軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪及預旋增壓供氣系統的製作方法
2024-04-13 17:23:05 2
1.本發明涉及增壓葉輪技術領域，具體涉及一種軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪及預旋增壓供氣系統。
背景技術：
2.冷氣增壓葉輪是渦輪結構中重要的結構。現有技術中，公開了多種相關結構，如專利號為202011163888.2的文件公開的渦輪動葉冷卻空氣分段旋轉增壓葉輪，專利號為202010760082.5的文件公開的一種帶冷卻引氣增壓葉輪的渦輪轉子，專利號為202011164899.2的文件公開的一種渦輪動葉冷卻空氣增壓葉輪以及專利號為202010756476.3的文件公開的一種用於渦輪葉片冷卻的旋轉增壓結構等。
3.在上述專利文件所公開的結構中，均是針對低半徑位置進氣預旋噴嘴所進行的設計，當與高半徑位置進氣預旋噴嘴匹配時，有的無法實現冷空氣增加，如202010760082.5和202010756476.3號專利文件；有的與高半徑位置進氣預旋噴嘴匹配時，氣流需要先衝擊到增壓葉輪上，然後沿徑向向內流動，最後經過一個180度轉彎後再變成徑向向外流動，造成較大的流動損失，導致增壓效果不佳，如202011163888.2號專利文件和202011164899.2號專利文件。
4.以上問題產生的主要原因在於，以上文件多應用於航空發動機及燃氣輪機高壓渦輪轉子葉輪葉片的冷氣增壓，多採用低半徑位置進氣預旋噴嘴。而對於低壓渦輪轉子葉輪葉片的冷氣增壓，進氣預旋噴嘴多採用高半徑位置進氣預旋噴嘴，上述各種結構則無法適配採用高半徑位置設置進氣預旋噴嘴的低壓渦輪。
5.綜上所述，如何對設置了高半徑進氣預旋噴嘴的低壓渦輪轉子進行高效的冷氣增壓，是本領域亟待解決的重要問題之一。
技術實現要素：
6.本發明的目的是提供一種軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪及預旋增壓供氣系統，以解決現有技術中的不足，它能夠對高半徑進氣預旋噴嘴的低壓渦輪轉子高效地進行冷氣增壓。
7.本發明提出了一種軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪，其中，包括，
8.增壓葉輪本體，所述增壓葉輪本體為環狀，所述增壓葉輪本體內設有流道；所述增壓葉輪本體的一側設有進氣口，另一側設有出氣口；所述進氣口和所述出氣口均與所述流道連通；所述進氣口的進氣方向與所述增壓葉輪本體的軸線平行；
9.葉輪葉片，所述葉輪葉片設置於所述流道內，所述葉片用於在所述葉輪本體旋轉時，驅動空氣由所述進氣口進入，並沿徑向向外流動。
10.如上所述的軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪，其中，可選的是，所述進氣口為環形，所述葉輪葉片的數量為多個；
11.多個所述葉輪葉片沿所述進氣口的方向呈圓周陣列分布。
12.如上所述的軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪，其中，可選的是，所述葉輪葉片沿徑向向外的方向，均向順時針方向傾斜或均向逆時針方向傾斜。
13.如上所述的軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪，其中，可選的是，所述出氣口的旋轉半徑大於所述進氣口的旋轉半徑。
14.如上所述的軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪，其中，可選的是，所述增壓葉輪本體具有所述進氣口的一側設有篦齒環；
15.所述篦齒環的外周上設有篦齒；
16.所述篦齒環的半徑大所述進氣口的旋轉半徑。
17.如上所述的軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪，其中，可選的是，所述葉輪葉片由所述進氣口彎扭並延伸至所述流道內，以使經所述葉輪葉片壓縮的氣流方向由軸向變為徑向向外。
18.本發明還提出了一種冷氣預旋增壓供氣系統，其中，包括渦輪盤、預旋噴嘴、渦輪葉片和如上述任一項所述的渦輪葉片冷氣增壓葉輪；
19.所述渦輪葉片通過榫頭安裝在所述渦輪盤的外周處；
20.所述渦輪盤上設有供氣孔，其一端位於所述渦輪盤的端面，另一端位於所述渦輪盤的榫槽的根部；所述供氣孔用於向所述渦輪葉片內供氣；
21.所述增壓葉輪本體固定安裝在所述渦輪盤上，且所述增壓葉輪本體上的出氣口與所述供氣孔連通。
22.如上所述的冷氣預旋增壓供氣系統，其中，可選的是，所述供氣孔沿遠離所述增壓葉輪本體的方向向外傾斜。
23.如上所述的冷氣預旋增壓供氣系統，其中，可選的是，所述進氣口正對所述預旋噴嘴。
24.如上所述的冷氣預旋增壓供氣系統，其中，可選的是，所述榫頭設置在所述渦輪葉片上，且與所述渦輪盤的榫槽連接；
25.所述供氣孔與所述榫頭連通。
26.與現有技術相比，本發明通過設置一體式的進氣增壓葉輪本體，將進氣增壓葉輪本體的進氣口直接設置成軸向進氣，且進氣口正對預旋噴嘴，減少了氣體在徑向上流動距離，以及氣體流動過程中的轉向，能夠大大減小氣體的流動損失，提高增壓效果。
附圖說明
27.圖1為本發明實施例1提出的增壓葉輪的立體圖；
28.圖2為本發明實施例1提出的增壓葉輪在另一視角下的立體圖。
29.圖3為本發明實施例1提出的增壓葉輪的斷面示意圖；
30.圖4為本發明實施例2提出的增壓葉輪的安裝結構示意圖。
31.附圖標記說明：
32.1-增壓葉輪本體，2-渦輪盤，3-渦輪葉片，4-蜂窩結構；
33.11-進氣口，12-葉輪葉片，13-篦齒環，14-篦齒；
34.21-供氣孔，22-預旋噴嘴，23-榫頭。
具體實施方式
35.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
36.針對背景技術中所指出的問題，為了提高高半徑設置的進氣預旋噴嘴的低壓渦輪轉子進行高效的冷氣增壓，本發明提出了以下解決方案。
37.實施例1
38.請參照圖1到圖3，本實施例提出了一種軸向進氣的渦輪葉片冷氣增壓葉輪，其中：包括增壓葉輪本體1和葉輪葉片12。所述增壓葉輪本體1用於與渦輪葉片一同轉動，通過增壓葉輪本體1與葉輪葉片12的轉動來實現對於空氣的壓縮。
39.所述增壓葉輪本體1為環狀，所述增壓葉輪本體1內設有流道；所述增壓葉輪本體1的一側設有進氣口11，另一側設有出氣口；所述進氣口11和所述出氣口均與所述流道連通。實施時，所述進氣口11與所述增壓葉輪本體1的中心線平行，即，可以實現軸向進氣。由於預旋噴嘴是沿軸向出氣的，將進氣口11軸向設置且正對預旋噴嘴的出口，能夠減少在增壓葉輪本體1增壓時的氣流阻力。
40.所述葉輪葉片12設置在所述進氣口11處，所述葉輪葉片12用於在所述增壓葉輪本體1旋轉時，驅動空氣進入所述流道。具體實施時，所述進氣口11為環形。具體實施時，所述葉輪葉片12與所述增加葉輪本體1一體設置。
41.具體實施時，增壓葉輪本體1軸向進氣，氣體在由預旋噴嘴流入增壓葉輪本體1的流道內時，由於進氣口11正對預旋噴嘴，能夠減少氣體流動的能量損失，進而提高增壓效率。本實施例提出的增壓葉輪尤其適用於低壓渦輪轉子葉輪葉片的冷氣增壓，特別是設置了高半徑位置進氣預旋噴嘴的低壓渦輪。
42.具體地，所述進氣口11為環形，所述葉輪葉片12的數量為多個；多個所述葉輪葉片12沿所述進氣口11的方向呈圓周陣列分布。實施時，所述進氣口11的兩側可以設置翻邊，以實現進氣口11的軸向設置。
43.為了保證增壓效果，所述葉輪葉片12沿徑向向外的方向，均向順時針方向傾斜或均向逆時針方向傾斜。葉輪葉片12的傾斜方向與增壓葉輪本體1的設計旋轉方向有關，只要能夠保證增壓葉輪本體1在隨渦輪轉動時，能夠將氣體壓縮至流道即可。更具體地，所述葉輪葉片12由所述進氣口11彎扭並延伸至所述流道內，以使經所述葉輪葉片12壓縮的氣流方向由軸向變為徑向向外。即，葉輪葉片12採用了三維彎扭葉輪葉片造型，而非現有技術採用的等截面直葉輪葉片造型。通過這種葉輪葉片的造型方式，實現了軸向進氣增壓葉輪13軸向進氣，並使氣體沿徑進入到流道。同時，所述出氣口的旋轉半徑大於所述進氣口11的旋轉半徑。如此，能使氣流的方向變化儘可能地變小，有利於減少氣流阻力。
44.在一種實現方式中，所述增壓葉輪本體1具有所述進氣口11的一側設有篦齒環13，所述篦齒環13用於實現與其他部件上的蜂窩結構4配合。將增壓葉輪本體1、篦齒環13以及緊固結構進行了一體化設計，使得軸向進氣增壓葉輪單個零件能夠實現既對冷氣進行增壓，又與蜂窩結構4配合組成篦齒封嚴結構，還能方便地緊固在渦輪盤上，從而減少了零件數量，提高了結構剛性。更具體地，所述篦齒環13的外周上設有篦齒14；所述篦齒環13的半
徑大所述進氣口11的旋轉半徑。更具體地，所述篦齒14沿所述篦齒環13的外周呈環形設置；所述篦齒14的數量為至少兩個。
45.實施例2
46.本實施例是實施例1的一種具體應用，相同之處不再贅述，以下僅對不同之處予以說明。
47.請參照圖4，本實施例提出了一種冷氣預旋增壓供氣系統，其中，包括渦輪盤2、渦輪葉片3和如實施例1所公開的增壓葉輪。
48.具體地，所述渦輪葉片3安裝在所述渦輪盤2的外周上。所述渦輪盤2帶動所述渦輪葉片3轉動。更具體地，所述渦輪盤2上設有供氣孔21，其一端位於所述渦輪盤2的端面，另一端位於所述渦輪盤2的外圓周面；所述供氣孔21用於向所述渦輪葉片3內供氣。所述增壓葉輪本體1固定安裝在所述渦輪盤2上，且所述增壓葉輪本體1上的出氣口與所述供氣孔21連通。所述供氣孔21與所述榫頭23連通。具體實施時，所述進氣口11正對預旋噴嘴22。更進一步地，還包括榫頭23，所述榫頭23設置在所述渦輪葉片3上，且與所述渦輪盤2固定連接。
49.在具體使用時，氣體的流動方式為：冷氣的流通路徑是從預旋噴嘴22噴出後，沿軸向進入進氣口11，經過流道之後，從供氣孔21流到安裝榫頭23的榫槽根部，然後冷氣通過榫頭23內部的徑向孔再流到渦輪葉片2內部，從而最終實現對渦輪葉片2的冷卻。
50.在實施時，渦輪盤2沿徑向從內到外分別為盤轂、腹板以及盤緣。盤轂左側伸出帶蜂窩結構的伸臂，與外部的篦齒環配合形成一個篦齒封嚴結構。渦輪葉片3通過榫頭23安裝在渦輪盤2盤緣的榫槽內。
51.在具體實施時，所述供氣孔21沿遠離所述增壓葉輪本體1的方向向外傾斜。如此設置，能夠有利於減少氣流在經過所述供氣孔21時的阻力。
52.通過以上結構，能夠實現當預旋噴嘴22處於較高半徑位置時增壓葉輪的布置以及冷卻空氣高效率、低損失的增壓的效果。具體地，本發明通過設置一體式的進氣增壓葉輪本體，將進氣增壓葉輪本體的進氣口直接設置成軸向進氣，且進氣口正對預旋噴嘴，減少了氣體在徑向上流動距離，以及氣體流動過程中的轉向，能夠大大減小氣體的流動損失，提高增壓效果。
53.以上依據圖式所示的實施例詳細說明了本發明的構造、特徵及作用效果，以上所述僅為本發明的較佳實施例，但本發明不以圖面所示限定實施範圍，凡是依照本發明的構想所做的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護範圍內。