一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動(dòng)葉片，可調(diào)靜葉片在前，動(dòng)葉片在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上，且軸徑不同，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂內(nèi)，動(dòng)葉片安裝在輪轂上，在動(dòng)葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可在非設(shè)計(jì)工況尤其是低工況下減小甚至消除葉片前部的分離渦流，從而明顯減小動(dòng)葉片通道內(nèi)氣動(dòng)損失，而且設(shè)計(jì)工況下的性能也有略微提高，整體上本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的變幾何渦輪具有良好的全工況特性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣[H]陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種變幾何渦輪，尤其涉及一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)常會(huì)在非設(shè)計(jì)工況下工作，此時(shí)渦輪效率會(huì)大幅度降低。變幾何渦輪技術(shù)可有效地調(diào)節(jié)和優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)各部件之間的匹配，提高燃?xì)廨啓C(jī)的加減速特性和低工況性能。調(diào)節(jié)渦輪靜葉的安裝角度則是一種行之有效的變幾何方法。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的變幾何渦輪，在低工況時(shí)，關(guān)小可調(diào)靜葉減小工質(zhì)流量和輸出功率，而可調(diào)靜葉下游動(dòng)葉卻趨向在較大正攻角下運(yùn)行，并且引起動(dòng)葉吸力面前側(cè)分離流動(dòng);在啟動(dòng)和加速工況，開(kāi)大可調(diào)靜葉以增大燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)喘振裕度和燃?xì)獍l(fā)生器剩余功率，而下游動(dòng)葉卻趨向在較大負(fù)攻角下運(yùn)行，造成動(dòng)葉壓力面出現(xiàn)嚴(yán)重分離流動(dòng)。據(jù)研究表明，可調(diào)靜葉關(guān)小引起的動(dòng)葉吸力面三維分離渦流場(chǎng)將導(dǎo)致變幾何渦輪的效率更顯著的下降，并且下降的幅度高達(dá)5%。
[0004]為了減小變幾何渦輪動(dòng)葉前緣大攻角流動(dòng)帶來(lái)的不利影響，國(guó)內(nèi)外研究人員提出變幾何渦輪動(dòng)葉要采用較大負(fù)攻角的氣動(dòng)設(shè)計(jì)原則，進(jìn)而指導(dǎo)動(dòng)葉片葉型設(shè)計(jì);然而，截至目前，還未見(jiàn)可有效減小變幾何渦輪動(dòng)葉片前緣大攻角流動(dòng)帶來(lái)不利影響的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供可在非設(shè)計(jì)工況尤其是低工況下減小甚至消除葉片前部的分離渦流，從而明顯減小動(dòng)葉片通道內(nèi)氣動(dòng)損失，而且設(shè)計(jì)工況下性能也有略微提高的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪。
[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括機(jī)匣、靜葉輪轂和動(dòng)葉輪轂，動(dòng)葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，在機(jī)匣和靜葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有可調(diào)靜葉片、在機(jī)匣和動(dòng)葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有動(dòng)葉片，可調(diào)靜葉片的上端面和下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到靜葉輪轂內(nèi)，動(dòng)葉片安裝在動(dòng)葉輪轂上，動(dòng)葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，在動(dòng)葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0008]1.所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片弦長(zhǎng)的10%?30%，且波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片前緣直徑的I?4倍。
[0009]2.所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)沿葉片高度方向呈等間距排列或者沿輪轂到機(jī)匣方向呈漸疏狀排列。
[0010]3.所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過(guò)渡。
[0011]4.所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型受海洋生物學(xué)家們?cè)谧^鯨鰭狀肢形態(tài)學(xué)方面研究工作的啟發(fā)，在變幾何渦輪動(dòng)葉片前緣位置設(shè)置呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。由于波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)會(huì)誘導(dǎo)來(lái)流形成對(duì)轉(zhuǎn)的流向渦，當(dāng)可調(diào)靜葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)的流向渦會(huì)與動(dòng)葉片前部出現(xiàn)的大攻角分離流動(dòng)相互作用，抵消了分離流動(dòng)內(nèi)的部分渦系結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)動(dòng)量輸運(yùn)提高葉片前部流體的動(dòng)量，從而提高動(dòng)葉片的抗分離能力。
[0013]在設(shè)計(jì)工況下，波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)出的流向渦也會(huì)與端區(qū)通道渦發(fā)生相互干涉，從而減弱端區(qū)通道渦的強(qiáng)度，并降低端區(qū)損失，盡管動(dòng)葉片主流區(qū)的損失有所增加，但總體上動(dòng)葉片通道內(nèi)的損失有略微降低?？傮w上，本實(shí)用新型具有良好的全工況工作特性。
[0014]此外，本實(shí)用新型不需要增加額外的附屬結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪的子午視圖；
[0016]圖2是帶有波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪動(dòng)葉片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的局部視圖；
[0018]圖4是圖1中的A-A剖面圖。
[0019]圖中:L為波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)，W為波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]結(jié)合圖1?2，本實(shí)用新型由輪轂1(包括靜葉輪轂和動(dòng)葉輪轂)、可調(diào)靜葉片3、動(dòng)葉片4和機(jī)匣6組成，在輪轂I和機(jī)匣6之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片3和動(dòng)葉片4，可調(diào)靜葉片3在前，動(dòng)葉片4在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸5、下旋轉(zhuǎn)軸2，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上以便于可調(diào)靜葉轉(zhuǎn)動(dòng)，并且上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸，下旋轉(zhuǎn)軸僅起定位作用，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣6內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂I內(nèi)，動(dòng)葉片4安裝在輪轂I上，動(dòng)葉片左右兩端分別為前緣7和尾緣8，在動(dòng)葉片前緣7設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)9。
[0022]結(jié)合圖3?4，制造本實(shí)用新型的帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，首先采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)好變幾何渦輪可調(diào)靜葉片和動(dòng)葉片，然后對(duì)于給定的變幾何渦輪動(dòng)葉片具體結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)參數(shù)以及運(yùn)行工況范圍等情況，設(shè)計(jì)波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)。
[0023]具體的設(shè)計(jì)步驟如下:
[0024](I)根據(jù)變幾何渦輪動(dòng)葉片來(lái)流攻角范圍和葉片結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)參數(shù)情況，確定呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)和波幅；
[0025](2)根據(jù)變幾何渦輪動(dòng)葉片通道內(nèi)流動(dòng)情況和實(shí)際需求，確定動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的展向排布方式。
[0026]需注意的是，所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)如果較大則對(duì)分離流動(dòng)的控制效果較弱，如果波長(zhǎng)較小，凹陷結(jié)構(gòu)增多，其自身帶來(lái)的損失也會(huì)較大，這部分抵消了凹陷結(jié)構(gòu)帶來(lái)的有益效果。對(duì)于波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅，如果太大，對(duì)葉片自身的性能損傷較大，反之，如果太小的話(huà)，所誘導(dǎo)出的對(duì)轉(zhuǎn)流向渦的強(qiáng)度太小，控制效果同樣較弱。因此，所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片弦長(zhǎng)的10%?30%，且波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片前緣直徑的I?4倍。
[0027]另外，考慮到變幾何渦輪在設(shè)計(jì)工況下動(dòng)葉片通道內(nèi)分離渦流呈三維流動(dòng)特性，且從輪轂端壁產(chǎn)生并沿展向發(fā)展，因此所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)沿葉片高度方向呈等間距排列，或者沿輪轂到機(jī)匣方向呈漸疏狀排列。
[0028]考慮到加工以及動(dòng)葉片通道內(nèi)流動(dòng)對(duì)光滑壁面的要求，所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過(guò)渡。
[0029]—種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動(dòng)葉片，可調(diào)靜葉片在前，動(dòng)葉片在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上，且軸徑不同，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂內(nèi)，動(dòng)葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，動(dòng)葉片安裝在動(dòng)葉輪轂上，動(dòng)葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，其特征是:在動(dòng)葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。
[0030]本實(shí)用新型還可以包括:
[0031]1、所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片弦長(zhǎng)的10%?30%，且波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片前緣直徑的I?4倍。
[0032]2、所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)沿葉片高度方向呈等間距排列，或者沿輪轂到機(jī)匣方向呈漸疏狀排列。
[0033]3、所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過(guò)渡。
[0034]本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動(dòng)葉片，可調(diào)靜葉片在前，動(dòng)葉片在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上，且軸徑不同，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂內(nèi)，動(dòng)葉片安裝在輪轂上，在動(dòng)葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪可在非設(shè)計(jì)工況尤其是低工況下減小甚至消除葉片前部的分離渦流，從而明顯減小動(dòng)葉片通道內(nèi)氣動(dòng)損失，而且設(shè)計(jì)工況下的性能也有略微提高，整體上本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的變幾何渦輪具有良好的全工況特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、靜葉輪轂和動(dòng)葉輪轂，動(dòng)葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，在機(jī)匣和靜葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有可調(diào)靜葉片、在機(jī)匣和動(dòng)葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有動(dòng)葉片，可調(diào)靜葉片的上端面和下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到靜葉輪轂內(nèi)，動(dòng)葉片安裝在動(dòng)葉輪轂上，動(dòng)葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，其特征是:在動(dòng)葉片前緣位置設(shè)置沿葉片高度方向間隔排列的呈波浪狀的凹陷結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)為葉片弦長(zhǎng)的10%?30%，且波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的波幅為葉片前緣直徑的I?4倍。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)沿葉片高度方向呈等間距排列或者沿輪轂到機(jī)匣方向呈漸疏狀排列。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過(guò)渡。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)與葉片表面的交界處采用圓角過(guò)渡。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有動(dòng)葉片波浪狀前緣凹陷結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。
【文檔編號(hào)】F01D5/14GK205422838SQ201620159902
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月3日
【發(fā)明人】高杰, 鄭群, 魏明, 董平, 岳國(guó)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)