壓氣機動葉葉尖小翼的製作方法

2023-12-09 07:11:11 3

專利名稱：壓氣機動葉葉尖小翼的製作方法
技術領域：
本發明涉及葉輪機械領域，具體涉及應用於各種壓氣機動葉的葉尖小翼的設計。
技術背景在壓氣機中，動葉葉頂部位與機匣之間的葉尖間隙的幾何尺寸同整個流道相比是非常小 的，但它卻對葉片流道內近20%區域的流動產生影響，尤其是尺寸比較小的壓氣機中，葉頂 間隙具有以下幾種不利影響1)葉尖間隙的存在，會造成工作流體實際流量的減少，導致葉 尖附近工作流體做功減少、通道堵塞及葉柵損失增加；2)葉尖洩漏會在動葉吸力面形成葉 尖洩漏渦，葉尖洩漏渦與通道渦相互作用，使葉柵通道內流動更加複雜，流動損失增加，同 時改變了氣流出口角；3)由於轉子相對於機匣壁面運動，引起機匣壁面附面層摩擦運動，形 成擦流渦。由葉尖間隙帶來的三種影響，都不同程度地改變了壓氣機葉柵內的流場分布，增 加壓氣機內的氣流流動損失。由葉尖間隙造成的流量損失和葉尖洩漏渦及葉尖擦流渦等二次 流損失一般都在壓氣機總損失中佔有相當大的比重，它們的增加都會導致壓氣機總損失的增 加。如果在動葉頂部使用葉冠，則葉冠需和外機匣採用多重密封系統，而且葉冠在高速旋轉 下，離心力較大，會造成動葉所受應力的增加，從而在一定程度上降低壓氣機工作的可靠性。 發明內容本發明的目的是提供一種應用於各種壓氣機動葉的葉尖小翼的設計，這種設計能減少葉 尖洩漏，降低葉尖洩漏渦、擦流渦對流道內流場影響，同時改善葉柵流場，提高壓氣機的效 率，拓寬壓氣機的穩定工作範圍。為了達到上述目的，本發明的技術方案如下-壓氣機動葉葉尖小翼主要由前緣翼4、壓力面翼3、吸力面翼5和尾緣翼1或尾緣翼6組成， 葉尖小翼7主要用於壓氣機動葉8，其安裝位置為動葉頂端，連接方式可以採用和動葉一體加 工生成，也可以單獨加工葉尖小翼，然後通過焊接等方式與動葉連接；葉尖小翼7與壓氣機動 葉8之間連接過渡，可以採用倒角過渡、圓角過渡或採用自由曲面光滑過渡；壓力面翼3和吸 力面翼5均可單獨使用，也可與其它部分小翼組合使用，組合使用時，各小翼可以一體加工生 成，也可單獨加工，然後通過焊接等方式連接起來；吸力面翼5和壓力面翼3是在壓氣機動葉 葉型輪廓的基礎上，在葉型前緣點A與尾緣點B之間沿圓周方向擴展出的翼片；吸力面翼5和壓 力面翼3的前緣點C和前緣點D位於壓氣機動葉葉型前緣點A或前緣點A與葉型最大厚度之間，吸 力面翼5和壓力面翼3的尾緣點E和尾緣點F位於尾緣點B或葉型最大厚度與尾緣點B之間，吸力 面翼5或壓力面翼3的前緣點與尾緣點的最佳位置需根據實際需求經計算與試驗確定；吸力面翼5和壓力面翼3沿其前緣到尾緣寬度可以相同，也可以不同，形狀可以是規則形狀，也可以 是自由曲面構造的不規則形狀；前緣翼4和尾緣翼與吸力面翼5及壓力面翼3光滑連接，前緣翼 4和尾緣翼1或尾緣翼6是吸力面翼5和壓力面翼3在前緣和尾緣處的延伸， 一般為採用自由曲面 的光滑結構，尾緣翼也可以採用燕尾結構。葉尖小翼頂部具有和外機匣相同的曲率，以保證 葉尖小翼在工作時和外機匣之間保持很小的均勻距離，減少壓力面氣流向吸力面洩漏。在葉 尖小翼頂部與外機匣之間的間隙控制可以根據設計需要採用主動間隙控制或被動間隙控制， 還可以在外機匣的內壁塗上一層易磨塗層，在葉尖小翼的頂部添加耐磨材料來控制外機匣與 葉尖小翼頂部之間的洩漏損失。本發明的有益效果是在各種壓氣機動葉頂端採用葉尖小翼的設計，具有減小葉尖洩漏， 控制葉尖洩漏渦和擦流渦的作用，同時能改善流體由葉根向葉尖串流所形成的二次流場，提 高壓氣機的效率，拓寬壓氣機的穩定工作範圍，且本發明相比葉冠，具有結構簡單、重量擇、 可靠性高等優點。


圖l是本發明壓氣機動葉與具有前緣翼、光滑結構尾緣翼的葉尖小翼頂視圖。圖2是本發明壓氣機動葉與具有前緣翼、燕尾結構尾緣翼的葉尖小翼頂視圖。圖3是本發明壓氣機動葉與葉尖小翼的三維視圖。圖4是本發明壓氣機動葉與葉尖小翼沿流向的剖視圖。圖5是不帶葉尖小翼的葉尖流場結構示意圖。圖6是本發明帶葉尖小翼的葉尖流場結構示意圖。圖中1、光滑結構尾緣翼，2、葉型輪廓線，3、壓力面翼，4、前緣翼，5、吸力面翼， 6、燕尾結構尾緣翼，7、葉尖小翼，8、壓氣機動葉。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細地描述如圖1至圖4所示，本發明壓氣機動葉葉尖小翼主要由前緣翼4、壓力面翼3、吸力面 翼5和尾緣翼組成，吸力面翼5和壓力面翼3是在壓氣機動葉葉型輪廓的基礎上，在葉型前 緣點A與尾緣點B之間沿圓周方向擴展出的小翼片，吸力面翼5和壓力面翼3的前緣點C和 前緣點D位於壓氣機動葉葉型前緣點A或前緣點A與葉型最大厚度之間，吸力面翼5和壓力 面翼3的尾緣點E和尾緣點F位於壓氣機動葉葉型尾緣點B或尾緣點B與葉型最大厚度之間； 前緣翼4和尾緣翼都與吸力面翼5及壓力面翼3光滑連接，前緣翼4和尾緣翼都是吸力面翼 5和壓力面翼3在前緣處和尾緣處的延伸。如圖5所示，在沒有葉尖小翼的正常葉尖流場中，壓力面側高壓流體向吸力面側低壓區流動，在壓力面側外機匣壁面處易形成擦流渦，在吸力面側由於通過葉尖間隙洩漏形成的高 速射流流體將在吸力面側葉尖形成葉尖洩漏渦，有可能與端壁附面層相互作用，形成大面積 分離。如圖6所示，在使用了葉尖小翼的葉尖流場中，壓力面側由於通道渦作用，存在由動葉中部向葉尖流動的二次流，該流體在葉尖遇到葉尖小翼時，氣流被迫轉向，與壓力面側向吸 力面側流動的洩漏流體方向相反，兩者相互作用，削弱了葉尖洩漏，同時，由於存在葉尖小 翼，葉尖間隙中流道增長，摩阻增大，洩漏流體流速下降很多，洩漏流量因而減少很多，這 也在一定程度上控制了吸力面側的洩漏渦影響程度。
權利要求
1、壓氣機動葉葉尖小翼，其特徵在於，該葉尖小翼主要由前緣翼(4)、壓力面翼(3)、吸力面翼(5)和尾緣翼組成，吸力面翼(5)和壓力面翼(3)是在壓氣機動葉葉型輪廓的基礎上，在葉型前緣點A與尾緣點B之間沿圓周方向擴展出的小翼片，吸力面翼(5)和壓力面翼(3)的前緣點C和前緣點D位於壓氣機動葉葉型前緣點A或前緣點A與葉型最大厚度之間，吸力面翼(5)和壓力面翼(3)的尾緣點E和尾緣點F位於壓氣機動葉葉型尾緣點B或尾緣點B與葉型最大厚度之間；前緣翼(4)和尾緣翼都與吸力面翼(5)及壓力面翼(3)光滑連接，前緣翼(4)和尾緣翼都是吸力面翼(5)和壓力面翼(3)在前緣處和尾緣處的延伸。
2、 如權利要求1所述的壓氣機動葉葉尖小翼，其特徵在於，所述尾緣翼為採用自由曲面 的光滑結構尾緣翼(1)或燕尾結構尾緣翼(6)。
3、 如權利要求1所述的壓氣機動葉葉尖小翼，其特徵在於，所述吸力面翼(5)和壓力 面翼(3)沿其前緣到尾緣的寬度相同或不同，其形狀為規則形狀或自由曲面構造的不規則形 狀。
4、 如權利要求1所述的壓氣機動葉葉尖小翼，其特徵在於，所述葉尖小翼與壓氣機動葉 的連接方式採用倒角過渡、圓角過渡或採用自由曲面光滑過渡。
5、 權利要求1所述的壓氣機動葉葉尖小翼，其特徵在於，所述的吸力面翼(5)和壓力 面翼(3)單獨使用或與其它小翼組合使用。
全文摘要
壓氣機動葉葉尖小翼涉及葉輪機械領域，該葉尖小翼主要由前緣翼、壓力面翼、吸力面翼和尾緣翼組成，壓力面翼和吸力面翼是在壓氣機動葉葉型輪廓的基礎上，在葉型前緣點A與尾緣點B之間沿圓周方向擴展出的小翼片，壓力面翼和吸力面翼的前緣點D和C位於壓氣機動葉葉型前緣點A或前緣點A與葉型最大厚度之間，壓力面翼和吸力面翼的尾緣點F和E位於壓氣機動葉葉型尾緣點B或尾緣點B與葉型最大厚度之間；前緣翼和尾緣翼都與吸力面翼及壓力面翼光滑連接，前緣翼和尾緣翼都是吸力面翼和壓力面翼在前緣處和尾緣處的延伸。本發明有益效果是減少葉尖洩漏，降低葉尖洩漏渦、擦流渦對流道內流場的影響，同時改善葉柵流場，提高壓氣機的效率。
文檔編號F04D29/30GK101255873SQ20081001051
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月28日 優先權日2008年2月28日
發明者嚴紅明, 鍾兢軍, 韓吉昂, 韓少冰 申請人:大連海事大學