[发明专利]一种涡轮转子叶片、转动组件以及涡轮发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮转子叶片、转动组件以及涡轮发动机。

背景技术

在很多领域中，燃气涡轮机用于驱动发电机或工作机械，尤其是在飞机上。在此，利用燃料的能量使得涡轮轴旋转。为此，燃料在一个燃烧室中燃烧，由压气机压缩后的空气也输入其中。在燃烧室中通过燃料燃烧而形成高温高压工作介质通过一个接在燃烧室后面的涡轮单元膨胀做功。

涡轮转子叶片为涡轮单元中的一个重要部件，其用于把从燃烧室的热能转换成涡轮转子的机械功。涡轮的性能可以通过将涡轮叶片顶部密封而得以增强，从而防止燃烧气体从气流逸出到叶片顶部和机匣之间的间隙。通常将叶片顶部和涡轮机匣之间的间隙的密封方法是在叶片顶部设置有叶冠。叶冠不仅可以增强涡轮性能还可以用作减震器，特别是对于径向长度较长的涡轮叶片尤其如此。典型的具有叶冠的涡轮叶片具有翼型部分和叶冠部分。一般在制造时，翼型部分和叶冠部分一体成形如铸造而成。其中，翼形部分具有前缘、后缘以及从前缘延伸到后缘的压力面和吸力面；叶冠部分大体上垂直于翼形部分的前缘和后缘并在翼形部分的顶部延伸，其具有叶冠前缘和叶冠后缘，该叶冠前缘和叶冠后缘与一个相邻的涡轮转子叶片的叶冠部分的叶冠后缘以及另一个相邻的涡轮转子叶片的叶冠前缘之间形成互锁结构，典型地，该叶冠前缘和叶冠后缘形成有锯齿形，具体地说，该锯齿形一般为Z形。藉由该互锁连接在一起的周向叶冠组，振动可以被降低且涡轮效率得以提高。一般在叶冠部分远离涡轮轴的一例还设有封气篦齿，其垂直于涡轮轴线，封气篦齿的目的在于进一步使涡轮转子叶片的顶部周围的泄漏减至最少。

公开号CN101372895A的中国发明专利申请公开了一种涡轮机轮叶叶冠的边缘轮廓，该叶冠的轮廓呈Z形。然而，很明显地，这种具有Z形轮廓的叶冠加工难度较大，此外，质量分布也不均匀从而导致局部结构悬臂量大并造成了应力集中，因此降低了涡轮转子叶片的使用寿命。因此，希望改进涡轮叶片叶冠的轮廓，以降低蠕变，从而优化轮叶寿命，同时保证轮叶具有可接受的性能和可制造性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种涡轮转子叶片，其具有改进的叶冠结构，藉此，使叶冠部分的质量分布更加趋于平衡和合理。为了实现上述目的，本发明公开了一种涡轮转子叶片，包括翼型部分和叶冠部分。叶冠部分大体上沿涡轮转子中心周向地并轴向地延伸而形成于翼型部分的自由端上，叶冠部分具有叶冠前缘和叶冠后缘。其中，叶冠前缘和叶冠后缘均呈平滑过渡的弧形。

较优地，形成弧形的曲线基本与翼型部分的翼型封闭曲线的中弧线一致。

更优地，叶冠前缘和叶冠后缘相对于翼型部分的翼型封闭曲线的中弧线是基本对称的。

更优地，在周向上，从翼型部分的翼型封闭曲线的中弧线沿径向投射在叶冠部分的投影到叶冠前缘，以及从翼型部分的翼型封闭曲线的中弧线沿径向投射在叶冠部分的投影到叶冠后缘，叶冠部分的径向厚度逐渐变薄。

选择性地，在周向上，从叶冠部分与翼型部分的自由端的连接区到叶冠前缘以及从叶冠部分与翼型部分的自由端的连接区到叶冠后缘，叶冠部分的径向厚度逐渐变薄。

较优地，叶冠前缘和叶冠后缘均附设有耐磨涂层。

较优地，叶冠部分具有沿周向和/或轴向延伸的加强筋。

本发明还公开了一种转动组件，用于燃气涡轮发动机中，其包括：转动盘、叶片主体和叶冠部分。其中，叶片主体包括：叶片前缘、叶片后缘、固定在前述转动盘上的叶根，与叶根相对的自由端，以及形成在叶片前缘和叶片后缘之间的压力面和吸力面。叶冠部分大体上垂直于叶片主体形成在自由端上，其具有叶冠前缘和叶冠后缘。其中，叶冠前缘和叶冠后缘均为平滑过渡的弧形并使相邻的叶冠部分藉由相邻的弧形彼此互锁在一起。

较优地，压力面和吸力面在垂直于叶片前缘和叶片后缘的截面上共同形成了翼型封闭曲线，形成弧形的曲线基本与翼型封闭曲线的中弧线一致。

更优地，叶冠前缘和叶冠后缘相对于叶片主体的翼型封闭曲线的中弧线是基本对称的。

更优地，叶冠部分的径向厚度从叶冠部分的中间向叶冠前缘和叶冠后缘的方向上逐渐变薄的。

本发明还公开了一种涡轮发动机，其具有上述的转动组件。