透平动叶和燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及透平动叶和燃气轮机。


背景技术：

2.现代燃气轮机和航空发动机的动叶的叶顶与机匣之间都有间隙以保证燃机转子的运转。该间隙导致了燃气泄漏从而使燃机效率降低。为减少燃气泄漏动叶的叶顶通常设置凸起结构。叶顶凸起结构缺少冷却结构，导致叶顶无法冷却。而叶顶通常是高温区，长期无冷却的叶顶在燃机运行一段时间后即出现烧蚀现象。此时，叶顶材料减少，叶顶与机匣的间隙变大，燃气大量泄漏，大大降低了燃机效率。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种透平动叶，该透平动叶具有降低叶顶温度以避免叶顶烧蚀、减小叶顶与机匣的间隙以减少燃气泄露优点。
5.根据本发明实施例的透平动叶，透平动叶包括叶身和叶顶，所述叶身具有沿厚度方向相对的压力面和吸力面，所述叶顶设在所述叶身的顶部，所述叶顶包括阶梯结构，所述阶梯结构具有多个阶梯面，多个所述阶梯面沿所述叶身的厚度方向依次排列，多个所述阶梯面的高度在所述压力面朝所述吸力面的方向依次增加。
6.根据本发明实施例的透平动叶具有的降低叶顶温度以避免叶顶烧蚀、减小叶顶与机匣的间隙以减少燃气泄露的优点。
7.在一些实施例中，所述阶梯结构包括位于所述压力面和所述吸力面之间的多个台阶，所述台阶与所述阶梯面一一对应，每个所述台阶沿所述吸力面上沿的曲线延伸。
8.在一些实施例中，所述叶身具有冷却流路和连通所述冷却流路和外界的开口，所述阶梯结构封闭所述开口。
9.在一些实施例中，所述阶梯结构具有封闭所述开口的遮挡面，所述遮挡面上设有多个扰流凹坑。
10.在一些实施例中，多个所述扰流凹坑均布在所述遮挡面上。
11.在一些实施例中，所述扰流凹坑的纵截面形状为弓形或方形。
12.在一些实施例中，所述阶梯结构上设有贯穿所述阶梯结构的通孔，所述通孔连通所述扰流凹坑和外界。
13.在一些实施例中，所述阶梯结构上设有贯穿所述遮挡面和所述阶梯面的通孔，所述通孔与所述冷却流路相连通。
14.在一些实施例中，所述通孔的轴向与所述阶梯面垂直，或者，所述通孔朝所述叶身的所述吸力面倾斜。
15.根据本发明实施例的燃气轮机，燃气轮机包括透平动叶。
附图说明
16.图1是根据本发明实施例中透平动叶的侧视图。
17.图2是根据本发明实施例中透平动叶的俯视图。
18.图3是根据本发明实施例中透平动叶b-b方向的剖视图。
19.图4是根据本发明实施例中透平动叶的局部放大示意图。
20.图5是根据本发明另一实施例中透平动叶的局部放大示意图。
21.图6是根据本发明另一实施例中透平动叶的局部放大示意图。
22.图7是根据本发明另一实施例中透平动叶的局部放大示意图。
23.附图标记：1、叶身；11、压力面；12、吸力面；13、冷却流路；2、叶顶；21、阶梯结构；22、遮挡面；23、扰流凹坑；24、通孔。
具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.根据本发明实施例的透平动叶，如图1-图7所示，透平动叶包括叶身1和叶顶2，叶身1具有沿厚度方向相对的压力面11和吸力面12，叶顶2设在叶身1的顶部，叶顶2包括阶梯结构21，阶梯结构21具有多个阶梯面，多个阶梯面沿叶身1的厚度方向依次排列，多个阶梯面的高度在压力面11朝吸力面12的方向依次增加。多个阶梯面的高度在叶身1的厚度方向上逐级增加，阶梯结构21减小了叶顶2与机匣之间的间隙能够减少燃气泄露。燃气在阶梯结构21的多个阶梯面上形成了气膜覆盖能够降低叶顶2温度。图1中的a方向为高度方向，图2中的b-b方向为厚度方向。图5-图7示出了透平动叶的燃气流动方向和冷却气流的流动方向。
26.根据本发明实施例的透平动叶具有降低叶顶温度以避免叶顶烧蚀、减小叶顶与机匣的间隙以减少燃气泄露的优点。
27.在一些实施例中，如图3-图7所示，阶梯结构21包括位于压力面11和吸力面12之间的多个台阶，台阶与阶梯面一一对应，每个台阶沿吸力面12上沿的曲线延伸。
28.由此，台阶沿吸力面上沿的曲线延伸使叶顶与机匣之间的间隙减小，减少燃气泄露，多个台阶便于燃气在阶梯结构处形成气膜覆盖进一步降低叶顶温度。
29.在一些实施例中，如图1-图4所示，叶身1具有冷却流路13和连通冷却流路13和外界的开口，阶梯结构21封闭开口。
30.具体地，冷却流路13供冷却空气在叶身1内部空腔流动对叶身1进行冷却，叶身1的顶部具有连通外界的开口，阶梯结构21封闭了冷却流路13连通外界的开口，冷却气流对阶梯结构21进行冷却。
31.在一些实施例中，如图6、图7所示，阶梯结构21具有封闭开口的遮挡面22，遮挡面22上设有多个扰流凹坑23。
32.由此，阶梯结构的遮挡面的扰流凹坑扰动冷却流路的冷却流体提高了换热效率实现降低叶顶温度效果，对叶顶的阶梯结构起到保护作用。
33.在一些实施例中，如图6、图7所示，多个扰流凹坑23均布在遮挡面22上。
34.具体地，多个扰流凹坑23均匀分布在遮挡面22上，相邻扰流凹坑23之间的距离可
以相等，便于加工阶梯结构21的遮挡面22。
35.在一些实施例中，扰流凹坑23的纵截面形状为弓形或方形。
36.具体地，扰流凹坑23的可以是球形凹坑、矩形凹坑或者其他形状的凹坑，扰流凹坑23的纵截面形状为弓形或者方形能够更好地对冷却流体进行扰动提高换热效率降低叶顶2温度。
37.在一些实施例中，如图7所示，阶梯结构21上设有贯穿阶梯结构21的通孔24，通孔24连通扰流凹坑23和外界。冷却流体可以是冷气。
38.具体地，冷气从通孔24流出对阶梯结构21进行冷却能够降低叶顶2温度，冷气在阶梯结构21的多个台阶形成气膜覆盖降低叶顶2温度。扰流凹坑23和通孔24结合能够进一步降低叶顶2温度。
39.在一些实施例中，如图5所示，阶梯结构21上设有贯穿遮挡面22和阶梯面的通孔24，通孔24与冷却流路13相连通。
40.由此，冷气从通孔流出对阶梯结构进行冷却能够降低叶顶温度。
41.在一些实施例中，如图5、图7所示，通孔24的轴向与阶梯面垂直，或者，通孔24朝叶身1的吸力面12倾斜。
42.由此，通孔的轴向与阶梯面垂直时，冷却流体流出速度快能够对阶梯结构的遮挡面充分冷却。通孔朝向叶身的吸力面倾斜时，冷却流体的阶梯结构的台阶进行冲击冷却能够提高对阶梯结构的冷却效果降低叶顶温度。
43.根据本发明实施例的燃气轮机，燃气轮机包括透平动叶。
44.根据本发明实施例的燃气轮机的技术优势与上述透平动叶的技术优势相同，此处不再赘述。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
47.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
49.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
50.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。