[发明专利]燃气透平叶片及其凹槽叶顶

说明书

一种燃气透平叶片凹槽叶顶，凹槽叶顶由至少2段肋片组成，从压力侧壁至叶片前缘经吸力侧壁向叶片尾缘是非连续的，具有至少2个开口，包括至少1个高能燃气入口与至少1个低能燃气出口；高能燃气入口设置在叶片上游位置，高能燃气入口的附近开设有气膜冷却孔，高能燃气通过高能燃气入口流入凹槽间隙，冷却气流通过气膜冷却孔流入叶顶凹槽，冷却气流隔离高能燃气与叶顶凹槽内壁面间的接触；低能燃气出口设置在叶片下游位置，用于排出凹槽间隙内的低能燃气。本发明还提供一种应用所述凹槽叶顶的燃气透平叶片。本发明能够控制叶顶泄漏流动，减少高温燃气进入叶顶凹槽间隙。

技术领域

本发明涉及燃气透平，具体涉及一种燃气透平叶片及其凹槽叶顶。

背景技术

燃气透平叶顶间隙流动结构复杂，间隙泄漏导致叶片顶部区域的做功能力降低，叶顶泄漏的低能流体与主流进行掺混，增加了流道内的堵塞面积，气动损失进一步增加。

透平叶顶间隙引起的流动损失是透平叶栅中气动损失的重要组成部分，能够占到透平单级总损失的30％。因此，控制叶顶间隙流动是燃气透平叶顶结构设计的关键。

设置凹槽叶顶是一种常见的控制透平泄漏流动的手段。传统的凹槽叶顶采用从压力侧壁至叶片前缘经吸力侧壁向叶片尾缘是连续的且无开口的肋片组成，如图3所示。由于凹槽间隙内积存较多的低能流体，在叶顶泄漏高速流动所形成的引射作用下，凹槽间隙内的低能流体被裹挟穿过叶顶吸力侧肋片与燃气主流掺混，从而使叶顶泄漏损失增加。

图4显示的是另一个已知常规燃气透平凹槽的叶顶结构，其由一条分段肋片组成，从压力侧壁至叶片前缘经吸力侧壁是连续的，在叶片压力侧壁处布置有低能燃气开口。凹槽间隙内积存的低能流体的一部分通过开口排出，通过叶顶泄漏流引射作用被裹挟，穿过叶顶吸力侧肋片与燃气主流掺混的低能流体减少，叶顶泄漏损失相对较低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中燃气透平叶片存在叶顶泄漏损失的问题，提供一种燃气透平叶片及其凹槽叶顶，能够控制叶顶泄漏流动，减少高温燃气进入叶顶凹槽间隙。

为了实现上述目的，本发明有以下技术方案：

一种燃气透平叶片凹槽叶顶，由至少2段肋片组成，从压力侧壁至叶片前缘经吸力侧壁向叶片尾缘是非连续的，具有至少2个开口，包括至少1个高能燃气入口与至少1个低能燃气出口；高能燃气入口设置在叶片上游位置，高能燃气入口的附近开设有气膜冷却孔，高能燃气通过高能燃气入口流入凹槽间隙，冷却气流通过气膜冷却孔流入叶顶凹槽，冷却气流隔离高能燃气与叶顶凹槽内壁面间的接触；低能燃气出口设置在叶片下游位置，用于排出凹槽间隙内的低能燃气。

在本发明燃气透平叶片凹槽叶顶的一种优选方案中，所述的肋片包括至少1条压力侧肋片和1条吸力侧肋片。

在本发明燃气透平叶片凹槽叶顶的一种优选方案中，所述的压力侧肋片沿着叶片压力侧壁的方向延伸，与叶片压力侧壁在同一平面内，或者向凹槽间隙内偏移，与叶片压力侧壁之间存在间距；所述的吸力侧肋片沿着叶片吸力侧壁的方向延伸，与叶片吸力侧壁在同一平面内，或者向凹槽间隙内偏移，与叶片吸力侧壁之间存在间距。

在本发明燃气透平叶片凹槽叶顶的一种优选方案中，所述的压力侧肋片与叶顶盖板之间设置有角度。

在本发明燃气透平叶片凹槽叶顶的一种优选方案中，所述的肋片厚度占叶型最大厚度的1％～5％，叶顶肋片高度占叶型高度的1％～5％。

在本发明燃气透平叶片凹槽叶顶的一种优选方案中，所述的高能燃气入口位于叶顶压力侧上游位置，或叶顶吸力侧上游位置，或叶顶前缘位置，高能燃气入口的具体位置根据燃气透平叶片进口来流的攻角情况确定；所述的低能燃气出口位于叶片叶顶压力侧下游，或叶顶吸力侧下游，或叶顶尾缘位置。

在本发明燃气透平叶片凹槽叶顶的一种优选方案中，所述的低能燃气出口处排出凹槽间隙的流量大于高能燃气入口处进入凹槽间隙的流量。