[实用新型]一种提高燃气轮机气动性能的带叶顶叶栅结构的转子叶片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种转子叶片顶部叶栅结构，确切地说是一种提高燃气轮机气动性能的带叶顶叶栅结构的转子叶片。主要应用于航空燃气轮机、地面燃气轮机和舰用的燃气轮机推进器等。属于燃气轮机设计、制造和应用领域。

背景技术

随着现代工业的发展，对燃气轮机发动机的性能要求越来越高，人们一直努力追求获得高压比、高效率、有适当喘振裕度以及尽可能少级数的叶轮。对民用航空而言，高效率的叶轮机械不但意味着发动机优良的工作性能，而且其更大的意义在于因此实现的低耗油率和更高的经济性。通俗的讲就是，以最少的代价，获得最高的产出。对航空、航海领域，其积极效果也非常可观，因为携带相同的油量可获得更大的航程。基于这样的认识，应对叶轮流道内真实流动的结构和机理进行深入的研究，并探索降低损失、改善流动特性和提高效率的新思想、新概念。

叶轮的气动效率是衡量燃气轮机发动机性能的重要参数，叶轮气动效率的高低取决于气流流过叶轮通道的能量损失的大小，也就是说与流通部分的效率密切相关。所以，减小叶轮机械通道内的能量损失，是提高其机械效率的重要途径。区别于飞机和其他飞行器，叶轮机械的内部流动损失的影响因素更为复杂。由于粘性、复杂几何条件以及壁面相互作用引起的各种形式的二次流带来的损失占相当大的比例，约为总流动损失的30％～50％。具体地表现为通道涡、泄漏涡、角隅涡和刮削涡等各种涡系。而且由根据实际测试数据，由流动损失带来的效率降低，每降低1％，耗油率约增加2％。更为严重地，泄漏流动诱发产生的失速前兆可导致叶轮机械的失稳，甚至是喘振。所以合理利用和控制其叶轮通道中的二次流的产生和发展，才有可能降低其流动损失，或扩大其稳定裕度。多年来，国内外比较主流的控制方法，大致可归纳为以下几大类，改变流通部分几何尺寸、改善做功量分布、可控涡设计技术以及附面层控制法、机匣处理、端弯和端削技术等，另外还有控制机匣或转子的热膨胀量的主动间隙控制技术。

公告号CN203584472U的实用新型专利公开了一种应用在涡轮叶尖的结构，通过在涡轮叶尖靠近压力面和吸力面的位置布置侧肋条，减小热负荷的同时减小了叶尖泄漏流流量，进而减小了涡轮叶片的气动损失。但是另一方面，流体涡在叶尖凹槽内的形成与发展，也会带来其他的附加流动损失，导致对流道内的总体损失的控制的能力比较有限。

公告号CN202914391U的实用新型专利公开了一种应用在航空发动机风扇或压气机叶顶间隙的机匣结构，通过对机匣内侧壁加工出具有一定深度和宽度的阶梯周向槽，提高压气机稳定工作裕度的同时，提高了压气机的性能。但是在机匣上的处理手段，对于机匣的大尺寸薄壁加工提出了更高要求。

发明内容

本实用新型的目的是为了适应高性能叶轮机械发展的要求，针对这一类叶轮发动机的工作叶片，通过对叶轮机械的转子叶片顶部几何结构的处理，提高转子叶片的气动效率和稳定工作范围，最终提高叶轮机械的工作效率和稳定裕度。具体是通过在叶片顶端结构进行外形叶栅化，从而减小转子通道内的流动损失，提出一种既降低叶轮损失、改善其气动性能，又不会给结构设计和加工带来难度的叶顶叶栅结构。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种提高燃气轮机气动性能的带叶顶叶栅结构的转子叶片，该转子叶片结构包括装配凸台(5)，装配凸台(5)的上面设有转子叶片(4)；下面设有榫头(6)。上述转子叶片(4)的叶顶(3)上设有叶顶叶栅(1)，叶顶叶栅(1)由至少三个叶片(2)分布而成。上述榫头(6)的底部加工有固定销槽(7)。

本实用新型中所述的叶顶叶栅结构中的叶栅不同于传统意义上的叶栅。该叶栅的定义为，由至少三个叶片按各自安装角，按一定局部位置组成的分布式叶片组合，可以理解为一种广义上的“叶栅”结构。其特征为各个叶片的叶型不限定一致、各个叶片的安装角不限定一致、叶片间距不限定一致。需要强调的是，无论选择哪种叶型组成的叶顶叶栅，甚至是由多个弯曲导流板组成的几何结构也涵盖于上述的广义叶栅结构中。

本实用新型基于利用叶顶叶栅控制叶顶间隙泄漏流，减小转子叶片通道内的流动损失，在所述转子叶片的顶端加工出由若干叶片组成的叶顶叶栅。根据不同叶轮机械实际需求和不同转子叶片所处的不同流场环境，其叶型的几何参数如中弧线、弦长、最大挠度、前缘角、叶型弯角等参数需要按实际情况选择和优化。

叶顶叶栅的叶片数量、分布范围和叶片叶距、几何安装角等参数需要按下述要求设计：

所述转子叶片，其叶顶叶栅分布范围为弦长的3％～85％；

所述转子叶片，其叶顶叶栅的叶距为弦长的0.1～0.4倍；