[發(fā)明專利]一種帶有動葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪

在審

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• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105626159A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高杰;鄭群;魏明;董平;岳國強
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明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)

燃氣輪機經(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)化燃氣輪機各部件之間的匹配，提高燃氣輪機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。

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)靜葉以增大燃氣輪機壓氣機喘振裕度和燃氣發(fā)生器剩余功率，而下游動葉 卻趨向在較大負攻角下運行，造成動葉壓力面出現(xiàn)嚴重分離流動。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％。

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攻角的氣動設(shè)計原則，進而指導動葉片葉型設(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

本發(fā)明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。

本發(fā)明的目的是這樣實現(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)。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

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1～4倍。

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。

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。

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。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明受海洋生物學家們在座頭鯨鰭狀肢形態(tài) 學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)會誘導來流形成對轉(zhuǎn)的流向渦，當可調(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。

在設(shè)計工況下，波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)誘導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。總體上，本發(fā)明具有良好的全工況工作特性。

此外，本發(fā)明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

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；

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；

圖3是波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的局部視圖；

圖4是圖1中的A-A剖面圖。

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

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。