[發明專利]一種豐滿型可調噴嘴葉片的設計方法

無效

• 申請號: 201210005986.2
• 申請日: 2012-01-03
• 公開（公告）號: CN102536330A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張晉東;董復興;王永青;劉毅;閆健菲;韓國強
• 申請（專利權）人: 大同北方天力增壓技術有限公司
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14
• 代理公司: 太原同圓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14107
• 代理人: 王金鎖

技術領域

本發明屬于透平機械技術領域，具體涉及一種可調噴嘴葉片。

背景技術

由于排放法規的日益嚴酷，常規行渦輪增壓器已不能適應車用發動機的配機要求。因其不能滿足發動機從低速到高速的全程匹配，照顧了高速則低速供氣不足，導致發動機性能惡化；照顧了低速，則高速時增壓器勢必超速，由于增壓壓力太高，導致發動機爆發壓力超標，由于發動機泵氣功的增加，必將導致發動機性能惡化。雖然近十幾年帶旁通放氣閥的渦輪增壓器已廣泛使用，使發動機的低速性能有了明顯的改善，但由于在發動機高速時將部分廢氣放掉，排氣能力的損失使發動機的高速性能仍不理想。至此，“可變渦輪幾何流通截面”的渦輪增壓器則順理成章的登上了“渦輪增壓”的舞臺。可變渦輪幾何流通截面的形式有多種，根據優勝劣汰的法則，最終人們還是對“旋轉葉片”的形式情有獨鐘。其結構及工作原理如圖一所示。其可調噴嘴葉片沿圓周D_j均布安裝在“安裝盤”上，根據發動機在不同轉速下對增壓壓力的要求，電動或氣動執行機構推動“撥盤”轉動，“撥盤”上開有與“可調噴嘴葉片”等數量的槽與“可調噴嘴葉片”上的“撥銷”嚙合。“撥盤”轉動時帶動諸“可調噴嘴葉片”繞D_j上的各自旋轉中心“0”同步旋轉，從而改變了葉片間的法向距離dh，噴嘴的流通面積A＝dh*b*Z_d(其中Z_d為葉片數，b為葉片高度)，因此，dh的變化使“A，，成正比的發生改變。理想的噴嘴葉片的形式應是這樣的：當可調噴嘴葉片繞“0”點旋轉時，面積A的變化速率應大(θ轉動范圍小，則α的變化范圍亦小)，而可調噴嘴出口葉片安裝角α度要小。因按照理論計算，α值的最佳范圍為16～22°。在此范圍內可獲得較高的渦輪效率。早期，可調噴嘴普遍采用的是“對稱楔形”或者其他形式“瘦長”型葉片，這類形式的葉片所暴露出來的問題是：dh/dθ的梯度偏小，而dα/dθ的梯度偏大(參見圖3及圖4)；這兩種因素導致發動機在低速時(dh小時)，α角嚴重偏離最佳值，致使渦輪進口前的氣體速度c1也嚴重偏離理想方向(參見圖5)，使之排氣背壓明顯升高，而增壓壓力卻無法隨之提升，就很難獲得理想的發動機低速性能。

發明內容

本發明就是要解決現有“對稱楔形”和“瘦長”型葉片dh/dθ的梯度偏小，而dα/dθ的梯度偏大，導致發動機在低速時(dh小時)，α角嚴重偏離最佳值，致使渦輪進口前的氣體速度c1也嚴重偏離理想方向，使之排氣背壓明顯升高，而增壓壓力卻無法隨之提升，難以獲得理想的發動機低速性能的問題。

基于上述原因，就有必要更換一種葉片形式，以期獲得較大的dh/dθ和較小的dα/dθ，用以改善發動機的低速性能。這一形式的葉片我們稱之為豐滿型葉片，它是利用葉片的阻塞作用和特殊的葉片形狀來實現理想的dh/dθ和dα/dθ的變化規律。目前，國內尚無此種葉片的設計方法，針對這一狀況，我們創造了自己獨特的設計方法。

本發明通過以下技術方案實現：

一種豐滿型可調噴嘴葉片設計方法，利用葉片的阻塞作用和特殊的葉片形狀來實現dh/dθ和dα/dθ的變化規律，以獲得dh/dθ和dα/dθ，用以改善發動機的低速性能，在求解過程中，首先選擇葉片弦長Lx，而后確定葉片的虛擬長度Lz，進而確定凹面截線Yw向和Xw向的長度，根據選定的α_p角、凸、凹面安裝角β_t、β_w，求解凸面截線Xt向和Yt向的長度，則得凹凸面截線方程；一種豐滿型可調噴嘴葉片葉型曲線方程創建步驟：根據氣流角α_p、凸、凹面安裝角β_t、β_w四個約束條件首先建立一個葉片葉型曲線方程作為的根基，而后再確定一個葉片弦長Lx以及凹面截線Yw向和Xw向的長度的位置比Ke、Kf，一般Ke＝0.76～0.78、Kf＝0.12～0.13，在保證α_p、β_t、β_w不變的前提下，計算出凸、凹面截面截線在(X_t，Y_t)和(X_w，Y_w)坐標系內的離散點數值，選定葉片旋轉中心的位置(X_oz，Y_oz)，一般L_s＝0.40L_X；再根據需要將(X_t，Y_t)和(X_w，Y_w)坐標值轉換到D_j圓周的特定位置上，創建了如下的葉片葉型曲線方程：

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