涡轮转子的叶冠封严结构及涡轮发动机的制作方法

本技术涉及航空发动机/涡轮发动机，尤其涉及一种涡轮转子叶片的叶冠封严结构。

背景技术：

1、航空发动机，也称为(燃气)涡轮发动机是通过转子部件将高温燃气的内能转化为动能的一种旋转机械。为保证发动机的安全性和可靠性，其转动叶片和静止机匣之间必定存在一定的间隙，间隙的存在使得发动机在工作时不可避免的存在叶尖泄漏流。转子的叶尖泄漏流动使得本应在主流区工作的气体通过转子叶尖区域流失，导致涡轮气动性能的下降，进而导致发动机整机的做工能力下降。因此，减小转子叶尖泄漏流量，是提升航空发动机/燃气涡轮发动机性能的一个重要途径。

2、在减小叶尖泄漏流方面，目前常用的有叶顶凹槽、叶尖小翼以及带冠叶片等封严技术。其中叶顶凹槽以及叶尖小翼的设计是通过叶顶的局部设计，使转子叶片在工作时在叶尖形成刮削涡等复杂涡系结构，抑制气流在间隙间的流动，从而产生气动封严的效果。而对于带冠叶片的设计，则是通过叶冠以及叶冠的篦齿结构设计对气流产生物理封严效果，阻挡气流从叶尖间隙流过。

3、对于篦齿物理封严结构的设计，其通过篦齿结构减小转子叶片与静子机匣之间的间隙，从而达到减弱泄漏流量的目的。而对于实际运行的涡轮发动机而言，其间隙仍无可避免，因此仍会存在一定比率的泄漏流量。

技术实现思路

1、本实用新型的目的之一在于提供一种改进的叶冠封严结构，其在传统的篦齿之间增设特定形状的扰流柱，以产生气流扰动，进而形成气动封严的效果，从而使得叶冠封严结构具有物理封严与气动封严的双重效果，进一步增强封严效果。

2、为此，本实用新型提供一种涡轮转子的叶冠封严结构，所述涡轮转子包括多个绕转轴旋转的叶片，叶片的末端设置有所述叶冠封严结构，其中，所述叶冠封严结构沿与叶片所在平面大致正交的平面延伸，叶冠封严结构沿叶片宽度延伸的方向为纵向，叶冠封严结构沿叶片厚度延伸的方向为横向；叶冠封严结构包括基平面和至少两个篦齿，基平面大致与叶片所在平面垂直，基平面沿纵向与横向两个方向延伸覆盖整个叶片，并延伸至超出叶片的宽度与厚度；篦齿大致为片状，从基平面突出向着叶片长度方向远离转轴的外侧延伸，篦齿沿纵向间隔分布在基平面上，篦齿最大的维度在横向方向上、并沿横向方向在基平面的整个横向尺寸上连续地延伸，即篦齿在横向方向上的长度与叶冠封严结构的基平面在横向上的尺寸一致或大致相当，其特征在于，所述叶冠封严结构还包括扰流柱，扰流柱大致为柱体的形状，从基平面突出向着叶片长度方向远离转轴的外侧延伸，扰流柱布置两个篦齿之间呈离散的点状分布，扰流柱的尺寸相比于篦齿要小。

3、应当理解，所谓“篦齿沿横向方向在基平面的整个横向尺寸上连续地延伸”是指篦齿在横向方向上的长度与叶冠封严结构的基平面在横向上的尺寸一致或大致相当，并且是连续的结构中间没有断点。

4、应当理解，所谓“扰流柱呈离散的点状分布”是指相对于篦齿的线性连续延伸结构，扰流柱的分布更像一个个不连续的离散的点。所谓“扰流柱的尺寸相比于篦齿要小”可理解为扰流柱在基平面上的投影面积相比于篦齿在基平面上的投影面积要小，篦齿在基平面上的投影可大致为连续的线段，而扰流柱在基平面上的投影则为离散的点。

5、通过上述设置，转子叶片转动时，扰流柱随之转动，在转动过程中，扰流柱带动两篦齿之间的空气流动，形成复杂的涡系结构，从而产生气动封严的效果，抑制泄漏流的通过。同时，泄漏流在流经扰流柱时，会产生压力损失，降低泄露流体的压力，减小下游后部篦齿前后的压差，进而降低泄漏流的逃逸，进一步增强封严效果。此外，由于扰流柱的尺寸相对于篦齿要小很多，从而更易于设计出各种利于扰流的特殊形状，且分布更加灵活；更重要的是，相对于增加更多的篦齿以增加封严效果，扰流柱能够大大减小整个叶冠封严结构的重量增加而达到同样或者更佳的封严效果。

6、根据本实用新型的一些实施方式，篦齿分布在叶冠封严结构的基平面沿纵向方向的两个端部区域，扰流柱分布在叶冠封严结构的基平面沿纵向方向的中央区域。

7、根据本实用新型的一些实施方式，所述扰流柱在横向方向上的尺寸大约为篦齿在横向方向上的尺寸的1/10-1/3。

8、优选地，所述扰流柱的高度大约为篦齿高度的1/2-1。

9、根据本实用新型的一些实施方式，所述扰流柱的横截面为经过修正的方形形状。

10、优选地，所述经过修正的方形形状为在正方形的基础上修正得来，其中正方形的四个角经过倒圆处理，倒圆的半径r为正方形边长l的1/10至1/4。

11、优选地，所述经过修正的方形形状为在正方形的基础上修正得来，其中正方形的四条边经过凹边处理，所述凹边采用贝塞尔曲线进行修形，其中凹边最低点至正方形的未经修正的边的垂直距离b为正方形边长l的1/100至1/20。采用凹边修形的扰流柱设计结构，气流在流经扰流柱时，在各个方向来流均会产生更长的回流区范围，尾流长度增大，造成空气扰动的更大，从而形成更复杂的涡系结构，这样形成的气动封严效果最佳。

12、根据本实用新型的一些实施方式，所述扰流柱为多个，该多个扰流柱大致均匀地间隔分布在篦齿之间的基平面上。

13、本实用新型还涉及一种涡轮发动机，其特征在于，它包括如上所述的涡轮转子的叶冠封严结构。

14、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。本实用新型的其它特征、目的和优点将从说明书、附图和权利要求书变得明显。

技术特征：

1.一种涡轮转子的叶冠封严结构，所述涡轮转子包括多个绕转轴旋转的叶片，叶片的末端设置有所述叶冠封严结构，其中，所述叶冠封严结构沿与叶片所在平面大致正交的平面延伸，叶冠封严结构沿叶片宽度延伸的方向为纵向，叶冠封严结构沿叶片厚度延伸的方向为横向；叶冠封严结构包括基平面和至少两个篦齿，基平面大致与叶片所在平面垂直，基平面沿纵向与横向两个方向延伸覆盖整个叶片，并延伸至超出叶片的宽度与厚度；篦齿大致为片状，从基平面突出向着叶片长度方向远离转轴的外侧延伸，篦齿沿纵向间隔分布在基平面上，篦齿最大的维度在横向方向上、并沿横向方向在基平面的整个横向尺寸上连续地延伸，其特征在于，所述叶冠封严结构还包括扰流柱，扰流柱大致为柱体的形状，从基平面突出向着叶片长度方向远离转轴的外侧延伸，扰流柱布置两个篦齿之间呈离散的点状分布，扰流柱的尺寸相比于篦齿要小。

2.如权利要求1所述的涡轮转子的叶冠封严结构，其中，篦齿分布在叶冠封严结构的基平面沿纵向方向的两个端部区域，扰流柱分布在叶冠封严结构的基平面沿纵向方向的中央区域。

3.如权利要求1或2所述的涡轮转子的叶冠封严结构，其中，所述扰流柱在横向方向上的尺寸大约为篦齿在横向方向上的尺寸的1/10-1/3。

4.如权利要求1或2所述的涡轮转子的叶冠封严结构，其中，所述扰流柱的高度大约为篦齿高度的1/2-1。

5.如权利要求1或2所述的涡轮转子的叶冠封严结构，其中，所述扰流柱的横截面为经过修正的方形形状。

6.如权利要求5所述的涡轮转子的叶冠封严结构，其中，所述经过修正的方形形状为在正方形的基础上修正得来，其中正方形的四个角经过倒圆处理，倒圆的半径r为正方形边长l的1/10至1/4。

7.如权利要求5所述的涡轮转子的叶冠封严结构，其中，所述经过修正的方形形状为在正方形的基础上修正得来，其中正方形的四条边经过凹边处理，所述凹边采用贝塞尔曲线进行修形，其中凹边最低点至正方形的未经修正的边的垂直距离b为正方形边长l的1/100至1/20。

8.如权利要求1或2所述的涡轮转子的叶冠封严结构，其中，所述扰流柱为多个，该多个扰流柱大致均匀地间隔分布在篦齿之间的基平面上。

9.一种涡轮发动机，其特征在于，包括如上述权利要求1-8中任一项所述的涡轮转子的叶冠封严结构。

技术总结本技术涉及一种涡轮转子的叶冠封严结构，所述涡轮转子包括多个绕转轴旋转的叶片，叶片的末端设置有所述叶冠封严结构；叶冠封严结构包括基平面和至少两个篦齿，基平面大致与叶片所在平面垂直；篦齿大致为片状，从基平面突出向着叶片长度方向远离转轴的外侧延伸，篦齿沿纵向间隔分布在基平面上，篦齿最大的维度在横向方向上、并沿横向方向在基平面的整个横向尺寸上连续地延伸，其特征在于，所述叶冠封严结构还包括扰流柱，扰流柱大致为柱体的形状，从基平面突出向着叶片长度方向远离转轴的外侧延伸，扰流柱布置两个篦齿之间呈离散的点状分布，扰流柱的尺寸相比于篦齿要小。本技术还涉及包括如上所述的涡轮转子的叶冠封严结构的涡轮发动机。技术研发人员：张帆,黄勇,王治国受保护的技术使用者：北京南方斯奈克玛涡轮技术有限公司技术研发日：20231221技术公布日：2024/6/30