一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機匣、輪轂，在機匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動葉片，可調(diào)靜葉片在前，動葉片在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上，且軸徑不同，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂內(nèi)，動葉片安裝在輪轂上，在動葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。本實用新型可在非設(shè)計工況尤其是低工況下減小甚至消除葉片前部的分離渦流，從而明顯減小動葉片通道內(nèi)氣動損失，而且設(shè)計工況下的性能也有略微提高，整體上本實用新型設(shè)計的變幾何渦輪具有良好的全工況特性。
【專利說明】
一種帶有動葉片波浪狀前緣[H]陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種變幾何渦輪，尤其涉及一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C經(jīng)常會在非設(shè)計工況下工作，此時渦輪效率會大幅度降低。變幾何渦輪技術(shù)可有效地調(diào)節(jié)和優(yōu)化燃?xì)廨啓C各部件之間的匹配，提高燃?xì)廨啓C的加減速特性和低工況性能。調(diào)節(jié)渦輪靜葉的安裝角度則是一種行之有效的變幾何方法。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的變幾何渦輪，在低工況時，關(guān)小可調(diào)靜葉減小工質(zhì)流量和輸出功率，而可調(diào)靜葉下游動葉卻趨向在較大正攻角下運行，并且引起動葉吸力面前側(cè)分離流動;在啟動和加速工況，開大可調(diào)靜葉以增大燃?xì)廨啓C壓氣機喘振裕度和燃?xì)獍l(fā)生器剩余功率，而下游動葉卻趨向在較大負(fù)攻角下運行，造成動葉壓力面出現(xiàn)嚴(yán)重分離流動。據(jù)研究表明，可調(diào)靜葉關(guān)小引起的動葉吸力面三維分離渦流場將導(dǎo)致變幾何渦輪的效率更顯著的下降，并且下降的幅度高達5%。
[0004]為了減小變幾何渦輪動葉前緣大攻角流動帶來的不利影響，國內(nèi)外研究人員提出變幾何渦輪動葉要采用較大負(fù)攻角的氣動設(shè)計原則，進而指導(dǎo)動葉片葉型設(shè)計;然而，截至目前，還未見可有效減小變幾何渦輪動葉片前緣大攻角流動帶來不利影響的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于提供可在非設(shè)計工況尤其是低工況下減小甚至消除葉片前部的分離渦流，從而明顯減小動葉片通道內(nèi)氣動損失，而且設(shè)計工況下性能也有略微提高的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:包括機匣、靜葉輪轂和動葉輪轂，動葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，在機匣和靜葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有可調(diào)靜葉片、在機匣和動葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有動葉片，可調(diào)靜葉片的上端面和下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到靜葉輪轂內(nèi)，動葉片安裝在動葉輪轂上，動葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，在動葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。
[0007]本實用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0008]1.所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長為葉片弦長的10%?30%，且波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片前緣直徑的I?4倍。
[0009]2.所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)沿葉片高度方向呈等間距排列或者沿輪轂到機匣方向呈漸疏狀排列。
[0010]3.所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過渡。
[0011]4.所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型受海洋生物學(xué)家們在座頭鯨鰭狀肢形態(tài)學(xué)方面研究工作的啟發(fā)，在變幾何渦輪動葉片前緣位置設(shè)置呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。由于波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)會誘導(dǎo)來流形成對轉(zhuǎn)的流向渦，當(dāng)可調(diào)靜葉轉(zhuǎn)動時，對轉(zhuǎn)的流向渦會與動葉片前部出現(xiàn)的大攻角分離流動相互作用，抵消了分離流動內(nèi)的部分渦系結(jié)構(gòu)，同時通過動量輸運提高葉片前部流體的動量，從而提高動葉片的抗分離能力。
[0013]在設(shè)計工況下，波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)出的流向渦也會與端區(qū)通道渦發(fā)生相互干涉，從而減弱端區(qū)通道渦的強度，并降低端區(qū)損失，盡管動葉片主流區(qū)的損失有所增加，但總體上動葉片通道內(nèi)的損失有略微降低?？傮w上，本實用新型具有良好的全工況工作特性。
[0014]此外，本實用新型不需要增加額外的附屬結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相對簡單，易于實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0015]圖1是帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪的子午視圖；
[0016]圖2是帶有波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪動葉片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的局部視圖；
[0018]圖4是圖1中的A-A剖面圖。
[0019]圖中:L為波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長，W為波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細(xì)描述。
[0021]結(jié)合圖1?2，本實用新型由輪轂1(包括靜葉輪轂和動葉輪轂)、可調(diào)靜葉片3、動葉片4和機匣6組成，在輪轂I和機匣6之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片3和動葉片4，可調(diào)靜葉片3在前，動葉片4在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸5、下旋轉(zhuǎn)軸2，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上以便于可調(diào)靜葉轉(zhuǎn)動，并且上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸，下旋轉(zhuǎn)軸僅起定位作用，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機匣6內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂I內(nèi)，動葉片4安裝在輪轂I上，動葉片左右兩端分別為前緣7和尾緣8，在動葉片前緣7設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)9。
[0022]結(jié)合圖3?4，制造本實用新型的帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，首先采用傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計好變幾何渦輪可調(diào)靜葉片和動葉片，然后對于給定的變幾何渦輪動葉片具體結(jié)構(gòu)和氣動參數(shù)以及運行工況范圍等情況，設(shè)計波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)。
[0023]具體的設(shè)計步驟如下:
[0024](I)根據(jù)變幾何渦輪動葉片來流攻角范圍和葉片結(jié)構(gòu)和氣動參數(shù)情況，確定呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)的波長和波幅；
[0025](2)根據(jù)變幾何渦輪動葉片通道內(nèi)流動情況和實際需求，確定動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的展向排布方式。
[0026]需注意的是，所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長如果較大則對分離流動的控制效果較弱，如果波長較小，凹陷結(jié)構(gòu)增多，其自身帶來的損失也會較大，這部分抵消了凹陷結(jié)構(gòu)帶來的有益效果。對于波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅，如果太大，對葉片自身的性能損傷較大，反之，如果太小的話，所誘導(dǎo)出的對轉(zhuǎn)流向渦的強度太小，控制效果同樣較弱。因此，所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長為葉片弦長的10%?30%，且波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片前緣直徑的I?4倍。
[0027]另外，考慮到變幾何渦輪在設(shè)計工況下動葉片通道內(nèi)分離渦流呈三維流動特性，且從輪轂端壁產(chǎn)生并沿展向發(fā)展，因此所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)沿葉片高度方向呈等間距排列，或者沿輪轂到機匣方向呈漸疏狀排列。
[0028]考慮到加工以及動葉片通道內(nèi)流動對光滑壁面的要求，所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過渡。
[0029]—種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機匣、輪轂，在機匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動葉片，可調(diào)靜葉片在前，動葉片在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上，且軸徑不同，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂內(nèi)，動葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，動葉片安裝在動葉輪轂上，動葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，其特征是:在動葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。
[0030]本實用新型還可以包括:
[0031]1、所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長為葉片弦長的10%?30%，且波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片前緣直徑的I?4倍。
[0032]2、所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)沿葉片高度方向呈等間距排列，或者沿輪轂到機匣方向呈漸疏狀排列。
[0033]3、所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過渡。
[0034]本實用新型的目的在于提供一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機匣、輪轂，在機匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動葉片，可調(diào)靜葉片在前，動葉片在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上，且軸徑不同，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂內(nèi)，動葉片安裝在輪轂上，在動葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。本實用新型設(shè)計的帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪可在非設(shè)計工況尤其是低工況下減小甚至消除葉片前部的分離渦流，從而明顯減小動葉片通道內(nèi)氣動損失，而且設(shè)計工況下的性能也有略微提高，整體上本實用新型設(shè)計的變幾何渦輪具有良好的全工況特性。
【主權(quán)項】
1.一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機匣、靜葉輪轂和動葉輪轂，動葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，在機匣和靜葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有可調(diào)靜葉片、在機匣和動葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有動葉片，可調(diào)靜葉片的上端面和下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到靜葉輪轂內(nèi)，動葉片安裝在動葉輪轂上，動葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，其特征是:在動葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長為葉片弦長的10%?30%，且波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片前緣直徑的I?4倍。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)沿葉片高度方向呈等間距排列或者沿輪轂到機匣方向呈漸疏狀排列。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過渡。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過渡。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。
【文檔編號】F01D5/14GK205422838SQ201620159902
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月3日
【發(fā)明人】高杰, 鄭群, 魏明, 董平, 岳國強
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)