[發(fā)明專利]一種用于葉片式壓氣機(jī)中的鈍尾緣結(jié)構(gòu)大小葉片葉輪

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010603459.2
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102022378A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉火星;陳懋章;綦蕾;于賢君;柳陽威;王洪偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F04D29/32
• 分類號: F04D29/32;F04D29/38
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于葉片式壓氣機(jī)中的具有鈍尾緣結(jié)構(gòu)的大小葉片葉輪，屬于航空軸流壓氣機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

葉片式壓氣機(jī)一般用于給氣體增壓，分為軸流式、離心式和斜流式壓氣機(jī)。軸流式壓氣機(jī)氣體的流動方式是軸向排氣，軸向出氣；離心式壓氣機(jī)氣體的流動方式是軸向進(jìn)氣，徑向排氣；斜流式壓氣機(jī)是軸流與離心壓氣機(jī)的折衷，軸向進(jìn)氣，與軸向有一定角度排氣。軸流式和斜流式壓氣機(jī)包括葉輪，包括動輪和靜輪，葉輪上設(shè)有葉片。葉輪及其葉片的結(jié)構(gòu)形式對壓氣機(jī)的增壓能力影響極大。值得一提的是，航空渦輪葉片通常較厚，約為壓氣機(jī)葉片的2～5倍，這是因為渦輪工作在很高的溫度條件下，其渦輪進(jìn)口溫度接近2000K，這個溫度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前材料的耐溫水平，為了保證渦輪葉片的正常工作及壽命，必須采用先進(jìn)的冷卻技術(shù)來冷卻渦輪葉片，使葉片溫度降到材料允許的溫度限制值以下。冷卻的方法是葉片內(nèi)部設(shè)計為空心結(jié)構(gòu)，冷氣從葉片中間通過，通過冷氣與高溫葉片的換熱作用實現(xiàn)冷卻，從而大幅度加強(qiáng)渦輪葉片承受熱負(fù)荷的能力。因而，如圖1所示，渦輪葉片的厚度比壓氣機(jī)葉片要大得多，具體到葉片尾緣，渦輪葉片尾緣的厚度要比壓氣機(jī)葉片尾緣厚度大1～5倍。另一方面，渦輪通道中氣流的壓力是降低的，氣流在葉片通道后部不會產(chǎn)生分離，而壓氣機(jī)內(nèi)氣流壓力在流動時是增加的，壓力的作用使氣流很容易分離。因此，渦輪葉片尾緣處是壓力減小的流動，而壓氣機(jī)尾緣處是壓力增加的流動，二者在流動結(jié)構(gòu)和抗分離能力方面有本質(zhì)區(qū)別。

目前，提高軸流式和斜流式壓氣機(jī)增壓能力的方法有兩個，一個是增加轉(zhuǎn)子葉輪的轉(zhuǎn)速，一個是增加氣流經(jīng)過葉片后的轉(zhuǎn)角。提高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致壓氣機(jī)進(jìn)口處氣流相對葉片的流速超音，從而產(chǎn)生激波，激波的存在可以起到增壓的作用，但太強(qiáng)的激波會導(dǎo)致葉面邊界層分離造成壓氣機(jī)效率下降，所以如何通過加大氣流轉(zhuǎn)角的方式增加壓氣機(jī)增壓能力是目前的主要研究方向。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的軸流式和斜流式壓氣機(jī)中，葉輪上的大葉片2、小葉片3相互間隔布置，其中的大葉片2、小葉片3的尾緣為逐漸減薄的結(jié)構(gòu)，即大葉片2與小葉片3兩側(cè)形線在尾緣處形成的開口寬度取值范圍為0～0.2倍最大葉片厚度。由于壓氣機(jī)葉輪的工作要求是在保持低損失的條件下實現(xiàn)流經(jīng)壓氣機(jī)葉輪的氣體壓力提高，所以氣流在壓氣機(jī)葉輪中流動過程中承受著越來越高的壓力，即承受著逆壓梯度，在逆壓梯度作用下氣流會在大葉片2與小葉片3間形成的通道后部葉片吸力面附近與葉片表面分離，分離表現(xiàn)為氣流不再附著在葉片吸力面流向出口，代之以氣流和葉片吸力面之間出現(xiàn)一個由氣體構(gòu)成的大小葉片吸力面分離區(qū)4，該分離區(qū)4內(nèi)氣體的流動速度比遠(yuǎn)離葉片吸力面區(qū)域氣體的流動速度低得多，甚至在緊靠大葉片2與小葉片3吸力面的區(qū)域內(nèi)還會出現(xiàn)逆流，即氣體流動方向為從大葉片2與小葉片3間形成的通道出口流向入口。分離會帶來兩個后果：a.氣流轉(zhuǎn)角減小，因為分離產(chǎn)生的分離區(qū)4使得氣流遠(yuǎn)離大葉片2與小葉片3吸力面從而導(dǎo)致氣流轉(zhuǎn)角減小；b.增大損失，大葉片2與小葉片3吸力面附近低速區(qū)和葉片通道中主流相互作用會引起摻混損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種氣流在葉片吸力面后部的局部分離小、尾緣損失小、氣流轉(zhuǎn)角大的應(yīng)用在壓氣機(jī)上的具有鈍尾緣結(jié)構(gòu)的大小葉片葉輪，采用本發(fā)明大小葉片葉輪制成的壓氣機(jī)的工作效率有顯著提高。

本發(fā)明一種用于葉片式壓氣機(jī)中的鈍尾緣結(jié)構(gòu)大小葉片葉輪，包括大葉片、小葉片，葉輪主體，所述大葉片和小葉片相互間隔布置在葉輪上；所述大葉片和小葉片兩側(cè)的形線在尾緣處不匯合，而是形成一個開口，通過用直線、圓弧線、梯形折線或其它形式的曲線將葉片兩側(cè)形線的末端尾緣處連接起來形成鈍頭，由此使大葉片和小葉片形成的鈍尾緣結(jié)構(gòu)。

大葉片與小葉片兩側(cè)的形線在尾緣處形成的開口的寬度W的取值范圍為0.4～0.8倍葉片最大厚度，大葉片與小葉片末端尾緣處連接的用來形成鈍頭的曲線高度h的取值范圍為0～0.8W，由此使葉片吸力面后部的局部分離顯著增大，所述大葉片與小葉片的最大葉片厚度小于0.1倍葉片弦長。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明大小葉片葉輪及壓氣機(jī)，由于大葉片、小葉片的尾緣為鈍尾緣，氣流在葉片吸力面后部的局部分離小、尾緣突擴(kuò)損失小、氣流轉(zhuǎn)角大。

2、本發(fā)明大小葉片葉輪及壓氣機(jī)，由于大葉片、小葉片的尾緣為鈍通過設(shè)計大葉片、小葉片的尾緣具體尺寸，應(yīng)用到壓氣機(jī)中，可有效提高壓氣機(jī)性能。

附圖說明

圖1為氣流流過現(xiàn)有壓氣機(jī)中葉輪的葉片時的狀態(tài)示意圖；

圖2為本發(fā)明大小葉片葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；