[实用新型]一种采用叶顶肋翼结构的涡轮叶片

说明书

技术领域

本发明属于一种燃气涡轮发动机的涡轮动叶叶片，具体涉及一种涡轮转子叶片叶顶的设计方法、结构和装置。

背景技术

现代燃气涡轮发动机核心机主要包括三个部件：压气机、燃烧室和涡轮。气流流经压气机时被压缩成为高压气体，然后在燃烧室内和燃油进行混合燃烧成为高温高压燃气，这种燃气流经涡轮时对涡轮做功，推动涡轮转子旋转，而涡轮带动压气机。

涡轮转子叶片通常包括前缘、压力面、吸力面、尾缘和叶顶。在涡轮转子中，为了防止涡轮动叶叶顶和外机匣壁之间发生摩擦，在它们之间会留有一定间隙。主流通道内的流体在压力面和吸力面压力梯度力的驱动下由压力面侧流向吸力面侧，形成叶顶泄漏流和相应的叶顶泄漏涡。叶顶泄漏流会形成流动损失，同时这部分流体对涡轮转子几乎不做功，因此降低了涡轮的功率输出。为了改善燃气涡轮发动机的性能，要降低叶顶泄漏流的不利作用。

如果采用传统的平面，减少叶顶泄漏损失的方法是将叶顶间隙设计得尽可能小，不过叶顶间隙的最小值受到加工精度等因素的限制，总有一个最小值。另一方面，在一些已知燃气涡轮发动机的涡轮转子中，在发动机运行期间，该间隙的大小会随着使用时间的增加而增大，叶尖流动会对发动机的性能造成更大的不利影响。

通过采用特殊设计的叶顶结构是另外一种用于控制涡轮叶顶流动不利影响的方法，目前已知的一些方法包括采用凹槽和小翼等几何结构，这些方法主要是通过降低叶尖泄漏流的方法。

事实上，叶尖附近的流动除了叶尖泄漏涡之外，还有刮削涡和通道涡，其中这些涡系结构都是形成流动损失，降低涡轮效率的原因。

高压涡轮中的流体为高温的燃气，造成叶顶的热腐蚀和氧化，降低发动机的寿命，叶尖泄漏涡之外，刮削涡和通道涡均会造成叶顶局部区域传热性能降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用叶顶肋翼结构的涡轮叶片，它通过抑制涡系结构的发展来降低叶顶附近流动掺混的损失，达到提高涡轮效率，增大涡轮输出功，并改善涡轮的传热性，延长发动机寿命的目的。抑制涡系结构的发展也可以降低叶片表面的传热，从而达到改善传热性能的目的。

本发明是这样实现的，一种采用叶顶肋翼结构的涡轮叶片，它包括叶片压力面侧小翼、叶片吸力面侧小翼，叶片压力面侧小翼与叶片吸力面侧小翼之间形成叶顶中部的腔体。

所述的压力面小翼的起始点A接近叶片前缘，终止点B接近叶片尾缘；压力面起始点A位于吸力面上，距叶片前缘的距离为0％-50％的压力面长度，压力面的终止点B位于压力面上，距叶片尾缘的距离为40％-90％的压力面长度。

压力面小翼的宽度W为压力面小翼边缘到叶片压力面之间的垂直距离，其取值范围是0到0.5倍的叶片最大厚度。

吸力面小翼起始点C位于叶片吸力面上，距叶片前缘的距离为0％-15％的吸力面长度，吸力面小翼终止点D在位于叶片吸力面，距叶片尾缘的距离为10％-55％的吸力面长度。

吸力面小翼厚度K为吸力面小翼边缘到叶片吸力面之间的垂直距离，从吸力面小翼起始点C开始，到吸力面小翼终止点D为止，叶片厚度K呈先增大后减小的分布，吸力面小翼厚度K具有一个最大厚度，取值范围是0.1到1倍的叶片最大厚度，吸力面小翼最大厚度的位置距叶片前缘的距离为20％-60％的吸力面长度。

叶片顶部具有一个凹槽结构，内圈型线为叶顶中凹槽的型线，凹槽型线和叶顶外圈型线之间的宽度为M，具体宽度在不同的位置取不同值，最大宽度小于2倍的叶片最大厚度。

叶片压力面9在F点开始，向叶顶压力面小翼开始过渡。在F点附近采用曲线或直线或曲线直线组合的线段的方式过渡，线段与压力面小翼叶顶面之间存在一个夹角，夹角可以为尖锐的角或者采用倒角处理。

叶顶平面到F点沿展向的距离P不大于叶片弦长的10％；叶片叶顶面和凹槽结构底部的距离T的取值范围在1％-7％叶片弦长范围内。

叶片吸力面从G点开始向吸力面小翼过渡。在G点附近采用曲线或直线或曲线直线组合的线段过渡，该线段和吸力面小翼顶面之间存在一个夹角，该夹角H的范围为35度-120度；夹角为尖锐的角或者采用倒角处理。

内圈凹槽型线和外圈小翼轮廓线之间的宽度在不同的位置取不同值，在叶片和叶顶的横截面处，压力面小翼内侧和凹槽底部的夹角为W，W大于90度；压力面小翼内侧面和凹槽底部的夹角为W，W大于70度，在叶片和叶顶的横截面处，吸力面小翼内侧面和凹槽底部的夹角为X，夹角X大于70度。