[实用新型]一种具有抑制叶顶泄漏和减小叶顶温度的动叶顶部结构

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种燃气轮机，具体涉及一种具有抑制叶顶泄漏和减小叶顶温度的动叶顶部结构。

背景技术：

在燃气透平中，由于离心力引起的叶片伸长，以及动叶与护环之间高温膨胀差，不带围带的旋转动叶片与护板存在叶顶间隙，叶顶间隙中的工质泄漏是其主要损失源之一。因此，有效控制透平叶顶泄漏是提高燃气透平效率的一个有效途径。透平动叶顶部结构设计研究中的首要目标为控制工质通过叶顶间隙从高压区域流向低压区域，有效地减小泄漏量以及泄漏流对主流的影响，显著提高燃气透平的工作效率。

由于叶顶间隙泄漏流具有高速、高温和薄边界层的特点，暴露在高温泄漏流的叶顶区域承受高而不均匀的热负荷，使得叶顶成为动叶易烧蚀和失效的区域之一。透平动叶顶部结构设计研究中的另一个重要目标是降低叶顶区域金属材料的温度，减小叶顶区域的温度梯度，提高叶片本体使用寿命。减小叶顶温度的主要措施有：(1)减小叶顶间隙，减少叶顶泄漏量并降低顶部对流换热量；(2)采用凹槽式叶顶结构，凹槽起到迷宫密封的作用，增加流动阻力以减少泄漏量，并降低顶部换热率，而且凹槽式叶顶与护环的摩擦减少潜在的严重磨损或失效。

为了获得更高的热效率和功率输出，现代高性能燃气轮机透平进口温度不断提高，加剧了动叶叶顶烧蚀问题的严重性。传统的凹槽叶顶结构虽然能有效 的控制叶顶泄漏流动，但由于其不理想的冷却传热特性常常引起透平叶顶烧蚀，并引起透平叶顶间隙逐渐增大、冷却通道短路等，导致透平工作效率降低，严重影响燃气轮机安全、稳定和可靠运行。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种具有抑制叶顶泄漏和减小叶顶温度的动叶顶部结构，使其既能有效的控制燃气透平动叶与护环之间的叶顶泄漏流动，同时又能够有效减小叶顶温度，提高叶片本体的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种具有抑制叶顶泄漏和减小叶顶温度的动叶顶部结构，包括设置在叶片本体顶部外表面上的梯形隔肋和若干射流孔；其中，梯形隔肋的上表面和内表面之间开设有沿梯形隔肋内侧延伸的凹口。

本实用新型进一步的改进在于：叶片本体包括压力面和吸力面，以及将压力面和吸力面左右两端相连的前缘和尾缘，叶片本体的顶部通过叶片顶板密封，叶片本体内部为冷却通道；若干射流孔沿着叶片本体的中弦区至尾缘方向延伸并与冷却通道相连通。

本实用新型进一步的改进在于：梯形隔肋设置在吸力面、前缘以及与前缘连接部分的压力面顶部外表面上，吸力面顶部外表面上的梯形隔肋沿着叶片本体的前缘至尾缘方向延伸，压力面顶部外表面上的梯形隔肋沿着前缘至中弦区域延伸布置在叶片前缘区域，且梯形隔肋在压力面顶部外表面所占部分为压力面整个顶部外表面的0％-10％。

本实用新型进一步的改进在于：未设置梯形隔肋的压力面顶部外表面设置有倒圆角。

本实用新型进一步的改进在于：若干射流孔开设在叶片本体的压力面一侧。

本实用新型进一步的改进在于：射流孔是与叶片顶板有一定夹角的斜孔，且该夹角为锐角。

本实用新型进一步的改进在于：压力面的内表面和吸力面的内表面之间通过若干隔间设置的隔板相连。

本实用新型进一步的改进在于：梯形隔肋的凹口为锥形凹口，且锥形凹口与梯形隔肋的内表面之间的角度为45°～70°。

本实用新型进一步的改进在于：梯形隔肋的凹口为凹形凹口，且凹形凹口的曲率半径为0.3mm-3mm。

本实用新型进一步的改进在于：梯形隔肋的凹口为凸形凹口，且凸形凹口的曲率半径为0.3mm-3mm。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1)本实用新型的叶顶结构包括位于叶片本体顶部外表面上的梯形隔肋。叶顶结构内部的流体来自从前缘和压力面进入的泄漏流。泄漏流越过前缘区域的梯形隔肋进入后，在顶板前部靠近吸力面侧区再附着，进而形成回流涡，以较低的流速向顶部结构的尾部流动，有效的抑制了从压力面进入的泄漏流，减小了顶部结构的换热强度。同时，该梯形隔肋结构简单，在燃气透平运行一段时间后出现梯形隔肋磨损或微裂纹时，可以实现快速维修，叶片本体的可维修性高。

2)本实用新型的射流孔与叶片本体冷却通道相连通，并与叶片顶板具有一定的夹角，射流孔的布置不仅对叶片顶板和梯形隔肋具有较高的冷却效率，且在一定程度上抑制了叶顶高温泄漏流，减少了叶顶泄漏损失，提高了透平工作效率。