一種抑制渦輪葉尖洩漏流的葉頂結構形式的製作方法

2023-09-18 04:01:46 2

本發明屬於渦輪氣體動力學研究領域，具體涉及一種抑制渦輪葉尖洩漏流的葉頂結構形式，此葉頂結構主要是用於改善渦輪葉頂洩漏流，進一步減少葉頂洩漏流及洩漏流造成的損失，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，目前國內外一致認為葉頂洩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佔總損失的三分之一。隨著渦輪葉片向高負荷、高性能發展，葉頂洩漏流造成的損失會對渦輪效率及其整體性能產生重大的影響，因此實際中對葉片頂部間隙損失及葉尖洩漏流的控制就顯得越來越重要。

為了解決上述問題，國內外對此進行了相當多的探索研究，目前關於控制葉尖洩漏流及損失的方法通常有降低射流係數、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，減小射流係數主要通過改變葉片頂部結構形式來實現，具體的包括葉頂加肋條、凹槽、周向斜切角和葉頂加小翼。

鑑於此，本發明提出了一種抑制渦輪葉尖洩漏流的葉頂結構形式，實現對渦輪葉頂洩漏流的抑制及改善。在高溫環境下，不僅避免造成葉片頂部換熱不均勻而出現葉頂燒蝕現象，而且對不同葉型的葉片模型具有通用性，均能起到改善洩漏流的作用。從渦輪整體氣動性能來看，可以提高渦輪的流場品質、渦輪效率及其整體性能。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是：提供一種抑制渦輪葉尖洩漏流的葉頂結構形式，能夠有效控制並改善葉頂間隙洩漏流，減小洩漏流造成的損失，提高渦輪的效率及整體性能。

為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：

發明了一種抑制渦輪葉尖洩漏流的葉頂結構形式，如圖1所示，將葉頂加工成從前緣至尾緣連通的槽道形式，槽道內部區域和葉片通道區域相連通。

進一步，該葉頂槽道的設計類似於在葉片頂部壓力面側和吸力面側各布置一個沿葉頂型線的肋條結構(1)，可以使流體自前緣入口經過槽道流出葉片頂部間隙，實際起到做功效果。並且槽道壓力面側和吸力面側肋條前端(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，槽道兩側肋條結構(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，葉頂肋條結構(1)高度h為2％c～4％c，在前85％c範圍內肋條寬度w為1.5％c～2.5％c，後15％c範圍內，肋條寬度w為葉片當地厚度的15％。

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.

本發明經過數值計算和實驗校準驗證，可以抑制並改善渦輪葉頂洩漏流狀態，減小洩漏流造成的損失，提高渦輪效率及其整體性能。

和傳統的葉頂結構形式相比，本發明通過在葉片前緣和尾緣各開通一個槽道口，有助於流體的流進流出。這種設計結構不僅可以有效抑制葉頂洩漏流，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是本發明的葉頂結構示意圖。

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是本發明葉頂結構前緣和尾緣的體視示意圖。

圖中h-肋條高度。

圖3是本發明與傳統平葉頂結構下葉頂洩漏流隨葉片吸力面型線的變化趨勢。

圖4是本發明與傳統平葉頂結構下葉頂洩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

一種抑制渦輪葉尖洩漏流的葉頂結構形式，如圖1、2所示，將葉頂加工成從前緣至尾緣連通的槽道，並且在前緣和尾緣處均開設一個槽道口，該葉頂結構類似於在葉片頂部加裝兩個肋條結構(1)，有助於流體流進流出葉片頂部間隙。同時，槽道兩側肋條前端和尾部均採用圓弧過渡，避免造成更大的流動損失。

在本發明中，肋條結構(1)高度為2％c～4％c；在前85％c範圍內，肋條寬度w為1.5％c～2.5％c，後15％c範圍內，肋條寬度w為葉片當地厚度的15％；肋條前端(2)和尾部(3)圓弧過渡半徑分別為2％c和1.5％c。

本發明通過對其進行數值計算和實驗測量，得出在該葉頂結構形式下，葉頂間隙內流場的品質，洩漏流造成的損失大小以及葉頂尖部區域造成的堵塞效應，確定採用該葉頂結構對實際控制葉頂洩漏流的效果及意義。

綜上，本發明可以有效抑制並改善葉頂洩漏流的狀態，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。