一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種燃氣輪機，具體地說是燃氣輪機的壓氣機。
【背景技術】
[0002]壓氣機葉片前緣形狀改進是現(xiàn)代壓氣機設計和提高性能的重要手段，大量的理論和實驗研宄表明，葉片前緣型線的改變對壓氣機性能影響顯著，特別是前緣曲率變化，對正攻角下葉片背弧的邊界層轉捩和發(fā)展起到重要作用。有實驗表明，在葉片前段10%涂上薄層所帶來的損失與在整個葉片表面涂上薄層所帶來的損失相當。由于傳統(tǒng)的圓形壓氣機前緣結構與葉片型線過度處的曲率突變，極易觸發(fā)葉片前緣局部的附面層分離現(xiàn)象，造成額外的局部損失可以達到葉型損失的30%左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于提供削弱壓氣機葉片前緣的局部分離趨勢，降低葉片表面流動損失，增加葉片的攻角范圍的一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機。
[0004]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]本實用新型一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機，包括機匣、安裝在機匣里的輪轂、以及安裝在輪轂上的葉片，所有葉片組成葉柵，其特征是:葉片的前緣位置設置沿葉片高度方向間隔排列的橢球體凸結構，所述的橢球體凸結構的長軸長度為葉片前緣直徑的4-7倍，短軸長度為前緣直徑的0.5-3倍，橢球體凸結構伸出至葉片前緣外的長度為葉片前緣直徑的2-3.5倍。
[0006]本實用新型還可以包括:
[0007]1、橢球體凸結構之間間距相等，為橢球體凸結構短軸長度的1.0?4.0倍。
[0008]2、所述的葉柵為漸擴形葉柵。
[0009]3、橢球體凸結構在葉片上沿葉高的分布為部分分布。
[0010]本實用新型的優(yōu)勢在于:
[0011]現(xiàn)有的壓氣機葉片前緣設計技術都是基于二維葉型概念所提出的，已經(jīng)在一定程度上改善了壓氣機葉型的性能，但是受到二維葉型技術概念的限制進一步改善葉柵性能將越來越難，氣動收益將越來越小。本實用新型利用特定的三維前緣結構構造局部的三維流管形狀來抑制過度膨脹流動，突破了二維葉型設計的概念，顯著的改善了前緣流動，降低了葉柵氣動損失，增加了攻角范圍。
[0012]與現(xiàn)有的壓氣機葉片前緣技術相比，該結構對壓氣機端區(qū)流動損失的抑制效果也十分明顯。
[0013]該結構不需要增加額外的附屬機構，結構相對簡單，易于實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型壓氣機整體結構示意圖；
[0015]圖2為本實用新型的葉片示意圖；
[0016]圖3為本實用新型葉片的放大圖；
[0017]圖4為A-A視圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0019]結合圖1?4，本實用新型包括機匣1、安裝在機匣I里的輪轂、以及安裝在輪轂上的葉片7，葉片7總體組成葉柵，葉片上下兩端分別為吸力面2和壓力面3，葉片7左右兩端分別為尾緣6和前緣5，葉片前緣5上設置旋成體前緣凸結構4，所述的帶有橢球體凸結構的葉柵是具有漸擴形的葉柵，應用于壓氣機葉片設計技術；所述的橢球體凸結構位于壓氣機葉片的前緣位置，其長軸為葉片前緣直徑的4-7倍，短軸為前緣直徑的0.5-3倍，橢圓凸結構在前緣外伸出長度為葉片前緣直徑的2-3.5倍，沿葉片高度方向全葉高或部分葉高范圍內(nèi)呈間隔排列，排列間距一般為橢球體短軸的1.0?4.0倍。所述帶有橢球體凸結構的壓氣機葉片前緣能夠利用橢球體表面壓力分布特點，改善壓氣機葉片前緣局部流動，從而減少葉片表面邊界層總壓損失，拓寬攻角范圍。
[0020]所述的葉柵是具有漸擴形的葉柵，應用于壓氣機葉片設計技術。
[0021]在壓氣機葉片前緣間隔添加橢球體凸結構。
[0022]所述的帶有橢球體凸結構在壓氣機葉片前緣沿葉高的分布為等間距或者不等間距?？倝簱p失系數(shù)減少量受來流馬赫數(shù)及氣流攻角影響。
[0023]所述的帶有橢球體凸結構在壓氣機葉片前緣沿葉高的分布為部分分布或者全部分布O
[0024]本實用新型是利用在壓氣機葉片前緣沿展向布置具有一定距離的橢球體凸結構，使得來流在各個橢球體表面繞流形成局部低壓區(qū)，從而造成壓氣機葉片前緣處氣流的局部展向偏轉，此種流動現(xiàn)象削弱了壓氣機葉片前緣的局部分離趨勢，降低了葉片表面流動損失，增加了葉片的攻角范圍，壓氣機葉片性能得到顯著提高。
[0025]利用壓氣機葉片前緣沿葉展方向加橢球體凸結構實現(xiàn)減小壓氣機葉柵損失，增加攻角范圍，其特點在于步驟如下:
[0026](I)根據(jù)壓氣機來流條件和葉片負荷(來流馬赫數(shù)、攻角和擴壓因子)，設計橢球體凸結構的尺寸；
[0027](2)根據(jù)葉片前緣尺寸和來流條件，確定相鄰橢球體凸結構的間距；
[0028](3)根據(jù)壓氣機葉柵內(nèi)流動情況和實際需求，確定壓氣機葉片前緣采用該凸結構的展向范圍；
[0029]所述的步驟(I)的壓氣機來流條件是指，來流馬赫數(shù)在0.2?0.8之間，攻角-1Oo?+10之間；
[0030]所述的步驟(I)的葉片負荷是指，擴壓因子在0.3?0.6之間；
[0031]所述的步驟(2)的橢球體凸結構的間距為短軸的I?4倍；
[0032]所述的步驟(3)中壓氣機葉片前緣的展向范圍可以包括整個葉片前緣高度范圍、動葉上半部分高度、靜葉下半部分高度或者葉片前緣中間的部分高度范圍；
[0033]本實用新型的原理:
[0034]在壓氣機葉片前緣處，由于局部大曲率區(qū)域的存在造成了前緣過度膨脹流動，這種典型的局部膨脹流動會使得壓氣機前緣流動惡化，常常出現(xiàn)局部邊界層提前轉捩或分離現(xiàn)象，使壓氣機的整體流動性能惡化。改進壓氣機葉片的前緣結構對降低壓氣機葉柵內(nèi)的流動損失和推遲失速行為發(fā)生都有重要作用。本實用新型在壓氣機葉片前緣間隔布置橢球體凸結構，來流在接觸壓氣機前緣之前首先接觸該結構，并在橢球體表面做加速繞流運動，形成相對低壓區(qū)域，這樣在氣流接觸壓氣機葉片前緣時就會在葉片前緣展向方向形成高壓(無橢球體的前緣處)_低壓(有橢球體的前緣處)_高壓(無橢球體的前緣處)…交替出現(xiàn)的前緣局部壓力分布，這種壓力分布的出現(xiàn)促使前緣繞流從兩側高壓區(qū)向中間低壓區(qū)匯聚，經(jīng)過前緣后又散開，形成了一種具有收縮-擴張?zhí)卣鞯木植苛鞴苄问?。這種新型的前緣流管形式有效地改善了壓氣機前緣局部流動的過度膨脹，有效地減小了葉型損失，拓寬了攻角范圍。
【主權項】
1.一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機，包括機匣、安裝在機匣里的輪轂、以及安裝在輪轂上的葉片，所有葉片組成葉柵，其特征是:葉片的前緣位置設置沿葉片高度方向間隔排列的橢球體凸結構，所述的橢球體凸結構的長軸長度為葉片前緣直徑的4-7倍，短軸長度為前緣直徑的0.5-3倍，橢球體凸結構伸出至葉片前緣外的長度為葉片前緣直徑的2-3.5 倍。2.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機，其特征是:橢球體凸結構之間間距相等，為橢球體凸結構短軸長度的1.0?4.0倍。3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機，其特征是:所述的葉柵為漸擴形葉柵。4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機，其特征是:橢球體凸結構在葉片上沿葉高的分布為部分分布。5.根據(jù)權利要求3所述的一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機，其特征是:橢球體凸結構在葉片上沿葉高的分布為部分分布。
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供一種帶有橢球體凸結構前緣葉片的壓氣機，包括機匣、安裝在機匣里的輪轂、以及安裝在輪轂上的葉片，所有葉片組成葉柵，葉片的前緣位置設置沿葉片高度方向間隔排列的橢球體凸結構，所述的橢球體凸結構的長軸長度為葉片前緣直徑的4-7倍，短軸長度為前緣直徑的0.5-3倍，橢球體凸結構伸出至葉片前緣外的長度為葉片前緣直徑的2-3.5倍。本實用新型利用特定的三維前緣結構構造局部的三維流管形狀來抑制過度膨脹流動，突破了二維葉型設計的概念，顯著的改善了前緣流動，降低了葉柵氣動損失，增加了攻角范圍。與現(xiàn)有的壓氣機葉片前緣技術相比，該結構對壓氣機端區(qū)流動損失的抑制效果也十分明顯。
【IPC分類】F04D29/38, F04D19/00, F04D29/32
【公開號】CN204677501
【申請?zhí)枴緾N201520320510
【發(fā)明人】鄭群, 邱毅, 姜斌, 王凱, 董平, 王國強
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月18日