[发明专利]一种带有混合式冷却-密封结构的锯齿冠涡轮叶片

说明书

本发明的目的在于提供一种带有混合式冷却‑密封结构的锯齿冠涡轮叶片，包括叶片体、叶冠，叶冠上设置带有混合结构的单篦齿，单篦齿里设置第一进口通道和第二进口通道，第一进口通道位于单篦齿的前缘面，第二进口通道为由单篦齿底部通向单篦齿顶部，第一进口通道与第二进口通道在单篦齿内部汇合。本发明在篦齿内部设计了特有的气流通道，对带冠叶片进行冷却以及加强篦齿的密封效果，该结构提高了涡轮的气动性能和叶冠的使用寿命；同时单篦齿减轻了传统带冠叶片的整体质量，减小高速转动下的离心应力；单篦齿也增加了工作面的接触面积，从而减小了接触应力，减小接触面的摩檫力，最终减小叶冠工作时的磨损，提高叶片的安全性能。

技术领域

本发明涉及的是一种涡轮，具体地说是涡轮的叶片。

背景技术

涡轮带冠叶片因为具有诸多优点，如良好的气动性能和叶片减振作用，使得带冠叶片被广泛应用于高低压涡轮。根据叶冠形状的不同分为平行四边形叶冠和锯齿叶冠，其中锯齿冠克服了平行四边形叶冠阻尼面磨损不一致的缺点而应用更广泛。传统的锯齿叶冠如图4所示，双篦齿冠的前缘篦齿7、双篦齿冠的后缘篦齿8，形成“工”形结构，以提高叶冠的刚度。传统锯齿冠的使用，虽然提高了叶片的刚度，但是也增加了叶片的质量，导致叶片在高速旋转下的离心拉应力增大，同时可能会产生附加的离心弯矩，当超出叶片承受强度时损伤叶片，严重威胁涡轮的安全运行。由于双篦齿的特殊结构，导致叶冠之间的工作面接触面积过小，如图4中叶冠两篦齿中间的工作面2，造成局部接触应力过大，而最终导致磨损加剧而损伤叶片，也会影响涡轮的安全运行。高压涡轮中，尤其是涡轮的第一级叶片，其面临的是燃烧室流出高温、高压气流，使用叶片带冠结构，就会对对带冠叶片强度要求非常高，否则叶片强度就会因为高温燃气和高应力的侵蚀而被减弱损坏，叶冠前缘因传热不均匀和冷却不到位而掉块的现象也时常发生，最终也会严重威胁燃气涡轮发动机的安全运行。传统的锯齿冠叶片虽然很大程度上减小了叶顶间隙的泄漏流流量，但是由于间隙依然存在，泄漏流也就存在。

发明内容

本发明的目的在于提供克服传统叶冠质量过大、叶冠之间接触面积过小以及叶冠由于热腐蚀掉块等缺点的一种带有混合式冷却-密封结构的锯齿冠涡轮叶片。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种带有混合式冷却-密封结构的锯齿冠涡轮叶片，包括叶片体、叶冠，其特征是：叶冠上设置带有混合结构的单篦齿，单篦齿里设置第一进口通道和第二进口通道，第一进口通道位于单篦齿的前缘面，第二进口通道为由单篦齿底部通向单篦齿顶部，第一进口通道与第二进口通道在单篦齿内部汇合。

本发明还可以包括：

1、第二进口通道直径d₁小于单篦齿齿顶部宽度c₁的50％。

2、第一进口通道的进口孔孔径为d₂，出口孔孔径为d₃，且d₃＜d₂；进口孔与出口孔形成向下凹的形状；d₂小于单篦齿前缘斜向长度c₂的50％。

3、第二进口通道的出口与单篦齿顶部的夹角小于90°。

本发明的优势在于：单篦锯齿冠减轻了叶冠质量，从而降低了叶片在高转速的离心拉应力；工作面面积的增加，降低了工作面上的接触应力；篦齿内部气流通道，气流在压差以及气流流向的驱使下从篦齿前缘比篦齿气流通道出口面积大的进口流入(该气流引自叶冠容腔的泄漏流，没有使用外部冷气源，不会造成额外功耗)，与叶片内另一冷却通道流出的冷气掺混，经一段距离的加速后以一定角度向机匣喷出，对篦齿顶部的泄漏流形成阻碍，减小泄漏流，最终一部分掺混气流流入叶冠前缘，一部分气流流入叶冠后缘，达到冷却叶冠的效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为篦齿内部气流通道截面图；

图3为篦齿截面参数示意图；