[發明專利]大小葉片串列葉柵葉輪及壓氣機

無效

• 申請號: 200710178381.2
• 申請日: 2007-11-29
• 公開（公告）號: CN101158362A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 蔣浩康;陳懋章;嚴明;劉寶杰;劉火星
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/54
• 分類號: F04D29/54
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種葉片式葉輪機械裝置，尤其涉及一種大小葉片串列葉柵葉輪及壓氣機。

背景技術

葉片式壓氣機一般用于給氣體增壓，分為軸流式、離心式和斜流式壓氣機。軸流式壓氣機氣體的流動方式是軸向排氣，軸向出氣；離心式壓氣機氣體的流動方式是軸向進氣，徑向排氣；斜流式壓氣機是軸流與離心壓氣機的折衷，軸向進氣，與軸向有一定角度排氣。軸流式和斜流式壓氣機包括葉輪，包括動輪和靜輪，葉輪上設有葉片。葉輪及其葉片的結構形式對壓氣機的增壓能力影響極大。

目前，提高軸流式和斜流式壓氣機增壓能力的方法有兩個，一個是增加轉子葉輪的轉速，一個是增加氣流經過葉片后的轉角。提高轉速導致壓氣機進口處氣流相對葉片的流速超音，從而產生激波，激波的存在可以起到增壓的作用，但太強的激波會導致葉面邊界層分離造成壓氣機效率下降。

所以如何通過加大氣流轉角的方式增加壓氣機增壓能力是目前的主要研究方向。即通過增加氣流通過葉柵后的轉角，來增加葉柵的做功能力。

如圖1所示，現有技術中，通過串列葉柵來增加氣流通過葉柵后的轉角。當氣流在葉柵中需要的轉角過大時，靠單排葉片已很難完成任務，這時可以采用兩排葉片1、2，將氣流轉彎角度分配到兩排葉片1、2上。串列葉柵也可以看成是將單排長葉片的中間斷開，這樣后排葉片2的邊界層從其前緣開始增加，到其尾緣處邊界層不至于如單排長葉片一樣厚，可以有效防止分離的發生。另外，前排葉片1壓力面后部的氣流速度較高，對后排葉片2吸力面的邊界層也有加速作用，同樣可以抑制分離。

上述現有技術至少存在以下缺點：

兩排葉片占用的軸向長度較長，對于航空發動機這樣的對尺寸和重量要求很高的應用上，長的軸向長度使其整體長度和重量都有所增加。另外，串列葉柵中后排葉片2對前排葉片1的控制作用很微弱，若前排葉片吸力面后部的邊界層發生分離，只增加后排葉片是無能為力的。

發明內容

本發明的目的是提供一種既不增加軸向尺寸、又能有效抑制氣流在葉片吸力面后部的分離的大小葉片串列葉柵葉輪及壓氣機。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的大小葉片串列葉柵葉輪，包括前排葉片和后排葉片，所述后排葉片的前緣插入到所述前排葉片的間隙之間。

本發明的壓氣機，包括上述的大小葉片串列葉柵葉輪。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所述的大小葉片串列葉柵葉輪及壓氣機，由于后排葉片的前緣插入到所述前排葉片的間隙之間。既不增加軸向尺寸、又能有效抑制氣流在葉片吸力面后部的分離。

附圖說明

圖1為現有技術中的葉輪的結構示意圖；

圖2為本發明的大小葉片串列葉柵葉輪的結構示意圖。

具體實施方式

本發明的大小葉片串列葉柵葉輪，其較佳的具體實施方式如圖2所示，包括前排葉片1和后排葉片2，后排葉片2的前緣插入到前排葉片1的間隙之間。

后排葉片2的前緣距前排葉片1的前緣的距離等于前排葉片的前緣與后緣之間的距離的20％-70％，可以是20％、40％、50％、70％等，即在圖2中0.2≤Cl/C≥0.7。

后排葉片2的后緣可以位于前排葉片1的后緣的前面，也可以位于前排葉片1尾緣的后面，也可以是前排葉片1與后排葉片2的后緣平齊。??

當后排葉片2的后緣位于前排葉片1的后緣的前面時，后排葉片的后緣距前排葉片的后緣的距離可以小于等于前排葉片的前緣與后緣之間的距離的10％。

當后排葉片2的后緣位于前排葉片1的后緣的后面時，后排葉片2的后緣距前排葉片1的后緣的距離可以小于等于前排葉片1的前緣與后緣之間的距離的50％。

即后排葉片2的尾緣位于前排葉片1的尾緣前10％到后50％處，即在圖2中一0.1＜(Ct-C)/C＜0.5。

對同一個后排葉片2來講，其前緣和后緣的上述的距離值在葉片高度方向上不一定是相同的值，而是可以根據具體流動結構進行優化，得到最好的氣動性能。

本發明的壓氣機，包括上述的大小葉片串列葉柵葉輪。

本發明將常規串列葉柵中的后排葉片2的前緣進一步伸入前排葉片1之間，將后排葉片的周向位置置于兩個前排葉片1的中間。這樣形成的前排葉片1軸向長度較大，稱為大葉片，后排葉片2軸向長度通常較小，稱為小葉片。

對于高速可壓縮流動，氣流對流通面積較為敏感，小葉片的厚度的設計要滿足一定面積變化規律，在尾緣處小葉片的厚度減小到0，這時采用小葉片尾緣在大葉片尾緣之后的設計更為合理，在大葉片尾緣處因小葉片仍然具有一定的厚度，流通面積在下游進一步擴張，增壓得以更加平順。