[發明專利]葉片及其造型方法和輪機

在審

• 申請號: 201910435055.8
• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN110173459A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 李雪松;顧春偉;任曉棟
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38;F01D5/14;F03D1/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 苗青盛;魏雪梅

本發明涉及葉片造型技術領域，尤其涉及葉片及其造型方法和輪機。葉片包括不同半徑位置的葉型段，所有葉型段按半徑位置沿積疊線串聯，積疊線穿過所有葉型段的重心；積疊線包括n個串聯的彎折段；彎折段包括串聯的第一彎折和第二彎折，第一彎折和第二彎折的彎折方向相反，n≥1；相鄰兩個彎折段之間所連接的兩個彎折的彎折方向相反。本發明中積疊線設計為多個彎折段串聯，每個彎折段串聯，形成起伏的結構，整個積疊線形成多個起伏，葉型段沿積疊線堆疊后得到的葉片前緣自然構造出凹凸結構。本技術在不改變葉片葉型的前提下，利用積疊線的起伏構造出葉片前緣的凹凸結構，提高了葉片在大攻角下良好的流體動力性能。

技術領域

本發明涉及葉片造型技術領域，尤其涉及葉片及其造型方法和輪機。

背景技術

燃氣輪機是實現能源高效清潔轉化和保障國家能源安全的重大技術裝備，包括航空發動機、艦船用或發電用的燃氣輪機等。燃氣輪機由壓氣機、燃燒室和透平三部分組成。燃氣渦輪發動機中，壓氣機(compressor)利用高速旋轉的葉片給空氣作功以提高空氣壓力。透平(turbine)將流體介質中蘊有的能量轉換成機械功的機器，又稱渦輪。從進氣裝置進入的空氣在壓氣機中被壓縮后，進入燃燒室并與噴入的燃油混合燃燒，生成高溫高壓燃氣。燃氣在膨脹過程中驅動高速旋轉，將能量轉變為渦輪功。渦輪帶動壓氣機吸進空氣并進行壓縮，發動機由此進行連續性工作。其中，壓氣機與透平都是由葉片構成的，在大攻角下，都存在失速導致效率快速降低的問題。尤其是對于壓氣機，在大攻角的情況下，失速還容易導致喘振現象，使壓氣機乃至燃氣輪機在短時間內損毀，燃氣輪機在設計與運行過程中必須防止壓氣機失速喘振。因此，葉輪旋轉機械特別是壓氣機的設計，高度重視葉片的大攻角性能。

為了提高葉片在大攻角下具備良好的流體動力學特征，如圖3所示，在葉片的前緣加裝凸塊，但這種葉片難以應用在壓氣機中，壓氣機實際設計中所采用的葉型，都是通過大量實驗所形成的成熟規范。如果加裝凸塊，將改變壓氣機葉型形狀，從而產生難以預測的后果。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明為解決上述至少一個問題，本發明提供了一種葉片，本發明還提供了一種輪機，本發明還提供了一種葉片的造型方法。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種葉片，其包括不同半徑位置的葉型段，所有所述葉型段按半徑位置沿積疊線串聯，所述積疊線穿過所有所述葉型段的的重心；所述積疊線包括n個串聯的彎折段；所述彎折段包括串聯的第一彎折和第二彎折，所述第一彎折和所述第二彎折的彎折方向相反，n≥1；相鄰兩個彎折段之間所連接的兩個彎折的彎折方向相反。

在該技術中依然保留葉片不同半徑處的葉型段，將積疊線設計為多個彎折段串聯，每個彎折段由第一彎折、第二彎折串聯，形成起伏的結構，真個積疊線形成多個起伏，葉型段沿積疊線堆疊后得到的葉片前緣自然構造出凹凸結構。從而，本技術在不改變葉片葉型的前提下，利用積疊線的起伏構造出葉片前緣的凹凸結構，提高了葉片在大攻角下良好的流體動力性能。

在一些實施例中，優選為，所述第一彎折和/或所述第二彎折為折線或曲線。折線具備彎折，曲線也具備彎折，彎折的線型促使積疊線呈起伏變化，方便葉型段堆疊后形成葉片前緣具備凹凸結構，提高葉片在大攻角下良好的流體動力性能。

在一些實施例中，優選為，當第一彎折和/或第二彎折為折線時，不同彎折段中，折線的兩個邊之間的夾角不同或相同。夾角不同則形成起伏狀態不同的積疊線，可形成更符合大攻角下良好流動動力性能的葉片。夾角相同則形成同樣浮起或伏落的積疊線，在某些情況下，更適于大攻角下良好流動動力性能。

在一些實施例中，優選為，當第一彎折和/或第二彎折為曲線時，不同彎折段中曲線的曲率相同或不同。曲率不同，曲率半徑可相同或不同，形成起伏程度不同的積疊線，可形成更符合大攻角下良好流動動力性能的葉片。曲率相同，曲率半徑相同則形成同樣浮起或伏落的積疊線，在某些情況下，更適于大攻角下良好流動動力性能。