一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變幾何渦輪，尤其涉及一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)常會在非設(shè)計(jì)工況下工作，此時渦輪效率會大幅度降低。變幾何渦輪技術(shù)可有效地調(diào)節(jié)和優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)各部件之間的匹配，提高燃?xì)廨啓C(jī)的加減速特性和低工況性能。調(diào)節(jié)渦輪靜葉的安裝角度則是一種行之有效的變幾何方法。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的變幾何渦輪，在低工況時，關(guān)小可調(diào)靜葉減小工質(zhì)流量和輸出功率，而可調(diào)靜葉下游動葉卻趨向在較大正攻角下運(yùn)行，并且引起動葉吸力面前側(cè)分離流動;在啟動和加速工況，開大可調(diào)靜葉以增大燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)喘振裕度和燃?xì)獍l(fā)生器剩余功率，而下游動葉卻趨向在較大負(fù)攻角下運(yùn)行，造成動葉壓力面出現(xiàn)嚴(yán)重分離流動。據(jù)研究表明，可調(diào)靜葉關(guān)小引起的動葉吸力面三維分離渦流場將導(dǎo)致變幾何渦輪的效率更顯著的下降，并且下降的幅度高達(dá)5%。
[0004]為了減小變幾何渦輪動葉前緣大攻角流動帶來的不利影響，國內(nèi)外研究人員提出變幾何渦輪動葉要采用較大負(fù)攻角的氣動設(shè)計(jì)原則，進(jìn)而指導(dǎo)動葉片葉型設(shè)計(jì);然而，截至目前，還未見可有效減小變幾何渦輪動葉片前緣大攻角流動帶來不利影響的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供即可在非設(shè)計(jì)工況尤其是在低工況下減小動葉片前緣根部的氣流攻角，抑制產(chǎn)生于動葉片根部的三維分離渦的展向發(fā)展，還可縮小可調(diào)靜葉和動葉之間縫隙出流與主流之間的速度不匹配程度，從而明顯減小動葉通道內(nèi)氣動損失，而且還可在設(shè)計(jì)工況下抑制通道渦的發(fā)展，從而具有良好全工況特性的一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括機(jī)匣、靜葉輪轂和動葉輪轂，動葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，在機(jī)匣和靜葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有可調(diào)靜葉片、在機(jī)匣和動葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有動葉片，可調(diào)靜葉片的上端面和下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到靜葉輪轂內(nèi)，動葉片安裝在動葉輪轂上，動葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，在動葉片前緣根部向前擴(kuò)展出有邊條小翼結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0008]1.所述邊條小翼結(jié)構(gòu)沿根部葉型前緣點(diǎn)處中弧線切向方向的長度與葉片根部弦長的比值為0.2?0.4，且其長度不超過葉片前輪轂的軸向?qū)挾?，邊條小翼結(jié)構(gòu)在葉型前緣點(diǎn)處徑向高度與葉片高度的比值為0.03?0.1。
[0009]2.所述動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的頂部緣線為斜線、折線或光滑曲線形式。
[0010]3.所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明效仿飛機(jī)邊條翼原理，結(jié)合變幾何渦輪在非設(shè)計(jì)工況下動葉片通道內(nèi)三維分離渦流是從輪轂端壁產(chǎn)生并沿展向發(fā)展的實(shí)際情況，在變幾何渦輪動葉片前緣根部向前擴(kuò)展出邊條小翼結(jié)構(gòu);在非設(shè)計(jì)工況下，通過邊條小翼結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)出的細(xì)長渦系，在動葉片前緣根部將來流轉(zhuǎn)正，形成等效零或小攻角工況運(yùn)行;并且細(xì)長渦系的流向發(fā)展也抑制了動葉通道內(nèi)的分離渦尤其是低工況下吸力側(cè)的開式分離渦沿展向的發(fā)展;還可對可調(diào)靜葉和動葉之間縫隙出流產(chǎn)生導(dǎo)向作用，從而縮小縫隙出流與主流之間的速度不匹配程度;此外，在設(shè)計(jì)工況下，邊條小翼所誘導(dǎo)的細(xì)長渦系通過旋渦之間的相互作用也對通道渦的發(fā)展產(chǎn)生了抑制作用，從而減小了端區(qū)損失，整體上使得本發(fā)明具有良好的全工況工作特性。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)也比較簡單，易于工程實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0012]圖1是帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪的子午視圖；
[0013]圖2是帶有邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪動葉片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是邊條小翼結(jié)構(gòu)的子午視圖；
[0015]圖4是圖3中的B向視圖；
[0016]圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)分別是圖3中邊條小翼結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)形式的示意圖。
[0017]圖中:I為邊條小翼結(jié)構(gòu)沿葉型前緣點(diǎn)處中弧線切向方向的長度，h為邊條小翼結(jié)構(gòu)在葉型前緣點(diǎn)處徑向高度。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]結(jié)合圖1?2，本發(fā)明由輪轂(靜葉輪轂I和動葉輪轂8)、可調(diào)靜葉片3、動葉片5和機(jī)匣7組成，在輪轂(靜葉輪轂I和動葉輪轂8)和機(jī)匣7之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片3和動葉片5，可調(diào)靜葉片3在前，動葉片5在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸6、下旋轉(zhuǎn)軸2，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上以便于可調(diào)靜葉轉(zhuǎn)動，并且上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸，下旋轉(zhuǎn)軸僅起定位作用，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣7內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到靜葉輪轂I內(nèi)，動葉片5安裝在動葉輪轂8上，在動葉片前緣根部向前擴(kuò)展出邊條小翼結(jié)構(gòu)4。其中，圖1中A處為縫隙出流。
[0020]結(jié)合圖3?4，制造本發(fā)明的帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，首先采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)好變幾何渦輪可調(diào)靜葉片和動葉片，然后對于給定的變幾何渦輪動葉片具體結(jié)構(gòu)和氣動參數(shù)以及運(yùn)行工況范圍等情況，邊條小翼結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括邊條小翼結(jié)構(gòu)沿根部葉型前緣點(diǎn)處中弧線切向方向的長度與葉片根部弦長的比值，邊條小翼結(jié)構(gòu)在葉型前緣點(diǎn)處徑向高度與葉片高度的比值可借助于現(xiàn)有的計(jì)算流體力學(xué)軟件模擬或者試驗(yàn)獲得。
[0021]需注意的是，邊條小翼結(jié)構(gòu)沿根部葉型前緣點(diǎn)處中弧線切向方向的長度不超過葉片前輪轂的軸向?qū)挾?。考慮到邊條小翼應(yīng)直接作用于根部端區(qū)，其長度和高度應(yīng)與根部邊界層具有相當(dāng)?shù)某叨龋虼诉厳l小翼結(jié)構(gòu)沿根部葉型前緣點(diǎn)處中弧線切向方向的長度與葉片根部弦長的比值為0.2?0.4，且其長度不超過葉片前輪轂的軸向長度，另外，邊條小翼結(jié)構(gòu)在葉型前緣點(diǎn)處徑向高度與葉片高度的比值為0.03?0.1。
[0022]為了更有效地組織全工況下不同類型變幾何渦輪動葉片的端區(qū)渦旋流動，邊條小翼結(jié)構(gòu)的頂部緣線9也可存在圖5(a)、5(b)或5(c)的結(jié)構(gòu)形式。
[0023]—種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動葉片，可調(diào)靜葉片在前，動葉片在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上，且軸徑不同，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂內(nèi)，動葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，動葉片安裝在動葉輪轂上，動葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，其特征是:在動葉片前緣根部向前擴(kuò)展出邊條小翼結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明還可以包括:
[0025]1、所述動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)沿根部葉型前緣點(diǎn)處中弧線切向方向的長度與葉片根部弦長的比值為0.2?0.4，且其長度不超過葉片前輪轂的軸向?qū)挾?，邊條小翼結(jié)構(gòu)在葉型前緣點(diǎn)處徑向高度與葉片高度的比值為0.03?0.1。
[0026]2、所述動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的頂部緣線為斜線、折線或光滑曲線形式。
[0027]本發(fā)明的目的在于提供一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動葉片，可調(diào)靜葉片在前，動葉片在后，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，其軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上，且軸徑不同，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到輪轂內(nèi)，動葉片安裝在輪轂上，在動葉片前緣根部向前擴(kuò)展出邊條小翼結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪不僅可在非設(shè)計(jì)工況尤其是在低工況下減小葉片前緣根部的攻角，并且邊條小翼所誘導(dǎo)的細(xì)長渦系也抑制了產(chǎn)生于葉片根部的三維分離渦的展向發(fā)展，還可縮小可調(diào)靜葉和動葉之間縫隙出流與主流之間的速度不匹配程度，從而明顯減小動葉通道內(nèi)氣動損失，而且在設(shè)計(jì)工況下邊條小翼所誘導(dǎo)的細(xì)長渦系對端區(qū)通道渦的發(fā)展也產(chǎn)生了抑制作用，進(jìn)而減小二次流損失。整體上本發(fā)明設(shè)計(jì)的變幾何渦輪具有良好的全工況特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、靜葉輪轂和動葉輪轂，動葉輪轂設(shè)置在靜葉輪轂旁，在機(jī)匣和靜葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有可調(diào)靜葉片、在機(jī)匣和動葉輪轂之間且沿圓周方向均勻安裝有動葉片，可調(diào)靜葉片的上端面和下端面分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸，上旋轉(zhuǎn)軸嵌入到機(jī)匣內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸嵌入到靜葉輪轂內(nèi)，動葉片安裝在動葉輪轂上，動葉輪轂里裝配有輪轂旋轉(zhuǎn)軸，其特征是:在動葉片前緣根部向前擴(kuò)展出有邊條小翼結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述邊條小翼結(jié)構(gòu)沿根部葉型前緣點(diǎn)處中弧線切向方向的長度與葉片根部弦長的比值為0.2?0.4，且其長度不超過葉片前輪轂的軸向?qū)挾?，邊條小翼結(jié)構(gòu)在葉型前緣點(diǎn)處徑向高度與葉片高度的比值為0.03?0.1。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的頂部緣線為斜線、折線或光滑曲線形式。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸的軸線與可調(diào)靜葉片的旋轉(zhuǎn)軸線均位于同一直線上，上旋轉(zhuǎn)軸的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸的軸徑。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶有動葉片邊條小翼結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、輪轂，在機(jī)匣和輪轂之間沿圓周方向均勻安裝可調(diào)靜葉片和動葉片，可調(diào)靜葉片的上、下端面分別設(shè)置上、下旋轉(zhuǎn)軸，動葉片安裝在輪轂上，在動葉片前緣根部向前擴(kuò)展出邊條小翼結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不僅可在非設(shè)計(jì)工況尤其是在低工況下減小葉片前緣根部的攻角，且邊條小翼所誘導(dǎo)的細(xì)長渦系也抑制了產(chǎn)生于葉片根部的三維分離渦的展向發(fā)展，還可縮小可調(diào)靜葉和動葉之間縫隙出流與主流之間的速度不匹配程度，從而明顯減小動葉通道內(nèi)氣動損失，而且在設(shè)計(jì)工況下邊條小翼所誘導(dǎo)的細(xì)長渦系對端區(qū)通道渦的發(fā)展也產(chǎn)生了抑制作用，進(jìn)而減小二次流損失。
【IPC分類】F01D5/14
【公開號】CN105604611
【申請?zhí)枴緾N201610118635
【發(fā)明人】高杰, 鄭群, 劉鵬飛, 岳國強(qiáng), 董平
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月3日