[發(fā)明專利]一種降低燃氣輪機透平端壁二次流損失的方法

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• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112412540A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段靜瑤;肖俊峰;高松;李園園;于飛龍;上官博;閆安
• 申請（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01D5/02
• 分類號: F01D5/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種降低燃氣輪機透平端壁二次流損失的方法，該方法通過在透平通道端壁添加凹槽結(jié)構(gòu)，降低透平通道端壁橫向壓力梯度，凹槽結(jié)構(gòu)的橫截面為對稱圖形，其對稱軸與流線方向一致；凹槽結(jié)構(gòu)由若干條幾何相同的微尺度凹槽組成，各條微尺度凹槽的軸向位置及相鄰的間距相同。本發(fā)明基于凹槽結(jié)構(gòu)降低流阻、吸附近壁面流動的機理，通過降低透平通道端壁橫向壓力梯度，減小通道內(nèi)馬蹄渦和通道渦強度，降低二次流損失，提高透平整體性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃氣輪機軸流透平領(lǐng)域，具體涉及一種降低燃氣輪機透平端壁二次流損失的方法。

背景技術(shù)

燃氣輪機作為一種動力源，廣泛應(yīng)用于航空、船舶動力、發(fā)電等方面。在高壓、高溫、高速等惡劣條件下工作的燃氣透平是燃氣輪機的關(guān)鍵部件之一，隨著現(xiàn)代燃氣輪機性能的不斷提升，對燃氣透平的設(shè)計提出了更高的要求。透平通道內(nèi)部流場具有強三維型和非定常性，復(fù)雜的流動引起了各種損失。其中，二次流損失可達總流動損失的30％～50％，是流動損失的重要組成。因此，研究新的減小二次流損失的措施、提出降低二次流損失的方法在工程實踐中具有重要意義。

在透平通道中，二次流現(xiàn)象通常表現(xiàn)為各種渦系結(jié)構(gòu)，如馬蹄渦、通道渦等，并且主要集中于端區(qū)內(nèi)，這些渦系的生成和發(fā)展不僅與透平葉柵的幾何參數(shù)有關(guān)，而且也受來流條件、流場品質(zhì)等氣動參數(shù)的影響。根據(jù)已有研究，減小二次流的方法有改變前緣形狀、端壁翼刀和非對稱端壁等，這些方法都是通過改變端區(qū)漩渦結(jié)構(gòu)來減小損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種降低燃氣輪機透平端壁二次流損失的方法，該方法基于凹槽結(jié)構(gòu)降低流阻、吸附近壁面流動的機理，通過降低透平通道端壁橫向壓力梯度，減小通道內(nèi)馬蹄渦和通道渦強度，降低二次流損失，提高透平整體性能。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種降低燃氣輪機透平端壁二次流損失的方法，該方法通過在透平通道端壁添加凹槽結(jié)構(gòu)，降低透平通道端壁橫向壓力梯度，凹槽結(jié)構(gòu)的橫截面為對稱圖形，其對稱軸與流線方向一致；凹槽結(jié)構(gòu)由若干條幾何相同的微尺度凹槽組成，各條微尺度凹槽的軸向位置及相鄰的間距相同。

本發(fā)明進一步的改進在于，凹槽結(jié)構(gòu)的橫截面為矩形、三角形或半圓形。

本發(fā)明進一步的改進在于，凹槽結(jié)構(gòu)在透平通道端壁的起點距透平葉片前緣距離為S，終止點距透平葉片尾緣距離為T，其中，S的取值范圍為10％C～50％C，T的取值范圍為10％C～40％C，C表示葉片軸向弦長。

本發(fā)明進一步的改進在于，凹槽結(jié)構(gòu)最左側(cè)與葉片吸力面的距離為L，L的取值范圍為2％D～5％D，D表示葉柵柵距。

本發(fā)明進一步的改進在于，凹槽結(jié)構(gòu)的各條微尺度凹槽的寬度為W，W的范圍為0.2％D～2％D，D表示葉柵柵距。

本發(fā)明進一步的改進在于，凹槽結(jié)構(gòu)的各條微尺度凹槽之間的間距為G，G的范圍為0.1％D～1％D。

本發(fā)明進一步的改進在于，本發(fā)明進一步的改進在于，凹槽結(jié)構(gòu)的各條微尺度凹槽的深度為H，H的范圍為0.2％D～2％D。

本發(fā)明進一步的改進在于，凹槽結(jié)構(gòu)的微尺度凹槽的數(shù)量為N，N的范圍為10～30。

本發(fā)明至少具有如下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的一種降低燃氣輪機透平端壁二次流損失的方法，在透平通道端壁采取如上所述的凹槽結(jié)構(gòu)處理后，透平通道端壁橫向壓力梯度有所降低，削弱了馬蹄渦和通道渦的發(fā)展，從而減小了二次流損失。因此，本發(fā)明有別于以往的其它方法，此方法采用的凹槽結(jié)構(gòu)形式簡單、效果明顯、實施方便，同時由于尺度較小，額外帶來的氣動損失較小。

附圖說明

圖1為透平通道內(nèi)近壁面渦系的示意圖。

圖2為本發(fā)明的透平通道端壁的凹槽結(jié)構(gòu)三維示意圖。