本發(fā)明屬于渦輪氣體動力學研究領域，具體涉及一種抑制渦輪葉尖泄漏流的葉頂結(jié)構(gòu)形式，此葉頂結(jié)構(gòu)主要是用于改善渦輪葉頂泄漏流，進一步減少葉頂泄漏流及泄漏流造成的損失，提高渦輪的效率及整體性能。

背景技術：

在渦輪氣體動力學研究領域，目前國內(nèi)外一致認為葉頂泄漏流會造成兩方面的負面效應，一是葉片力和輪緣功的損失，另一個是造成熵增。當葉片頂部間隙每增大1％葉片高度時，渦輪級效率會降低約為1％-3％，更重要的是葉頂間隙引起的損失約占總損失的三分之一。隨著渦輪葉片向高負荷、高性能發(fā)展，葉頂泄漏流造成的損失會對渦輪效率及其整體性能產(chǎn)生重大的影響，因此實際中對葉片頂部間隙損失及葉尖泄漏流的控制就顯得越來越重要。

為了解決上述問題，國內(nèi)外對此進行了相當多的探索研究，目前關于控制葉尖泄漏流及損失的方法通常有降低射流系數(shù)、增大葉片柵距與弦長比、增大葉片壓力面附近速度或者降低葉片吸力面附近速度。而其中，減小射流系數(shù)主要通過改變?nèi)~片頂部結(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)，具體的包括葉頂加肋條、凹槽、周向斜切角和葉頂加小翼。

鑒于此，本發(fā)明提出了一種抑制渦輪葉尖泄漏流的葉頂結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)對渦輪葉頂泄漏流的抑制及改善。在高溫環(huán)境下，不僅避免造成葉片頂部換熱不均勻而出現(xiàn)葉頂燒蝕現(xiàn)象，而且對不同葉型的葉片模型具有通用性，均能起到改善泄漏流的作用。從渦輪整體氣動性能來看，可以提高渦輪的流場品質(zhì)、渦輪效率及其整體性能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題是：提供一種抑制渦輪葉尖泄漏流的葉頂結(jié)構(gòu)形式，能夠有效控制并改善葉頂間隙泄漏流，減小泄漏流造成的損失，提高渦輪的效率及整體性能。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

發(fā)明了一種抑制渦輪葉尖泄漏流的葉頂結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示，將葉頂加工成從前緣至尾緣連通的槽道形式，槽道內(nèi)部區(qū)域和葉片通道區(qū)域相連通。

進一步，該葉頂槽道的設計類似于在葉片頂部壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)雀鞑贾靡粋€沿葉頂型線的肋條結(jié)構(gòu)(1)，可以使流體自前緣入口經(jīng)過槽道流出葉片頂部間隙，實際起到做功效果。并且槽道壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)壤邨l前端(2)和尾部(3)均進行圓弧過渡處理。

進一步，當葉片弦長為c時，槽道兩側(cè)肋條結(jié)構(gòu)(1)從距前緣3％c～5％c處延伸至距葉片尾緣2％c～3％c位置處。

進一步，葉頂肋條結(jié)構(gòu)(1)高度h為2％c～4％c，在前85％c范圍內(nèi)肋條寬度w為1.5％c～2.5％c，后15％c范圍內(nèi)，肋條寬度w為葉片當?shù)睾穸鹊?5％。

進一步，肋條前端(2)和尾部(3)圓弧過渡半徑r分別為2％c和1.5％c.

本發(fā)明經(jīng)過數(shù)值計算和實驗校準驗證，可以抑制并改善渦輪葉頂泄漏流狀態(tài)，減小泄漏流造成的損失，提高渦輪效率及其整體性能。

和傳統(tǒng)的葉頂結(jié)構(gòu)形式相比，本發(fā)明通過在葉片前緣和尾緣各開通一個槽道口，有助于流體的流進流出。這種設計結(jié)構(gòu)不僅可以有效抑制葉頂泄漏流，減小其造成的損失，而且通過槽道的該部分流體可以發(fā)揮作功效應，避免作功損失，可以有效提高渦輪的效率，在渦輪的整體性能提升方面更具有顯著地的效果及意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的葉頂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1-葉頂槽道，2-吸力面肋條，3-葉片吸力面型線,4-壓力面肋條，5-葉片壓力面型線，c-葉片弦長，r-過渡圓弧半徑,w-肋條寬度。

圖2是本發(fā)明葉頂結(jié)構(gòu)前緣和尾緣的體視示意圖。

圖中h-肋條高度。

圖3是本發(fā)明與傳統(tǒng)平葉頂結(jié)構(gòu)下葉頂泄漏流隨葉片吸力面型線的變化趨勢。

圖4是本發(fā)明與傳統(tǒng)平葉頂結(jié)構(gòu)下葉頂泄漏損失隨葉片吸力面型線的變化趨勢。

圖5是渦輪葉片通道的堵塞分布趨勢。

具體實施措施

一種抑制渦輪葉尖泄漏流的葉頂結(jié)構(gòu)形式，如圖1、2所示，將葉頂加工成從前緣至尾緣連通的槽道，并且在前緣和尾緣處均開設一個槽道口，該葉頂結(jié)構(gòu)類似于在葉片頂部加裝兩個肋條結(jié)構(gòu)(1)，有助于流體流進流出葉片頂部間隙。同時，槽道兩側(cè)肋條前端和尾部均采用圓弧過渡，避免造成更大的流動損失。

在本發(fā)明中，肋條結(jié)構(gòu)(1)高度為2％c～4％c；在前85％c范圍內(nèi)，肋條寬度w為1.5％c～2.5％c，后15％c范圍內(nèi)，肋條寬度w為葉片當?shù)睾穸鹊?5％；肋條前端(2)和尾部(3)圓弧過渡半徑分別為2％c和1.5％c。

本發(fā)明通過對其進行數(shù)值計算和實驗測量，得出在該葉頂結(jié)構(gòu)形式下，葉頂間隙內(nèi)流場的品質(zhì)，泄漏流造成的損失大小以及葉頂尖部區(qū)域造成的堵塞效應，確定采用該葉頂結(jié)構(gòu)對實際控制葉頂泄漏流的效果及意義。

綜上，本發(fā)明可以有效抑制并改善葉頂泄漏流的狀態(tài)，降低其造成的損失及堵塞效應，提高渦輪的效率及整體性能。

技術特征：

技術總結(jié)
本發(fā)明屬于渦輪氣體動力學研究領域，提出了一種抑制渦輪葉尖泄漏流的葉頂結(jié)構(gòu)形式，如圖所示，該葉頂結(jié)構(gòu)從前緣至尾緣設計成連通的槽道形式，槽道內(nèi)部區(qū)域和葉片通道區(qū)域相連通。該槽道結(jié)構(gòu)類似于在葉片頂部壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)雀鞑贾靡粋€沿葉頂型線的肋條結(jié)構(gòu)(1)，可以使流體自前緣入口經(jīng)過槽道流出葉片頂部間隙，肋條前端(2)和尾部(3)均進行圓弧過渡處理。槽道兩側(cè)肋條(1)從距前緣3％～5％弦長處延伸至距葉片尾緣2％～3％弦長位置處，肋條(1)高度為2％～4％弦長。本發(fā)明可以有效抑制葉頂泄漏流，降低泄漏流造成的損失及堵塞效應，提高渦輪的效率及整體性能。

技術研發(fā)人員：馬宏偉;田楊濤;王理想
受保護的技術使用者：北京航空航天大學
技術研發(fā)日：2017.06.26
技術公布日：2017.08.25