一種豐滿型可調噴嘴葉片的設計方法

2023-06-27 03:36:16

專利名稱：一種豐滿型可調噴嘴葉片的設計方法
一種豐滿型可調噴嘴葉片的設計方法技術領域
本發明屬於透平機械技術領域，具體涉及一種可調噴嘴葉片。
技術背景
由於排放法規的日益嚴酷，常規行渦輪增壓器已不能適應車用發動機的配機要求。因其不能滿足發動機從低速到高速的全程匹配，照顧了高速則低速供氣不足，導致發動機性能惡化；照顧了低速，則高速時增壓器勢必超速，由於增壓壓力太高，導致發動機爆發壓力超標，由於發動機泵氣功的增加，必將導致發動機性能惡化。雖然近十幾年帶旁通放氣閥的渦輪增壓器已廣泛使用，使發動機的低速性能有了明顯的改善，但由於在發動機高速時將部分廢氣放掉，排氣能力的損失使發動機的高速性能仍不理想。至此，「可變渦輪幾何流通截面」的渦輪增壓器則順理成章的登上了「渦輪增壓」的舞臺。可變渦輪幾何流通截面的形式有多種，根據優勝劣汰的法則，最終人們還是對「旋轉葉片」的形式情有獨鍾。其結構及工作原理如圖一所示。其可調噴嘴葉片沿圓周均布安裝在「安裝盤」上，根據發動機在不同轉速下對增壓壓力的要求，電動或氣動執行機構推動「撥盤」轉動，「撥盤」上開有與 「可調噴嘴葉片」等數量的槽與「可調噴嘴葉片」上的「撥銷」嚙合。「撥盤」轉動時帶動諸 「可調噴嘴葉片」繞Α上的各自旋轉中心「0」同步旋轉，從而改變了葉片間的法向距離dh， 噴嘴的流通面積A = dhb*zd(其中A為葉片數，b為葉片高度)，因此，dh的變化使「A，，成正比的發生改變。理想的噴嘴葉片的形式應是這樣的當可調噴嘴葉片繞「0」點旋轉時，面積A的變化速率應大(Θ轉動範圍小，則α的變化範圍亦小)，而可調噴嘴出口葉片安裝角 α度要小。因按照理論計算，α值的最佳範圍為16 22°。在此範圍內可獲得較高的渦輪效率。早期，可調噴嘴普遍採用的是「對稱楔形」或者其他形式「瘦長」型葉片，這類形式的葉片所暴露出來的問題是dh/d0的梯度偏小，而da/de的梯度偏大(參見圖3及圖 4)；這兩種因素導致發動機在低速時(dh小時)，α角嚴重偏離最佳值，致使渦輪進口前的氣體速度Cl也嚴重偏離理想方向(參見圖幻，使之排氣背壓明顯升高，而增壓壓力卻無法隨之提升，就很難獲得理想的發動機低速性能。發明內容
本發明就是要解決現有「對稱楔形」和「瘦長」型葉片dh/d θ的梯度偏小，而da / de的梯度偏大，導致發動機在低速時(dh小時)，α角嚴重偏離最佳值，致使渦輪進口前的氣體速度Cl也嚴重偏離理想方向，使之排氣背壓明顯升高，而增壓壓力卻無法隨之提升， 難以獲得理想的發動機低速性能的問題。
基於上述原因，就有必要更換一種葉片形式，以期獲得較大的dh/d θ和較小的 da/d θ，用以改善發動機的低速性能。這一形式的葉片我們稱之為豐滿型葉片，它是利用葉片的阻塞作用和特殊的葉片形狀來實現理想的dh/d θ和da/de的變化規律。目前，國內尚無此種葉片的設計方法，針對這一狀況，我們創造了自己獨特的設計方法。
本發明通過以下技術方案實現
一種豐滿型可調噴嘴葉片設計方法，利用葉片的阻塞作用和特殊的葉片形狀來實現dh/d θ和d α /d θ的變化規律，以獲得dh/d θ和d α /d θ，用以改善發動機的低速性能， 在求解過程中，首先選擇葉片弦長Lx，而後確定葉片的虛擬長度Lz，進而確定凹面截線Yw 向和Xw向的長度，根據選定的α 5角、凸、凹面安裝角β t、β w，求解凸面截線Xt向和竹向的長度，則得凹凸面截線方程；一種豐滿型可調噴嘴葉片葉型曲線方程創建步驟根據氣流角Cip、凸、凹面安裝角i3t、四個約束條件首先建立一個葉片葉型曲線方程作為的根基，而後再確定一個葉片弦長Lx以及凹面截線Yw向和Xw向的長度的位置比Ke、Kf，一般 Ke = O. 76 0. 78、Kf = 0. 12 0. 13，在保證ap、3t、β w不變的前提下，計算出凸、凹面截面截線在(Xt，Yt)和(XW，YW)坐標系內的離散點數值，選定葉片旋轉中心的位置(X。Z，Y。Z)， 一般LS = 0.40LX;再根據需要將(Xt，Yt)和(XW，YW)坐標值轉換到Dj圓周的特定位置上，創建了如下的葉片葉型曲線方程
1) Lx = D1


權利要求
1. 一種豐滿型可調噴嘴葉片設計方法，其特徵是利用葉片的阻塞作用和特殊的葉片形狀來實現dh/d θ和d α /d θ的變化規律，以獲得dh/d θ和d α /d θ，用以改善發動機的低速性能，在求解過程中，首先選擇葉片弦長Lx，而後確定葉片的虛擬長度Lz，進而確定凹面截線Yw向和Xw向的長度，根據選定的^^角、凸、凹面安裝角3t、βψ，求解凸面截線 Xt向和竹向的長度，則得凹凸面截線方程；一種豐滿型可調噴嘴葉片葉型曲線方程創建步驟根據氣流角αρ、凸、凹面安裝角β t、β w四個約束條件首先建立一個葉片葉型曲線方程作為的根基，而後再確定一個葉片弦長Lx以及凹面截線Yw向和Xw向的長度的位置比Ke、 Kf，一般Ke = 0. 76 0. 78,Kf = 0. 12 0. 13，在保證α ρ、β t、β w不變的前提下，計算出凸、凹面截面截線在(Xt，Yt)和(Xw，Yw)坐標系內的離散點數值，選定葉片旋轉中心的位置 般Ls = 0. 40LX ；再根據需要將(Xt，Yt)和(XW，YW)坐標值轉換到Dj圓周的特定 &了如下的葉片葉型曲線方稈(X0Z，Yoz)，位置上，創建了如下的葉片葉型曲線方程
全文摘要
本發明公開了一種豐滿型可調噴嘴葉片設計方法，它利用葉片的阻塞作用和特殊的葉片形狀來實現理想的dh/dθ和dα/dθ的變化規律，以獲得較大的dh/dθ和較小的dα/dθ，用以改善發動機的低速性能。豐滿型可調噴嘴葉片葉型曲線是根據氣流角αp、凸、凹面安裝角βt、βw四個約束條件，經過反覆計算實踐，創建的葉片葉型曲線方程。按此方法設計的葉片，諸多葉片同步繞各自的迴轉中心旋轉時，葉片間始終保持一個比較理想的通道，可使發動機的低速性能得到明顯的改善。
文檔編號F01D5/14GK102536330SQ20121000598
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月3日 優先權日2012年1月3日
發明者劉毅, 張晉東, 王永青, 董復興, 閆健菲, 韓國強 申請人:大同北方天力增壓技術有限公司