[發明專利]一種可調渦輪導向葉片端壁結構、機匣端壁結構及渦輪

有效

• 申請號: 201811550872.X
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109386313B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 趙巍;楊利寧;張傲;王廣寧;李東彪;傅依順;劉志江
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽發動機研究所
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02;F01D9/04
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請公開了一種可調渦輪導向葉片端壁結構，所述端壁結構為多段式回轉面結構，所述多段式回轉面結構為：自葉片旋轉軸線至葉片邊緣延伸的多段線為基線，所述基線以葉片旋轉軸線為中心向葉片偏轉方向回轉構成回轉面。本申請的具有端壁結構的可調渦輪導向葉片及內外機匣采用等距分段回轉面端壁設計，保證了渦輪導向葉片轉動過程中間隙均勻，變化小，降低了泄漏損失；機匣上設計型槽，增加了氣流流動阻力，形成氣流渦旋，減小導向葉片安裝角變化引起的附加損失，有效提升了渦輪效率；多段直線圓弧擬合回轉面結構設計簡單，適用于不同擴張角度的子午流道設計，更能提高渦輪性能，生產工藝性可行，具有更為廣闊的工程應用價值。

技術領域

本申請屬于變循環發動機技術領域，特別涉及一種可調渦輪導向葉片端壁結構、機匣端壁結構及渦輪。

背景技術

變循環發動機是一種通過改變發動機一些部件的幾何形狀、尺寸或位置來改變其熱力循環特性的發動機。變幾何渦輪是變循環發動機的最主要部件之一，通過渦輪導向葉片喉道面積的改變來控制發動機的流量，調節發動機工作點，使發動機的性能與效率最大化。

變幾何渦輪雖然會提高燃氣輪機整體的機動性和變工況下的適應能力，但由于其特殊的結構以及工作過程，變幾何渦輪相比定幾何渦輪會產生一些額外的損失。如圖1所示，常規定幾何渦輪葉片葉身2與緣板1(流道面)為一體結構，而為了使可調導向葉片在控制的角度下實線轉動，葉片端部必須留有一定的間隙以防止葉片端壁4和機匣壁面3發生刮碰或者卡滯，如圖2所示。導向葉片端部間隙的大小直接影響著泄漏損失，角度調節過程中間隙的變化勢必會使損失增加。

壓氣機通過可調靜子葉片以防止壓氣機喘振及減輕旋轉失速所帶來的影響。靜子葉片端壁與機匣壁面(即流道面)形狀近似，沿發動機中心線回轉形成。壓氣機靜子葉片為實心薄葉片，作為冷端部件，溫度的影響只在選取葉片材料性能參數時加以考慮，其旋轉過程中的最小間隙可達0.05～0.1mm。

渦輪可調導向葉片的設計難度遠大于壓氣機可調靜子葉片，近年來隨著高性能發動機渦輪前溫度的不斷提升，渦輪導向葉片均為氣冷空心厚葉片，葉片幾何形狀和結構形式復雜，工作條件惡劣，需要確保渦輪可調導向葉片在高溫、高壓工作環境下靈活可靠工作。由于渦輪導向葉片葉身各截面扭轉角度和流道上、下端壁傾角均大于壓氣機靜子葉片，按照常規端壁葉片設計，其最大偏轉角度下的徑向間隙遠大于壓氣機靜子葉片。在角度調節過程中，渦輪導向葉片端壁與機匣壁面(即流道面)之間的間隙會發生顯著改變，使得漏氣損失增加，降低渦輪效率。

由于渦輪導向葉片各截面扭轉角度較大，按照常規導向葉片端壁設計，導向葉片安裝角變化過程中間隙變化較大，需要一種新型有效的可調渦輪導向葉片端壁結構控制端部間隙泄漏損失。

發明內容

本申請的目的是提供了一種可調渦輪導向葉片端壁結構、機匣端壁結構及渦輪，以解決上述任一問題。

本申請的技術方案是：一種可調渦輪導向葉片端壁結構，所述端壁結構為多段式回轉面結構，所述多段式回轉面結構為：自葉片旋轉軸線至葉片邊緣延伸的多段線為基線，所述基線以葉片旋轉軸線為中心向葉片偏轉方向回轉構成回轉面。

本申請中，所述多段線至少為三段，且至少包括一段直線和一段圓弧。

本申請還提供了一種可調渦輪機匣端壁結構，所述機匣端壁具有如上所示的多段式回轉面結構相匹配的多段式回轉面型槽，且所述多段式回轉面型槽的基線與葉片端部的多段式回轉面基線相同。

本申請還提供了一種可調導向渦輪，所述可調導向輪渦包括機匣和導向葉片，所述機匣具有如上所述的多段式回轉面型槽，所述導向葉片具有如上所述的端壁結構，且所述導向葉片延伸入所述機匣中。