[发明专利]一种涡轮转子叶片叶尖结构及具有其的涡轮转子

说明书

本申请属于高压涡轮转子叶片领域，特别涉及一种涡轮转子叶片叶尖结构及具有其的涡轮转子。叶尖结构包括：围边、隔墙、第一气膜孔以及第二气膜孔。围边在涡轮转子叶片的叶尖上沿叶型设置一周，形成高度低于所述围边的凹槽，所述围边的顶部涂敷有耐磨涂层；隔墙设置在所述凹槽靠近所述涡轮转子叶片的尾缘的一侧，将所述凹槽分隔为大凹槽以及小凹槽；第一气膜孔设置在所述凹槽中，且靠近所述涡轮转子叶片的叶尖的背侧布置一排；第二气膜孔在所述涡轮转子叶片的叶尖的背侧壁面上布置一排。本申请能够降低叶片气动损失，减少叶尖热负荷，减轻转、静子碰磨时出现的振动，对性能保持起到积极作用，而且对叶尖有很好的保护作用，有利于提升叶片使用寿命。

技术领域

本申请属于高压涡轮转子叶片领域，特别涉及一种涡轮转子叶片叶尖结构及具有其的涡轮转子。

背景技术

涡轮转子叶片是发动机的关键部件，叶片叶尖同外环之间间隙的存在不仅导致涡轮气动性能下降，据研究，涡轮叶顶相对间隙增加1％，涡轮级效率损失增加约1％-2％。且高温燃气在动叶与外环间隙的泄漏流动使得叶片叶尖的热负荷显著增加，导致叶片使用寿命大幅下降。为了减少以上损失，叶尖间隙不易过大，但过小的间隙则使得发动机在使用过程中，经常出现由于涡轮叶尖与外环碰磨的情况，不仅会引起发动机振动，还会导致叶尖磨短，影响性能，严重的叶尖还会出现裂纹和掉块现象，因此，如何提升转子叶片叶尖的耐磨性、减少叶片气动性能损失、降低叶尖壁温成为了行业内的难题。

目前涡轮转子叶片叶尖往往采用平顶结构，这种结构不利于控制间隙泄漏流量，高温、高速燃气在压力面和吸力面压力差影响下，流入叶顶间隙，使得气动损失下降，且叶顶承受很高热负荷，易造成叶顶叶尖出现烧蚀及磨损，甚至叶片失效。另外一种广泛采用的方法是在涡轮外环内部处喷涂可磨耗封严涂层，当叶片径向伸长时，叶尖先与封严涂层发生刮磨，减轻了刮磨对叶片造成的损伤。但叶片叶尖处于高温、高速、高压的工作环境，由于随着航空发动机性能的不断提升，涡轮进口燃气温度逐渐升高，传统的金属合金材料由于熔点较低已不能满足工程需要。容易出现涂层掉块现象，而且在高温下涂层变硬，损伤涡轮叶片叶尖，对性能也产生不利影响。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种涡轮转子叶片叶尖结构及具有其的涡轮转子，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

本申请的第一个方面提供了一种涡轮转子叶片叶尖结构，包括：

围边，所述围边在涡轮转子叶片的叶尖上沿叶型设置一周，形成高度低于所述围边的凹槽，所述围边的顶部涂敷有耐磨涂层；

隔墙，所述隔墙设置在所述凹槽靠近所述涡轮转子叶片的尾缘的一侧，将所述凹槽分隔为大凹槽以及小凹槽；

第一气膜孔，所述第一气膜孔设置在所述凹槽中，且靠近所述涡轮转子叶片的叶尖的背侧布置一排；

第二气膜孔，所述第二气膜孔在所述涡轮转子叶片的叶尖的背侧壁面上布置一排。

可选地，所述围边的宽度g为0.4～0.8mm，所述围边相对于凹槽顶部平面的高度h在叶片背侧为2.7～3.5mm，盆侧为2～2.7mm，在前缘、尾缘端部位置光滑过渡。

可选地，所述小凹槽与所述大凹槽的轴向长度比S2/S1为1/5～1/10。

可选地，在所述小凹槽的尾缘盆侧开设有劈缝样缺口。

可选地，所述第一气膜孔以及所述第二气膜孔的孔型为圆孔、方孔、菱形孔、椭圆孔、跑道孔中的一种。

可选地，所述第一气膜孔以及所述第二气膜孔的当量直径为0.3～0.5mm。