[發明專利]排氣尾錐及采用其的徑流式渦輪

有效

• 申請號: 202110405461.7
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113153461B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 宋友富;陳競煒;曾飛;歐陽玉清;屈彬;張紹文
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: F01D25/30
• 分類號: F01D25/30;F01D1/06
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 顏漢華

本發明公開了一種排氣尾錐及采用其的徑流式渦輪，該排氣尾錐包括圓盤段和弧形段，所述圓盤段設置在向心葉輪上，所述弧形段在所述圓盤段上沿排氣方向延伸設置，所述圓盤段和弧形段為軸對稱結構且兩者的中心線與向心葉輪的中心線重合，氣流沿所述圓盤段流向所述弧形段的過程中流通面積逐漸增加。本發明的排氣尾錐，相比于現有的突變式斷面結構，可以有效地控制氣流流通面積的擴張程度，減少甚至消除了因氣流過渡膨脹產生的流動分離，大幅度改善了排氣擴壓器內流場，減小了排氣損失，從而提升了整機性能。

技術領域

本發明涉及徑流式渦輪技術領域，特別地，涉及一種排氣尾錐，另外，還涉及一種采用上述排氣尾錐的徑流式渦輪。

背景技術

渦輪是航空發動機的核心部件之一，其用于將燃氣的熱能和勢能轉化為機械能而驅動其它裝置設備(如壓氣機)，其設計的優劣決定了整機設計水平，直接影響發動機研制的成敗。為了達到設計目的，渦輪部件必須滿足許多具體的要求，包括氣動效率、氣動載荷、機械載荷等要求。按照氣流方向，渦輪可分為軸流式渦輪和徑流式渦輪，其中徑流式渦輪適用于航空航天和其它需要緊湊動力源的系統中。徑流渦輪的氣流由徑向進氣、軸向出氣，如圖1所示，徑流式渦輪由靜止的導向器、旋轉的向心葉輪及排氣擴壓器(即排氣管)組成，工作時，從燃燒室出來的高溫、高壓氣體沿軸向進入導向器，在導向器中膨脹加速后，徑向進入向心葉輪中，氣流在相對狹長的轉子通道中轉彎繼續膨脹并做功，最后氣流通過排氣擴壓器軸向排入大氣。排氣擴壓器的作用是為渦輪轉子出口燃氣提供氣流通道，并使得燃氣在擴壓器中繼續膨脹擴壓，從而降低燃氣出口氣流速度，減少渦輪出口余氣損失。由于擴壓器的通道面積沿氣流流動方向通常是逐漸增加的，氣流是一個減速擴壓的過程，逆壓梯度大，氣流邊界層較厚，當流通面積突變時，極易發生分離，在設計應盡可能降低燃氣流動損失，需要仔細設計出口擴張角度及進出口面積擴張比，從而盡可能降低擴壓器內的流動分離，減小流動損失。

而在現有徑流式渦輪中，排氣尾錐為突變式斷面結構，其結構見圖1。該結構使得氣流在流過排氣尾錐時，流通面積急劇增大，氣流過度膨脹，使得氣流在尾錐后存在一個較大的流動分離區域，如圖2所示，導致流場性能變差，排氣損失增加，影響整機性能。

發明內容

本發明提供了一種排氣尾錐及采用其的徑流式渦輪，以解決現有的徑流式渦輪的排氣尾錐采用突變式斷面結構所導致的存在較大流動分離、排氣損失大的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種排氣尾錐，應用于徑流式渦輪，包括圓盤段和弧形段，所述圓盤段設置在向心葉輪上，所述弧形段在所述圓盤段上沿排氣方向延伸設置，所述圓盤段和弧形段為軸對稱結構且兩者的中心線與向心葉輪的中心線重合，氣流沿所述圓盤段流向所述弧形段的過程中流通面積逐漸增加。

進一步地，所述弧形段的軸向長度d與所述圓盤段的徑向半徑尺寸r的比值在2～5之間。

進一步地，所述弧形段的軸向長度d與所述圓盤段的徑向半徑尺寸r的比值為4。

進一步地，所述弧形段的型線為凸弧形、凹弧形或者反S弧形。

進一步地，當所述弧形段的型線為凸弧形時，所述弧形段的型線設計采用三點樣條曲線，樣條曲線的第一點位于起始點，第三點位于末端點，第二點的軸向位置位于所述弧形段的軸向長度中點，且與第一點的徑向高度差在r/8～3r/8之間。

進一步地，當所述弧形段的型線采用凹弧形時，所述弧形段的型線設計采用三點樣條曲線，樣條曲線的第一點位于起始點，第三點位于末端點，第二點的軸向位置位于所述弧形段的軸向長度中點，且與第一點的徑向高度差在r/2～3r/4之間。