專利名稱：動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃氣輪機動葉葉柵的結(jié)構(gòu)，尤其是一種動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
燃氣輪機通過燃氣對渦輪動葉的沖擊使動葉轉(zhuǎn)動而輸出功。受渦輪部件工作時溫度變化和離心力產(chǎn)生的形變、氣動載荷、加工和裝配等因素的影響，葉頂和機匣之間必須預留一定的間隙，如圖2和圖3所示。燃氣會通過葉頂間隙從壓力面一側(cè)向吸力面一側(cè)形成燃氣泄漏流動，泄漏的工質(zhì)一方面沒有推動渦輪作用，給渦輪造成了一定的功率虧損，另一方面泄漏工質(zhì)和葉柵通道內(nèi)的主氣流摻混而造成燃氣氣動損失，降低渦輪通流效率。就目前渦輪入口溫度而言，必須對渦輪部件進行有效的冷卻才能夠使渦輪正常工作。通常在葉頂開一排小孔(氣膜孔)，從氣膜孔向葉頂間隙內(nèi)噴冷氣形成冷氣膜而保護葉頂不被燃氣燒壞。由于葉頂間隙內(nèi)流場非常復雜，氣膜冷卻效率較低而且分布不均勻。如何降低葉頂間隙泄漏流造成的氣動損失并降低泄漏燃氣向葉頂?shù)膫鳠崃渴侨~片結(jié)構(gòu)設計必須認真考慮的技術(shù)問題。在葉頂邊緣加肋條形成的葉頂凹槽結(jié)構(gòu)可以在一定程度上減少葉頂間隙的泄漏量，但是在改善葉頂冷卻效果方面非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種使燃氣不易流入葉頂間隙內(nèi)，減少燃氣泄漏量，提高燃氣做功能力的動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，葉片上設有隔板和氣膜孔，氣膜孔位于壓力面?zhèn)?，隔板位于吸力面?zhèn)?。對于不同的葉片來說，葉片越厚，隔板排數(shù)越多。對于同一個葉片不同位置來說，越靠近中弦區(qū)，隔板排數(shù)越多。隔板長度LI與葉片弦長L的比值在O. 05-0. 5之間，隔板寬度W2與隔板長度LI的比值在O. 05-0. 3之間，隔板高度Hl與隔板長度LI比值在O. 05-0. 3之間。隔板與葉頂平面的夾角α在45°到90°之間，當角度小于90°時，隔板向著壓力面一側(cè)傾斜。最靠近葉片前緣的隔板到葉片前緣的距離L2與葉片弦長L的比值在O. 05-0. I之間。隔板由前緣向尾緣沿著母線方向一次排開，可以是2-5排，每排隔板數(shù)量由壓力面?zhèn)认蛭γ鎮(zhèn)戎饾u減少或者不變。相鄰兩排的隔板進行交叉布置，相鄰兩排之間的距離W3與葉片弦長L的比值在O. 01-0. I之間，每排隔板中相鄰隔板的距尚L3與隔板長度LI的比值在
O.5-2. O 之間。氣膜孔的直徑D與隔板長度LI的比值在O. 1-0. 5之間，氣膜孔中軸線與葉頂?shù)膴A角β在20° -90°之間。本發(fā)明的整體思路是一方面利用隔板的迷宮效應對葉頂間隙泄漏流進行密封(圖2)，使燃氣不易流入葉頂間隙內(nèi)，減少燃氣泄漏量，提高燃氣做功能力；另一方面，利用迷宮效應對葉頂氣膜孔噴出的冷氣進行密封(圖I)，使冷氣不易流出葉頂間隙，延長冷氣在葉頂間隙的流程，提高冷卻效果。增加泄漏流流通阻力，尤其是泄漏流量較大的中弦區(qū)的流通阻力。當隔板周向距離較短時，泄漏燃氣在迷宮內(nèi)會形成流動死區(qū)，速度非常低，實現(xiàn)間隙內(nèi)泄漏燃氣徑向速度梯度較慢的變化，減少燃氣向葉頂?shù)膫鳠崃?。從而提高渦輪級整體性能。隔板可以靈活布置，泄流量較大的葉片中弦區(qū)葉頂?shù)膶挾却螅『每梢圆贾幂^多了隔板。從而實現(xiàn)葉頂間隙泄漏量的降低和泄漏燃氣向葉頂傳熱量的減少。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)葉頂間隙燃氣泄漏量明顯減少，采用隔板式迷宮結(jié)構(gòu)的葉柵總壓損失系數(shù)降低14%。(2)葉頂?shù)臍饽だ鋮s效果明顯改進，葉頂氣膜冷卻效率提高23%，葉頂換熱系數(shù)降低12%。


圖I是冷氣從氣膜孔噴出后的流線示意圖。圖2是燃氣通過葉頂間隙的流線示意圖。圖3是葉頂尺寸示意圖。圖中1.氣膜孔 2.邊緣肋條 3隔板 4.氣膜孔噴出的冷氣流線 5.機匣
6.葉頂間隙內(nèi)的燃氣流線7.葉片壓力面8.葉片吸力面·
具體實施例方式本實施例是用于某發(fā)動機的渦輪動葉頂部結(jié)構(gòu)，葉片弦長在50mm-100mm之間。具體是在動葉頂端布置一些隔板，如圖1_圖3所示，隔板3可以和葉頂整體鑄造而成。隔板3長度lmm-3mm、寬度O.隔板3高度O. 5mm-2mm。隔板3與葉頂平面的夾角α為45° -90°。從葉頂壓力面到吸力面一側(cè)，依次為葉頂壓力面?zhèn)?、邊緣肋條2、氣膜孔I、隔板3 (多排)，葉頂吸力面?zhèn)?。每個氣膜孔I的直徑在O. 5mm-3mm，氣膜孔I中心距離葉頂凹槽底部壓力面?zhèn)染嚯x為2mm-8mm。靠近氣膜孔孔的隔板排中隔板數(shù)量與氣膜孔的數(shù)量相同。本發(fā)明的氣動工況要求是葉頂氣膜孔噴氣速度與葉柵通道入口速度比值在
O.5-3之間。當燃氣流過隔板時，在隔板的背風面會形成低速漩渦(如圖2所示)，在流向上隔板距離較小時，漩渦會充滿整個葉頂間隙，從而阻止壓力面?zhèn)热細馔ㄟ^葉頂間隙流入吸力面?zhèn)龋涣硪环矫妫妹詫m效應對葉頂氣膜孔噴出的冷氣進行密封(圖I)，使冷氣不易流出葉頂間隙，延長冷氣在葉頂間隙的流程，提高冷卻效果。具體是利用隔板改變冷氣流動方向，使冷氣在隔板內(nèi)形成繞流流動，(如圖3所示)。實施例I :葉片弦長60mm。葉頂布置3排隔板，隔板長度3臟，隔板寬度O. 3mm,隔板高度O. 5mm，隔板與葉頂平面夾角90°。氣膜孔直徑O. 5mm，氣膜孔中心距離葉頂凹槽底部壓力面?zhèn)染嚯x為2_，氣膜孔數(shù)量8個，靠近氣膜孔孔的隔板排中隔板數(shù)量為8個。每2排隔板之間的距離為6mm，每排隔板中相鄰隔板之間的距離為2mm。每個氣膜孔的噴氣速度與葉柵入口速度比值為I,保證冷氣和燃氣在迷宮內(nèi)有效摻混。當燃氣流過隔板時，在隔板的背風面會形成低速漩渦(如圖2所示)，在流動方向上隔板距離較小時，漩渦會充滿整個葉頂間隙，從而阻止壓力面?zhèn)热細馔ㄟ^葉頂間隙流入吸力面?zhèn)?；另一方面，利用迷宮效應對葉頂氣膜孔噴出的冷氣4進行密封(圖I)，使冷氣4不易流出葉頂間隙，延長冷氣在葉頂間隙的流程，提高冷卻效果。具體是利用隔板改變冷氣流動方向，使冷氣在隔板內(nèi)形成繞流流動。(如圖3所示)實施例2 :葉片弦長120mm。葉頂布置5排隔板，隔板長度5mm,隔板寬度1mm，隔板高度1mm，隔板與葉頂平面夾角45°。氣膜孔直徑1mm，氣膜孔中心距離葉頂凹槽底部壓力面?zhèn)染嚯x為3_，氣膜孔數(shù)量6個，靠近氣膜孔孔的隔板排中隔板數(shù)量為6個。每2排隔板之間的距離為10mm，每排隔板中相鄰隔板之間的距離為5mm。每個氣膜孔的噴氣速度與葉柵入口速度比值為I. 5，保證冷氣和燃氣在迷宮內(nèi)有效摻混。實施例3 :葉片弦長80mm。葉頂布置4排隔板，隔板長度2臟，隔板寬度O. 3mm,隔板 高度O. 5mm，隔板與葉頂平面夾角70°。氣膜孔直徑I. 5mm，氣膜孔中心距離葉頂凹槽底部壓力面?zhèn)染嚯x為2_，氣膜孔數(shù)量8個，靠近氣膜孔孔的隔板排中隔板數(shù)量為8個。每2排隔板之間的距離為6mm，每排隔板中相鄰隔板之間的距離為2mm。每個氣膜孔的噴氣速度與葉柵入口速度比值為2，保證冷氣和燃氣在迷宮內(nèi)有效摻混。
權(quán)利要求
1.動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于葉片上設有隔板和氣膜孔，氣膜孔位于壓力面?zhèn)龋舭逦挥谖γ鎮(zhèn)?；隔板長度與葉片弦長的比值在O. 05-0. 5之間，隔板寬度與隔板長度的比值在O. 05-0. 3之間，隔板聞度與隔板長度比值在O. 05-0. 3之間，隔板與葉頂平面的夾角α在45°到90°之間，當角度小于90°時，隔板向著壓力面一側(cè)傾斜,最靠近葉片前緣的隔板到葉片前緣的距離與葉片弦長的比值在O. 05-0. I之間，隔板由前緣向尾緣沿著母線方向一次排開，每排隔板數(shù)量由壓力面?zhèn)认蛭γ鎮(zhèn)戎饾u減少或者不變，相鄰兩排的隔板進行交叉布置，相鄰兩排之間的距離與葉片弦長的比值在O. 01-0. I之間，每排隔板中相鄰隔板的距離L3與隔板長度LI的比值在O. 5-2. O之間；氣膜孔的直徑與隔板長度的比值在O. 1-0. 5之間，氣膜孔中軸線與葉頂?shù)膴A角β在20° -90°之間。
2.如權(quán)利要求I所述的動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于對于不同葉片來說，葉片越厚，隔板排數(shù)越多。
3.如權(quán)利要求I所述的動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于對于同一葉片來說，越靠近中弦區(qū)，隔板排數(shù)越多。
4.如權(quán)利要求I所述的動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的隔板為2-5排。
5.如權(quán)利要求I所述的動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的隔板和葉頂整體鑄造而成。
全文摘要
動葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，葉片上設有隔板和氣膜孔，氣膜孔位于壓力面?zhèn)龋舭逦挥谖γ鎮(zhèn)?。對于不同的葉片來說，葉片越厚，隔板排數(shù)越多。對于同一個葉片不同位置來說，越靠近中弦區(qū)，隔板排數(shù)越多。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)葉頂間隙燃氣泄漏量明顯減少，采用隔板式迷宮結(jié)構(gòu)的葉柵總壓損失系數(shù)降低14%。(2)葉頂?shù)臍饽だ鋮s效果明顯改進，葉頂氣膜冷卻效率提高23%，葉頂換熱系數(shù)降低12%。
文檔編號F01D11/08GK102943694SQ201210516198
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者李廣超, 張魏, 寇志海, 王成軍, 彭大維 申請人:沈陽航空航天大學