問題等。

軸流壓氣機氣動性能由各級的氣動性能共同決定。其中，在高轉速下，后面級的性能尤為重要。壓氣機轉子葉片和機匣之間存在徑向間隙，間隙中存在如圖1所示的、由壓力面91到吸力面92的泄漏流動93。這不僅會導致葉尖部分截面的效率降低，還會降低其做功量，進而導致流量下降，正攻角增大，從而容易失速。間隙相比于葉高的比例越大，泄漏越嚴重，對性能的影響越大。隨著氣體的逐級壓縮，軸流壓氣機的葉高總是逐級降低的，但各級在工作狀態(tài)下的葉尖間隙卻相差不大。因此處于越下游的級，葉尖泄漏問題越嚴重。目前，轉子葉片的葉尖泄漏已成為制約后面級性能的最主要因素之一。

葉尖小翼技術能有效抑制葉尖泄漏，改善葉片氣動性能，在渦輪領域已有大量應用，如圖2示意性示出了現(xiàn)有帶小翼結構94的壓氣機葉片9的示意圖。但壓氣機葉片遠比渦輪葉片更薄，使用同樣的葉尖小翼會給葉片帶來大得多的應力和應變，從而帶來一系列強度隱患。因此，葉尖小翼目前在航空及地面燃氣輪機所用的高轉速、高溫工作的軸流壓氣機中的實際應用極少。

同時，對于葉型中整體厚度較小的葉片而言，如何針對性地選擇葉尖小翼的位置和形狀，從而以可接受的強度負擔換取最大的氣動收益，是目前亟需解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的一個目的在于提供一種壓氣機轉子葉片，為整體厚度較小的葉片設置葉尖小翼結構提供基礎。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種壓氣機轉子葉片的設計方法，其用于設計如前所述的轉子葉片。

為實現(xiàn)前述一個目的的壓氣機轉子葉片，包括葉片本體以及設置于所述葉片本體上的葉尖小翼：

所述葉尖小翼設置在所述葉片本體壓力面的葉頂處，在所述葉頂?shù)谋砻嫣幍娜~型截面中，所述葉尖小翼的起點與所述葉片本體前緣之間的距離大于10％的所述葉片本體的弦長，所述葉尖小翼的終點與所述葉片本體尾緣之間的距離大于10％的所述葉片本體的弦長；

在每一葉型截面中，對于未加裝所述葉尖小翼的所述葉片本體具有第一重心，所述第一重心連線成為所述葉片本體的積疊軸，所述積疊軸具有位于所述葉片本體葉頂處的積疊軸起點以及位于所述葉片本體葉根處的積疊軸終點，自所述積疊軸終點沿垂直水平方向延伸有基準軸；

其中，所述葉尖小翼具有第二重心，在所述轉子葉片的子午視圖中，所述第二重心與所述積疊軸分別位于所述基準軸的兩側，所述轉子葉片的最大厚度小于1.2mm。

在一個或多個實施方式中，對應所述葉片本體的前緣點的前緣金屬角與對應所述葉片主體的尾緣點的尾緣金屬角之間具有第一差值，對應葉尖小翼引申起點的起始金屬角與對應葉尖小翼引申終點的終止金屬角之間具有第二差值，所述第一差值比所述第二差值的50%大。

在一個或多個實施方式中，所述第一差值比所述第二差值的70%大。