一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動葉頂部結構的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及一種燃氣輪機，具體涉及一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動葉頂部結構。
【背景技術】
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[0002]在燃氣透平中，由于離心力引起的葉片伸長，以及動葉與護環之間高溫膨脹差，不帶圍帶的旋轉動葉片與護板存在葉頂間隙，葉頂間隙中的工質泄漏是其主要損失源之一。因此，有效控制透平葉頂泄漏是提高燃氣透平效率的一個有效途徑。透平動葉頂部結構設計研宄中的首要目標為控制工質通過葉頂間隙從高壓區域流向低壓區域，有效地減小泄漏量以及泄漏流對主流的影響，顯著提高燃氣透平的工作效率。
[0003]由于葉頂間隙泄漏流具有高速、高溫和薄邊界層的特點，暴露在高溫泄漏流的葉頂區域承受高而不均勻的熱負荷，使得葉頂成為動葉易燒蝕和失效的區域之一。透平動葉頂部結構設計研宄中的另一個重要目標是降低葉頂區域金屬材料的溫度，減小葉頂區域的溫度梯度，提高葉片本體使用壽命。減小葉頂溫度的主要措施有:(I)減小葉頂間隙，減少葉頂泄漏量并降低頂部對流換熱量；(2)采用凹槽式葉頂結構，凹槽起到迷宮密封的作用，增加流動阻力以減少泄漏量，并降低頂部換熱率，而且凹槽式葉頂與護環的摩擦減少潛在的嚴重磨損或失效。
[0004]為了獲得更高的熱效率和功率輸出，現代高性能燃氣輪機透平進口溫度不斷提高，加劇了動葉葉頂燒蝕問題的嚴重性。傳統的凹槽葉頂結構雖然能有效的控制葉頂泄漏流動，但由于其不理想的冷卻傳熱特性常常引起透平葉頂燒蝕，并引起透平葉頂間隙逐漸增大、冷卻通道短路等，導致透平工作效率降低，嚴重影響燃氣輪機安全、穩定和可靠運行。
【發明內容】
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[0005]本發明的目的在于提供一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動葉頂部結構，使其既能有效的控制燃氣透平動葉與護環之間的葉頂泄漏流動，同時又能夠有效減小葉頂溫度，提高葉片本體的使用壽命。
[0006]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0007]一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動葉頂部結構，包括設置在葉片本體頂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內表面之間開設有沿梯形隔肋內側延伸的凹口。
[0008]本發明進一步的改進在于:葉片本體包括壓力面和吸力面，以及將壓力面和吸力面左右兩端相連的前緣和尾緣，葉片本體的頂部通過葉片頂板密封，葉片本體內部為冷卻通道；若干射流孔沿著葉片本體的中弦區至尾緣方向延伸并與冷卻通道相連通。
[0009]本發明進一步的改進在于:梯形隔肋設置在吸力面、前緣以及與前緣連接部分的壓力面頂部外表面上，吸力面頂部外表面上的梯形隔肋沿著葉片本體的前緣至尾緣方向延伸，壓力面頂部外表面上的梯形隔肋沿著前緣至中弦區域延伸布置在葉片前緣區域，且梯形隔肋在壓力面頂部外表面所占部分為壓力面整個頂部外表面的0% -10%。
[0010]本發明進一步的改進在于:未設置梯形隔肋的壓力面頂部外表面設置有倒圓角。
[0011]本發明進一步的改進在于:若干射流孔開設在葉片本體的壓力面一側。
[0012]本發明進一步的改進在于:射流孔是與葉片頂板有一定夾角的斜孔，且該夾角為銳角。
[0013]本發明進一步的改進在于:壓力面的內表面和吸力面的內表面之間通過若干隔間設置的隔板相連。
[0014]本發明進一步的改進在于:梯形隔肋的凹口為錐形凹口，且錐形凹口與梯形隔肋的內表面之間的角度為45°?70°。
[0015]本發明進一步的改進在于:梯形隔肋的凹口為凹形凹口，且凹形凹口的曲率半徑為 0.3mm-3mmo
[0016]本發明進一步的改進在于:梯形隔肋的凹口為凸形凹口，且凸形凹口的曲率半徑為 0.3mm-3mmo
[0017]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0018]I)本發明的葉頂結構包括位于葉片本體頂部外表面上的梯形隔肋。葉頂結構內部的流體來自從前緣和壓力面進入的泄漏流。泄漏流越過前緣區域的梯形隔肋進入后，在頂板前部靠近吸力面側區再附著，進而形成回流渦，以較低的流速向頂部結構的尾部流動，有效的抑制了從壓力面進入的泄漏流，減小了頂部結構的換熱強度。同時，該梯形隔肋結構簡單，在燃氣透平運行一段時間后出現梯形隔肋磨損或微裂紋時，可以實現快速維修，葉片本體的可維修性高。
[0019]2)本發明的射流孔與葉片本體冷卻通道相連通，并與葉片頂板具有一定的夾角，射流孔的布置不僅對葉片頂板和梯形隔肋具有較高的冷卻效率，且在一定程度上抑制了葉頂高溫泄漏流，減少了葉頂泄漏損失，提高了透平工作效率。
[0020]3)本發明的梯形隔肋具有用于引導高溫燃氣光順越過梯形隔肋流向主流燃氣的凹口，該凹口減少高溫燃氣對梯形隔肋的直接沖擊，降低葉頂梯形隔肋的溫度，減小了葉頂區域的溫度梯度。同時，本發明減輕了葉片頂部質量，降低了葉頂剛度，從而提高了燃氣透平運行安全可靠性。
【附圖說明】
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[0021]圖1是本發明具有抑制葉頂間隙泄漏和減小葉頂溫度的燃氣透平動葉頂部結構的結構示意圖；
[0022]圖2是圖1的俯視圖；
[0023]圖3是圖1中A-A處的剖視圖，其顯示了葉片前緣區域頂部間隙泄漏渦流分布；
[0024]圖4是圖1中B-B處的剖視圖，其顯示了葉片中弦區域頂部間隙渦流分布；
[0025]圖5是梯形隔肋實施例1的橫截面側視圖，其顯示了減小梯形隔肋溫度的錐形凹P ;
[0026]圖6是梯形隔肋實施例2的橫截面側視圖，其顯示了減小梯形隔肋溫度的凹形凹P ；
[0027]圖7是梯形隔肋實施例2的橫截面側視圖，其顯示了減小梯形隔肋溫度的凸形凹 □ O
【具體實施方式】
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[0028]以下結合附圖和技術原理對本發明作進一步的詳細說明。
[0029]參見圖1?2，本發明一種具有抑制葉頂泄漏和減小葉頂溫度的動葉頂部結構，包括設置在葉片本體I頂部外表面上的梯形隔肋8和若干射流孔12 ;其中，梯形隔肋8的上表面9和內表面10之間開設有沿梯形隔肋8內側延伸的凹口 11。
[0030]具體來說，葉片本體I的內部為冷卻通道6，冷卻通道6由葉片本體的壓力面4和吸力面5，以及將壓力面4和吸力面5的兩端連接在一起的前緣2和尾緣3圍設而成的。葉片本體的頂部包括將冷卻通道6封上的葉片頂板13，以及分布在壓力面4和吸力面5頂部外表面上的梯形隔肋8和若干射流孔12，其用于減少葉片本體I與護環15之間的葉頂間隙16的泄漏流，以及降低葉片頂板13和梯形隔肋8表面的傳熱系數，降低透平葉頂溫度。
[0031]在所示的實施例中，梯形隔肋8分布在葉頂外表面上的壓力面4和吸力面5頂部外表面上，吸力面4頂部外表面上的梯形隔肋8沿著葉片本體I的前緣2至尾緣3方向延伸，壓力面5頂部外表面上的梯形隔肋8布置在葉片前緣2區