[發明專利]一種大子午擴張寬弦正交渦輪及提高渦輪性能的氣動布局方法

在審

• 申請號: 201810532450.3
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108798788A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 高杰;孟福生;張建;岳國強;鄭群
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F01D1/04
• 分類號: F01D1/04;F01D9/02;F01D9/04;F01D5/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種大子午擴張寬弦正交渦輪及提高渦輪性能的氣動布局方法，包括機匣、靜葉輪轂、動葉輪轂、過渡段和動力渦輪，動葉輪轂設置在靜葉輪轂旁，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，靜葉片、動葉片、靜葉輪轂、動葉輪轂、機閘構成靜葉渦輪，過渡段和動力渦輪依次設置在靜葉渦輪的下游，所述靜葉片為靜葉片自身與靜葉輪轂端壁成正交布置的正交型寬弦葉片，靜葉片的重心積疊線與徑向坐標方向的夾角在5°～15°之間。本發明延緩了氣流在大子午擴張通道端區的擴壓程度，并使得葉片與端壁正交，以使得氣流近似沿葉型方向流動，改善了大子午擴張渦輪端區流動。

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機/航空發動機的渦輪，尤其涉及一種大子午擴張寬弦正交渦輪及提高渦輪性能的氣動布局方法。

背景技術

在現代高性能燃氣輪機/航空發動機中，為提高渦輪效率，軸流渦輪大都采用機匣外端壁大擴張角流道設計，沿流向橫截面劇烈增加，使得渦輪葉片流道的收斂度不足以彌補子午流道的擴散，導致大擴張角端區邊界層迅速增厚，甚至產生較大的回流區等復雜渦系，帶來較大的端區損失，明顯影響渦輪效率。并且，現有技術的高性能燃氣輪機/航空發動機的低壓渦輪，在其下游都存在比較長的過渡段，造成燃氣輪機/航空發動機結構比較龐大，緊湊性差。由于現有技術的不足，人們希望有一種可有效提高氣動效率及緊湊性的大子午擴張渦輪及其先進設計方法。

發明內容

本發明的目的是為了能有效提高渦輪氣動性能，并使得渦輪部件結構更為緊湊而提供一種大子午擴張寬弦正交渦輪及提高渦輪性能的氣動布局方法。

本發明的目的是這樣實現的：包括機匣、靜葉輪轂、動葉輪轂、過渡段和動力渦輪，動葉輪轂設置在靜葉輪轂旁，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，靜葉片、動葉片、靜葉輪轂、動葉輪轂、機閘構成靜葉渦輪，過渡段和動力渦輪依次設置在靜葉渦輪的下游，所述靜葉片為靜葉片自身與靜葉輪轂端壁成正交布置的正交型寬弦葉片，靜葉片的重心積疊線與徑向坐標方向的夾角在5°～15°之間。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.所述靜葉片前緣型線分別與機匣、靜葉輪轂端壁的交點位置處的切線與前緣型線的夾角為80°～100°，靜葉片尾緣型線分別與機匣、靜葉輪轂端壁的交點位置處的切線與尾緣型線的夾角為80°～100°。

2.一種提高渦輪性能的氣動布局方法，包括所述的大子午擴張寬弦正交渦輪，具體如下：

保留靜葉片上端壁型線不變，沿著過渡段上端壁型線走向，修改動葉片上端壁型線，同時改變靜葉片下端壁型線及動葉片型線，以適應性過渡到過渡段下端壁起始位置，并與其光滑連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明在充分理解渦輪高效率設計參數選取規律及充分考慮渦輪流場三維性的基礎上，通過采用寬弦葉片，以延緩氣流在大子午擴張通道端區的擴壓程度，并使得葉片與端壁正交，以使得氣流近似沿葉型方向流動，改善了大子午擴張渦輪端區流動；并通過抬高寬弦正交渦輪，尤其是其動葉片，降低渦輪流量系數和載荷系數，使得渦輪處在更高效率設計范圍內，并大幅縮短過渡段軸向長度；此外，本發明結構比較簡單，加工制造也比較方便，易于工程實現。

附圖說明

圖1是正交渦輪、過渡段與動力渦輪的子午通流視圖；

圖2是正交渦輪靜葉片兩端結構的特征尺寸示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。