專利名稱：動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)葉葉柵的結(jié)構(gòu)，尤其是一種動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)通過燃?xì)鈱?duì)渦輪動(dòng)葉的沖擊使動(dòng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)而輸出功。受渦輪部件工作時(shí)溫度變化和離心力產(chǎn)生的形變、氣動(dòng)載荷、加工和裝配等因素的影響，葉頂和機(jī)匣之間必須預(yù)留一定的間隙，如圖2和圖3所示。燃?xì)鈺?huì)通過葉頂間隙從壓力面一側(cè)向吸力面一側(cè)形成燃?xì)庑孤┝鲃?dòng)，泄漏的工質(zhì)一方面沒有推動(dòng)渦輪作用，給渦輪造成了一定的功率虧損，另一方面泄漏工質(zhì)和葉柵通道內(nèi)的主氣流摻混而造成燃?xì)鈿鈩?dòng)損失，降低渦輪通流效率。就目前渦輪入口溫度而言，必須對(duì)渦輪部件進(jìn)行有效的冷卻才能夠使渦輪正常工作。通常在葉頂開一排小孔(氣膜孔)，從氣膜孔向葉頂間隙內(nèi)噴冷氣形成冷氣膜而保護(hù)葉頂不被燃?xì)鉄龎?。由于葉頂間隙內(nèi)流場(chǎng)非常復(fù)雜，氣膜冷卻效率較低而且分布不均勻。如何降低葉頂間隙泄漏流造成的氣動(dòng)損失并降低泄漏燃?xì)庀蛉~頂?shù)膫鳠崃渴侨~片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須認(rèn)真考慮的技術(shù)問題。在葉頂邊緣加肋條形成的葉頂凹槽結(jié)構(gòu)可以在一定程度上減少葉頂間隙的泄漏量，但是在改善葉頂冷卻效果方面非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種使燃?xì)獠灰琢魅肴~頂間隙內(nèi)，減少燃?xì)庑孤┝浚岣呷細(xì)庾龉δ芰Φ膭?dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，葉片上設(shè)有隔板和氣膜孔，氣膜孔位于壓力面?zhèn)?，隔板位于吸力面?zhèn)?。?duì)于不同的葉片來說，葉片越厚，隔板排數(shù)越多。對(duì)于同一個(gè)葉片不同位置來說，越靠近中弦區(qū)，隔板排數(shù)越多。隔板長(zhǎng)度LI與葉片弦長(zhǎng)L的比值在O. 05-0. 5之間，隔板寬度W2與隔板長(zhǎng)度LI的比值在O. 05-0. 3之間，隔板高度Hl與隔板長(zhǎng)度LI比值在O. 05-0. 3之間。隔板與葉頂平面的夾角α在45°到90°之間，當(dāng)角度小于90°時(shí)，隔板向著壓力面一側(cè)傾斜。最靠近葉片前緣的隔板到葉片前緣的距離L2與葉片弦長(zhǎng)L的比值在O. 05-0. I之間。隔板由前緣向尾緣沿著母線方向一次排開，可以是2-5排，每排隔板數(shù)量由壓力面?zhèn)认蛭γ鎮(zhèn)戎饾u減少或者不變。相鄰兩排的隔板進(jìn)行交叉布置，相鄰兩排之間的距離W3與葉片弦長(zhǎng)L的比值在O. 01-0. I之間，每排隔板中相鄰隔板的距尚L3與隔板長(zhǎng)度LI的比值在
O.5-2. O 之間。氣膜孔的直徑D與隔板長(zhǎng)度LI的比值在O. 1-0. 5之間，氣膜孔中軸線與葉頂?shù)膴A角β在20° -90°之間。本發(fā)明的整體思路是一方面利用隔板的迷宮效應(yīng)對(duì)葉頂間隙泄漏流進(jìn)行密封(圖2)，使燃?xì)獠灰琢魅肴~頂間隙內(nèi)，減少燃?xì)庑孤┝浚岣呷細(xì)庾龉δ芰?；另一方面，利用迷宮效應(yīng)對(duì)葉頂氣膜孔噴出的冷氣進(jìn)行密封(圖I)，使冷氣不易流出葉頂間隙，延長(zhǎng)冷氣在葉頂間隙的流程，提高冷卻效果。增加泄漏流流通阻力，尤其是泄漏流量較大的中弦區(qū)的流通阻力。當(dāng)隔板周向距離較短時(shí)，泄漏燃?xì)庠诿詫m內(nèi)會(huì)形成流動(dòng)死區(qū)，速度非常低，實(shí)現(xiàn)間隙內(nèi)泄漏燃?xì)鈴较蛩俣忍荻容^慢的變化，減少燃?xì)庀蛉~頂?shù)膫鳠崃俊亩岣邷u輪級(jí)整體性能。隔板可以靈活布置，泄流量較大的葉片中弦區(qū)葉頂?shù)膶挾却螅『每梢圆贾幂^多了隔板。從而實(shí)現(xiàn)葉頂間隙泄漏量的降低和泄漏燃?xì)庀蛉~頂傳熱量的減少。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)葉頂間隙燃?xì)庑孤┝棵黠@減少，采用隔板式迷宮結(jié)構(gòu)的葉柵總壓損失系數(shù)降低14%。(2)葉頂?shù)臍饽だ鋮s效果明顯改進(jìn)，葉頂氣膜冷卻效率提高23%，葉頂換熱系數(shù)降低12%。


圖I是冷氣從氣膜孔噴出后的流線示意圖。圖2是燃?xì)馔ㄟ^葉頂間隙的流線示意圖。圖3是葉頂尺寸示意圖。圖中1.氣膜孔 2.邊緣肋條 3隔板 4.氣膜孔噴出的冷氣流線 5.機(jī)匣
6.葉頂間隙內(nèi)的燃?xì)饬骶€7.葉片壓力面8.葉片吸力面·
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是用于某發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪動(dòng)葉頂部結(jié)構(gòu)，葉片弦長(zhǎng)在50mm-100mm之間。具體是在動(dòng)葉頂端布置一些隔板，如圖1_圖3所示，隔板3可以和葉頂整體鑄造而成。隔板3長(zhǎng)度lmm-3mm、寬度O.隔板3高度O. 5mm-2mm。隔板3與葉頂平面的夾角α為45° -90°。從葉頂壓力面到吸力面一側(cè)，依次為葉頂壓力面?zhèn)?、邊緣肋條2、氣膜孔I、隔板3 (多排)，葉頂吸力面?zhèn)?。每個(gè)氣膜孔I的直徑在O. 5mm-3mm，氣膜孔I中心距離葉頂凹槽底部壓力面?zhèn)染嚯x為2mm-8mm。靠近氣膜孔孔的隔板排中隔板數(shù)量與氣膜孔的數(shù)量相同。本發(fā)明的氣動(dòng)工況要求是葉頂氣膜孔噴氣速度與葉柵通道入口速度比值在
O.5-3之間。當(dāng)燃?xì)饬鬟^隔板時(shí)，在隔板的背風(fēng)面會(huì)形成低速漩渦(如圖2所示)，在流向上隔板距離較小時(shí)，漩渦會(huì)充滿整個(gè)葉頂間隙，從而阻止壓力面?zhèn)热細(xì)馔ㄟ^葉頂間隙流入吸力面?zhèn)?；另一方面，利用迷宮效應(yīng)對(duì)葉頂氣膜孔噴出的冷氣進(jìn)行密封(圖I)，使冷氣不易流出葉頂間隙，延長(zhǎng)冷氣在葉頂間隙的流程，提高冷卻效果。具體是利用隔板改變冷氣流動(dòng)方向，使冷氣在隔板內(nèi)形成繞流流動(dòng)，(如圖3所示)。實(shí)施例I :葉片弦長(zhǎng)60mm。葉頂布置3排隔板，隔板長(zhǎng)度3臟，隔板寬度O. 3mm,隔板高度O. 5mm，隔板與葉頂平面夾角90°。氣膜孔直徑O. 5mm，氣膜孔中心距離葉頂凹槽底部壓力面?zhèn)染嚯x為2_，氣膜孔數(shù)量8個(gè)，靠近氣膜孔孔的隔板排中隔板數(shù)量為8個(gè)。每2排隔板之間的距離為6mm，每排隔板中相鄰隔板之間的距離為2mm。每個(gè)氣膜孔的噴氣速度與葉柵入口速度比值為I,保證冷氣和燃?xì)庠诿詫m內(nèi)有效摻混。當(dāng)燃?xì)饬鬟^隔板時(shí)，在隔板的背風(fēng)面會(huì)形成低速漩渦(如圖2所示)，在流動(dòng)方向上隔板距離較小時(shí)，漩渦會(huì)充滿整個(gè)葉頂間隙，從而阻止壓力面?zhèn)热細(xì)馔ㄟ^葉頂間隙流入吸力面?zhèn)?；另一方面，利用迷宮效應(yīng)對(duì)葉頂氣膜孔噴出的冷氣4進(jìn)行密封(圖I)，使冷氣4不易流出葉頂間隙，延長(zhǎng)冷氣在葉頂間隙的流程，提高冷卻效果。具體是利用隔板改變冷氣流動(dòng)方向，使冷氣在隔板內(nèi)形成繞流流動(dòng)。(如圖3所示)實(shí)施例2 :葉片弦長(zhǎng)120mm。葉頂布置5排隔板，隔板長(zhǎng)度5mm,隔板寬度1mm，隔板高度1mm，隔板與葉頂平面夾角45°。氣膜孔直徑1mm，氣膜孔中心距離葉頂凹槽底部壓力面?zhèn)染嚯x為3_，氣膜孔數(shù)量6個(gè)，靠近氣膜孔孔的隔板排中隔板數(shù)量為6個(gè)。每2排隔板之間的距離為10mm，每排隔板中相鄰隔板之間的距離為5mm。每個(gè)氣膜孔的噴氣速度與葉柵入口速度比值為I. 5，保證冷氣和燃?xì)庠诿詫m內(nèi)有效摻混。實(shí)施例3 :葉片弦長(zhǎng)80mm。葉頂布置4排隔板，隔板長(zhǎng)度2臟，隔板寬度O. 3mm,隔板 高度O. 5mm，隔板與葉頂平面夾角70°。氣膜孔直徑I. 5mm，氣膜孔中心距離葉頂凹槽底部壓力面?zhèn)染嚯x為2_，氣膜孔數(shù)量8個(gè)，靠近氣膜孔孔的隔板排中隔板數(shù)量為8個(gè)。每2排隔板之間的距離為6mm，每排隔板中相鄰隔板之間的距離為2mm。每個(gè)氣膜孔的噴氣速度與葉柵入口速度比值為2，保證冷氣和燃?xì)庠诿詫m內(nèi)有效摻混。
權(quán)利要求
1.動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于葉片上設(shè)有隔板和氣膜孔，氣膜孔位于壓力面?zhèn)龋舭逦挥谖γ鎮(zhèn)?；隔板長(zhǎng)度與葉片弦長(zhǎng)的比值在O. 05-0. 5之間，隔板寬度與隔板長(zhǎng)度的比值在O. 05-0. 3之間，隔板聞度與隔板長(zhǎng)度比值在O. 05-0. 3之間，隔板與葉頂平面的夾角α在45°到90°之間，當(dāng)角度小于90°時(shí)，隔板向著壓力面一側(cè)傾斜,最靠近葉片前緣的隔板到葉片前緣的距離與葉片弦長(zhǎng)的比值在O. 05-0. I之間，隔板由前緣向尾緣沿著母線方向一次排開，每排隔板數(shù)量由壓力面?zhèn)认蛭γ鎮(zhèn)戎饾u減少或者不變，相鄰兩排的隔板進(jìn)行交叉布置，相鄰兩排之間的距離與葉片弦長(zhǎng)的比值在O. 01-0. I之間，每排隔板中相鄰隔板的距離L3與隔板長(zhǎng)度LI的比值在O. 5-2. O之間；氣膜孔的直徑與隔板長(zhǎng)度的比值在O. 1-0. 5之間，氣膜孔中軸線與葉頂?shù)膴A角β在20° -90°之間。
2.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于對(duì)于不同葉片來說，葉片越厚，隔板排數(shù)越多。
3.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于對(duì)于同一葉片來說，越靠近中弦區(qū)，隔板排數(shù)越多。
4.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的隔板為2-5排。
5.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的隔板和葉頂整體鑄造而成。
全文摘要
動(dòng)葉葉頂隔板式迷宮結(jié)構(gòu)，葉片上設(shè)有隔板和氣膜孔，氣膜孔位于壓力面?zhèn)?，隔板位于吸力面?zhèn)?。?duì)于不同的葉片來說，葉片越厚，隔板排數(shù)越多。對(duì)于同一個(gè)葉片不同位置來說，越靠近中弦區(qū)，隔板排數(shù)越多。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)葉頂間隙燃?xì)庑孤┝棵黠@減少，采用隔板式迷宮結(jié)構(gòu)的葉柵總壓損失系數(shù)降低14%。(2)葉頂?shù)臍饽だ鋮s效果明顯改進(jìn)，葉頂氣膜冷卻效率提高23%，葉頂換熱系數(shù)降低12%。
文檔編號(hào)F01D11/08GK102943694SQ201210516198
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者李廣超, 張魏, 寇志海, 王成軍, 彭大維 申請(qǐng)人:沈陽航空航天大學(xué)