CN213039331U - 一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，包括叶片叶根、具有叶片前缘和叶片尾缘的叶片叶型以及连接叶片叶根和叶片叶型的叶片平台；叶片叶型内部设置有用于叶片顶部冷却的冷却通道强化对流冷却回路，冷却通道间具有连接孔；叶片叶型顶部设置有具有凹槽的顶部封盖，凹槽内分别设置有顶部气膜孔和凸起肋片结构；减小叶顶泄漏量和泄漏损失，并且进一步强化涡轮叶片顶部冷却效果，提高涡轮的效率及整体性能。

Description

一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片

技术领域

本实用新型涉及燃气涡轮发动机。更特别地，本实用新型涉及一种用于燃气涡轮发动机的叶片结构。

背景技术

燃气涡轮发动机具有质量轻、体积小、单机功率大、启动快、污染少、热效率高、经济性好等特点。燃气涡轮发动机大体上包括在燃烧区段的下游的涡轮区段，涡轮区段能够与压缩机区段一起旋转以使燃气涡轮发动机旋转并操作来产生功率，诸如推进推力。常规的燃气涡轮发动机大体上包括风扇区段、压缩区段、燃烧区段和涡轮区段，其限定与中压涡轮、低压涡轮成串行流布置的高压涡轮。

目前，燃气涡轮发动机涡轮叶片的冷却前温度早已超过其材料的承受温度。保证叶片能够安全可靠地工作，主要通过两个途径来实现，一是提高材料的耐高温性能，二是采用冷却能力更强的冷却方式来降低叶片的温度。另一方面，存在由于涡轮叶片的旋转尖端与围绕它们的固定壳体之间的燃烧气体泄漏而引起的公认的问题。这种泄漏有时称为“尖端泄漏”。

发明内容

本实用新型的目的在于提供提高燃气涡轮发动机涡轮叶片的换热性能、降低尖端泄漏，提高综合涡轮热效率的一种燃气涡轮发动机涡轮叶片。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，

其中，燃气涡轮发动机为高旁通涡轮风扇燃气涡轮发动机，包括：进气口，推进风扇，低压压缩机，高压压缩机，燃烧器，包括高压涡轮，中压涡轮和低压涡轮以及排气扩散器；

使得进入进气口的空气被推进风扇加速，从而产生两种气流：进入低压压缩机的第一气流和提供推进推力的第二气流；低压压缩机压缩第一气流，低压压缩机再将空气输送到高压压缩机中进行进一步压缩；

从高压压缩机排出的压缩空气被引导到燃烧器中，在燃烧器中，压缩空气与燃料混合并且混合物燃烧；然后，所得的热燃烧产物膨胀并驱动高压涡轮机，中压涡轮机和低压涡轮机，然后通过排气扩散器排出；高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机通过互连轴分别驱动高压压缩机和低压压缩机以及推进风扇；

高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机通过互连轴分别驱动高压压缩机和低压压缩机以及推进风扇；

高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机均具有涡轮转子叶片，涡轮转子叶片具有叶顶综合结构，包括叶片叶根、具有叶片前缘和叶片尾缘的叶片叶型以及连接叶片叶根和叶片叶型的叶片平台；叶片叶型内部设置有用于叶片顶部冷却的冷却通道强化对流冷却回路，冷却通道间具有连接孔；

叶片叶型顶部设置有具有凹槽的顶部封盖，凹槽内分别设置有顶部气膜孔和凸起肋片结构；其中，顶部气膜孔和凸起肋片结构均采用圆形结构；

所述顶部气膜孔和所述凸起肋片结构的圆心中心线连线方向与叶片前缘向叶片尾缘的弯曲弧线方向一致，顶部气膜孔沿叶片叶型顶部的压力面和吸力面的圆心中心线间隔分布，顶部气膜孔沿前缘至后缘孔直径逐渐减小；凸起肋片结构沿叶片叶型顶部的压力面和吸力面的圆心中心线间隔分布，凸起肋片结构沿前缘至后缘孔直径逐渐减小；其中，顶部气膜孔和凸起肋片结构逐一对应设置，对应设置的凸起肋片结构的直径大于顶部气膜孔的直径；相邻的凸起肋片结构之间、凸起肋片结构与叶片叶型两侧边缘之间均具有间隙；

凸起肋片结构与顶部封盖是一体加工；顶部封盖为单独制造，并以焊接的形式安装在叶片顶部，从而与叶片顶部形成一体式结构。

凸起肋片结构的高度占凹槽的深度的50％。

顶部封盖表面涂覆有隔热涂层。

本实用新型的优势在于：本实用新型中的燃气涡轮发动机涡轮叶片用于改善涡轮叶顶泄漏流、减少叶顶泄漏流及泄漏流造成的损失，并且进一步强化涡轮叶片顶部冷却效果，提高涡轮的效率及整体性能。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了本实用新型的针对本领域普通技术人员而言完整且充分的公开，在附图中：

图1为根据本公开的方面的结合涡轮区段的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；

图2为图1中的涡轮区段的涡轮叶片的示意性横截面视图；

图3为涡轮叶片顶部示意图。

在本说明书和附图中对参考标号的重复使用旨在表示本实用新型的相同或相似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细地参考本实用新型的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各示例作为本实用新型的阐释而非本实用新型的限制来提供。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下可在本实用新型中作出多种修改和变化。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起使用以产生另外的其它实施例。因而，意图的是，本实用新型涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变化。

在图1中，燃气涡轮发动机总体上以10表示，具有轴线X-X,并且包括轴向流系列的进气口 11，推进风扇12，低压压缩机13，高压压缩机14，燃烧器15，包括高压涡轮 16，中压涡轮17和低压涡轮18以及排气扩散器19。

燃气涡轮发动机10为高旁通涡轮风扇燃气涡轮发动机，使得进入进气口 11的空气被推进风扇12加速，从而产生两种气流：进入低压压缩机13的第一气流和提供推进推力的第二气流。低压压缩机13压缩第一气流，低压压缩机再将空气输送到高压压缩机14中进行进一步压缩。

从高压压缩机14排出的压缩空气被引导到燃烧器15中，在燃烧器15中，压缩空气与燃料混合并且混合物燃烧。然后，所得的热燃烧产物膨胀并驱动高压涡轮机16，中压涡轮机17和低压涡轮机18，然后通过排气扩散器19排出，以提供附加的推进力。高压涡轮机16、中压涡轮机17和低压涡轮机18通过互连轴26、28、30分别驱动高压压缩机13和低压压缩机14以及推进风扇12。

在图2中，高压涡轮机16、中压涡轮机17和低压涡轮机18均具有涡轮转子叶片，涡轮转子叶片具有叶顶综合结构，包括叶片叶根1、具有叶片前缘20和叶片尾缘21的叶片叶型2以及连接叶片叶根1和叶片叶型2的叶片平台3；叶片叶型2内部设置有用于叶片顶部冷却的冷却通道5强化对流冷却回路，冷却通道5间具有连接孔6。

在图3中，

叶片叶型2顶部设置有具有凹槽的顶部封盖4，凹槽内分别设置有顶部气膜孔6 和凸起肋片结构7；其中，顶部气膜孔6和凸起肋片结构7均采用圆形结构；所述顶部气膜孔6和所述凸起肋片结构7的圆心中心线连线方向与叶片前缘20 向叶片尾缘21的弯曲弧线方向一致，顶部气膜孔6沿叶片叶型2顶部的压力面和吸力面的圆心中心线间隔分布，顶部气膜孔6沿前缘至后缘孔直径逐渐减小；凸起肋片结构7沿叶片叶型2顶部的压力面和吸力面的圆心中心线间隔分布，凸起肋片结构7沿前缘至后缘孔直径逐渐减小；其中，顶部气膜孔6和凸起肋片结构7逐一对应设置，对应设置的凸起肋片结构7的直径大于顶部气膜孔6的直径；相邻的凸起肋片结构7之间、凸起肋片结构7与叶片叶型2两侧边缘之间均具有间隙8；

凸起肋片结构7与顶部封盖4是一体加工；顶部封盖4为单独制造，并以焊接的形式安装在叶片顶部，从而与叶片顶部形成一体式结构。

所述顶部封盖4与叶片内部的隔板形成冷却通道强化对流冷却回路中的横向冷却通道，横向冷却通道具有通向叶片外燃气主流的至少一个开口；横向冷却通道内冷却气体为从叶片前缘20与叶片尾缘21之间流动，最终从所述顶部气膜孔6及横向冷却通道的所述开口流入燃气主流。通过凸起肋片结构7结构将气膜压制在凹槽内，增强叶顶凹槽面两侧的气膜覆盖率，使叶顶凹槽面得到均匀合理的气膜冷却效果，增加了凹槽面内的换热面积，有效降低叶顶凹槽局部高温和局部热应力，提供合理有效的热防护能力。且通过凸起肋片结构7以及顶部气膜孔6引起凹槽内流动分离，增大凹槽内的流动掺混，减小叶顶泄漏量和泄漏损失，并且进一步强化涡轮叶片顶部冷却效果，提高涡轮的效率及整体性能。

由于叶片整体由叶片前缘20向叶片尾缘21方向弯曲，呈现一定的弧度，为了提高冷却工质在叶顶凹槽面内的均匀分布性能，本实用新型中，所述顶部气膜孔6的圆心中心线连线方向与叶片前缘20向叶片尾缘21的弯曲方向一致。凸起肋片结构7和顶部气膜孔6的分布方向与叶片整体的弧度弯曲方向相同，使得在叶片顶部的凹槽内的冷却介质沿该弯曲方向分布，提高冷却介质分布的均匀性，对凹槽两侧的冷却效果更好。

为了更好的将冷却气膜压制在叶顶的凹槽内，本实用新型中，凸起肋片结构7的高度占所述凹槽的深度的50％。

为了进一步提高叶顶凹槽面的热防护能力，本实用新型中，所述顶部封盖4表面涂覆有隔热涂层。

以上所述仅为发明的较佳实施例，并不用以限制发明，凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，

燃气涡轮发动机为高旁通涡轮风扇燃气涡轮发动机，包括：进气口，推进风扇，低压压缩机，高压压缩机，燃烧器，包括高压涡轮，中压涡轮和低压涡轮以及排气扩散器；

使得进入进气口的空气被推进风扇加速，从而产生两种气流：进入低压压缩机的第一气流和提供推进推力的第二气流；低压压缩机压缩第一气流，低压压缩机再将空气输送到高压压缩机中进行进一步压缩；

从高压压缩机排出的压缩空气被引导到燃烧器中，在燃烧器中，压缩空气与燃料混合并且混合物燃烧；然后，所得的热燃烧产物膨胀并驱动高压涡轮机，中压涡轮机和低压涡轮机，然后通过排气扩散器排出；高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机通过互连轴分别驱动高压压缩机和低压压缩机以及推进风扇；

其特征在于，

高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机均具有涡轮转子叶片，涡轮转子叶片具有叶顶综合结构，包括叶片叶根、具有叶片前缘和叶片尾缘的叶片叶型以及连接叶片叶根和叶片叶型的叶片平台；叶片叶型内部设置有用于叶片顶部冷却的冷却通道强化对流冷却回路，冷却通道间具有连接孔；

叶片叶型顶部设置有具有凹槽的顶部封盖，凹槽内分别设置有顶部气膜孔和凸起肋片结构；顶部气膜孔和凸起肋片结构均采用圆形结构；

所述顶部气膜孔和所述凸起肋片结构的圆心中心线连线方向与叶片前缘向叶片尾缘的弯曲弧线方向一致，顶部气膜孔沿叶片叶型顶部的压力面和吸力面的圆心中心线间隔分布，顶部气膜孔沿前缘至后缘孔直径逐渐减小；凸起肋片结构沿叶片叶型顶部的压力面和吸力面的圆心中心线间隔分布，凸起肋片结构沿前缘至后缘孔直径逐渐减小；顶部气膜孔和凸起肋片结构逐一对应设置，对应设置的凸起肋片结构的直径大于顶部气膜孔的直径；相邻的凸起肋片结构之间、凸起肋片结构与叶片叶型两侧边缘之间均具有间隙；

凸起肋片结构与顶部封盖是一体加工；顶部封盖为单独制造，并以焊接的形式安装在叶片顶部，从而与叶片顶部形成一体式结构。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，其特征在于，凸起肋片结构的高度占凹槽的深度的50％。

3.根据权利要求1所述的一种用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片，其特征在于，顶部封盖表面涂覆有隔热涂层。

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