一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，包括機(jī)匣、輪轂、可調(diào)靜葉片，可調(diào)靜葉片沿輪轂周向均勻布置，每個(gè)可調(diào)靜葉片的上端面均設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸，可調(diào)靜葉片的下端面均設(shè)置下旋轉(zhuǎn)軸，每個(gè)可調(diào)靜葉片的外側(cè)均通過(guò)其上旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)匣相連，下旋轉(zhuǎn)軸均設(shè)置在輪轂的靜葉片槽里，上旋轉(zhuǎn)軸上安裝調(diào)節(jié)可調(diào)靜葉片角度的調(diào)整桿，調(diào)整桿伸出至機(jī)匣外，可調(diào)靜葉片里設(shè)置自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)，自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)為貫穿可調(diào)靜葉片的噴氣孔，每個(gè)噴氣孔的引氣口位于可調(diào)靜葉片的前緣，每個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片的上端面。本實(shí)用新型既能減少間隙泄漏量，提高變幾何渦輪效率，又能降低渦輪變幾何時(shí)性能對(duì)間隙高度變化敏感度。
【專利說(shuō)明】一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪。

【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)常會(huì)在非設(shè)計(jì)工況下工作，此時(shí)渦輪效率會(huì)大幅度降低。變幾何渦輪技術(shù)可有效地改善燃?xì)鉁u輪變工況效率，而調(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?，F(xiàn)有技術(shù)的可調(diào)靜葉結(jié)構(gòu)，為了保證渦輪靜葉可以轉(zhuǎn)動(dòng)，靜葉上下端壁要留有間隙，從而引起了靜葉的泄漏損失，嚴(yán)重影響渦輪效率。此外，渦輪靜葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)端區(qū)間隙高度會(huì)發(fā)生改變，尤其在大子午擴(kuò)張變幾何渦輪中間隙高度的變化速度更為明顯，進(jìn)一步影響了變幾何渦輪的工作性能。
[0003]為了減小葉頂間隙泄漏的不利影響，現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)主要采用主動(dòng)和被動(dòng)間隙控制。被動(dòng)間隙控制方法主要采用葉頂和機(jī)匣處理，比如凹槽葉頂、機(jī)匣端壁造型等，這種方法雖然可以改善渦輪設(shè)計(jì)點(diǎn)性能，但卻無(wú)法對(duì)間隙高度變化進(jìn)行有效反饋。主動(dòng)間隙控制方法主要通過(guò)將壓氣機(jī)氣流引出對(duì)機(jī)匣或者葉片表面進(jìn)行加熱或者冷卻，使其相應(yīng)膨脹或收縮，從而對(duì)間隙高度變化進(jìn)行反饋控制，但該方法存在熱慣性、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜等問(wèn)題。由于現(xiàn)有技術(shù)的不足，人們希望有一種既能提高變幾何渦輪設(shè)計(jì)點(diǎn)性能，同時(shí)又能降低變幾何時(shí)渦輪性能對(duì)間隙高度變化敏感度的變幾何渦輪。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供既能減少間隙泄漏量，提高變幾何渦輪效率，又能降低渦輪變幾何時(shí)性能對(duì)間隙高度變化敏感度的一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪。
[0005]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本實(shí)用新型一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:包括機(jī)匣、輪轂、可調(diào)靜葉片，可調(diào)靜葉片沿輪轂周向均勻布置，每個(gè)可調(diào)靜葉片的上端面均設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸，可調(diào)靜葉片的下端面均設(shè)置下旋轉(zhuǎn)軸，每個(gè)可調(diào)靜葉片的外側(cè)均通過(guò)其上旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)匣相連，輪轂上設(shè)置靜葉片槽，下旋轉(zhuǎn)軸均設(shè)置在靜葉片槽里，上旋轉(zhuǎn)軸上安裝調(diào)節(jié)可調(diào)靜葉片角度的調(diào)整桿，調(diào)整桿伸出至機(jī)匣外，可調(diào)靜葉片里設(shè)置自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)，自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)為貫穿可調(diào)靜葉片的噴氣孔，每個(gè)噴氣孔的引氣口位于可調(diào)靜葉片的前緣，每個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片的上端面。
[0007]本實(shí)用新型還可以包括:
[0008]1、機(jī)匣與可調(diào)靜葉片的上端面留有間隙，輪轂與可調(diào)靜葉片下端面留有間隙，上旋轉(zhuǎn)軸、可調(diào)靜葉片、下旋轉(zhuǎn)軸的軸線在一條直線上，上旋轉(zhuǎn)軸軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸軸徑。
[0009]2、所述的噴氣孔包括相互連通的引氣段和噴氣段，引氣段的端部為引氣口，噴氣段的端部為噴氣口 ；引氣段和噴氣段為平滑過(guò)渡的曲線。
[0010]3、所述的噴氣孔包括相互連通的引氣段和噴氣段，引氣段的端部為引氣口，噴氣段的端部為噴氣口 ；引氣段和噴氣段均為直線段，引氣段水平布置，噴氣段沿可調(diào)靜葉片軸向布置。
[0011]4、每個(gè)可調(diào)靜葉片噴氣孔的數(shù)量為2-6個(gè)，以上旋轉(zhuǎn)軸為界，至少一個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片上端面的前端，至少一個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片上端面的后端；每個(gè)噴氣孔的引氣口孔徑與噴氣口孔徑的比值區(qū)間為I?5 ;噴氣口處與噴氣口所在可調(diào)靜葉片上端面所成的自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的噴氣角α為30°?90°。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于:本實(shí)用新型從渦輪葉片端區(qū)間隙泄漏流動(dòng)機(jī)理出發(fā)，借鑒葉頂噴氣結(jié)構(gòu)既可以增加泄漏流動(dòng)阻力，又可以降低渦輪性能對(duì)間隙高度變化敏感度的特點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)孔將前緣滯止氣流引入到葉頂端面，然后高速噴出，形成“葉頂自適應(yīng)噴氣”效果，從而有效阻塞間隙泄漏，并能降低渦輪變幾何時(shí)性能對(duì)間隙高度變化的敏感度。
[0013]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪一方面減少了間隙泄漏量，提高了渦輪效率；另一方面也降低了在可調(diào)靜葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)渦輪性能對(duì)間隙高度變化的敏感度，從而具有良好的變工況特性；并且，本實(shí)用新型無(wú)需外接氣源，僅以葉片前緣和葉頂端面的壓力差為驅(qū)動(dòng)源，將葉片通道內(nèi)部分氣流引入形成“自適應(yīng)噴氣”效果，因此省去了額外引氣氣路的設(shè)計(jì)和布局，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且工程應(yīng)用方便。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的子午視圖；
[0015]圖2是帶有自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的可調(diào)靜葉片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的子午視圖；
[0017]圖4是圖3中的A向視圖；
[0018]圖5是另一種類型的可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的子午視圖；
[0019]圖6是圖5中的A向視圖；
[0020]圖7是圖3中的B-B剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)地描述:
[0022]結(jié)合圖1?7，本實(shí)用新型由輪轂1、可調(diào)靜葉片4和機(jī)匣9組成，可調(diào)靜葉片4包括葉片前緣線5、尾緣線6、上端面7和下端面3組成，可調(diào)靜葉的上端面7和下端面3分別設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸8和下旋轉(zhuǎn)軸2，上旋轉(zhuǎn)軸8嵌入到機(jī)匣9內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)軸2嵌入到輪轂I內(nèi)，上、下旋轉(zhuǎn)軸的軸心在同一旋轉(zhuǎn)軸線上以便于可調(diào)靜葉轉(zhuǎn)動(dòng)，并且上旋轉(zhuǎn)軸8的軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸2，下旋轉(zhuǎn)軸2僅起定位作用，在機(jī)匣9和葉片上端面7以及輪轂I和葉片下端面3之間分別形成間隙。在可調(diào)靜葉片上端面7前、后側(cè)分別設(shè)置與葉片前緣5連通的自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)10和11。圖中，Chtjlel為葉頂前側(cè)自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)與葉片前緣之間的軸向距離，dholel為葉頂前側(cè)噴氣孔直徑，Ch0le2為葉頂后側(cè)自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)與葉片前緣之間的軸向距離，Cltole2為葉頂后側(cè)噴氣孔直徑，α為自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的噴氣角，PS為葉片壓力偵牝SS為葉片吸力側(cè)。
[0023]本實(shí)用新型的技術(shù)思路是，以葉片前緣和葉頂端面之間較大的壓力差為驅(qū)動(dòng)源，將葉片通道內(nèi)部分氣流引入自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)并高速噴出，進(jìn)而在葉頂形成“自適應(yīng)噴氣”效果，從而對(duì)葉頂間隙泄漏進(jìn)行控制，達(dá)到提高渦輪效率的目的；并有效降低渦輪變幾何時(shí)性能對(duì)間隙高度變化的敏感度。
[0024]結(jié)合圖3?4，制造本實(shí)用新型的帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(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)好渦輪可調(diào)靜葉片。對(duì)于給定的渦輪進(jìn)出口氣動(dòng)邊界以及運(yùn)行工況范圍等情況，可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)參數(shù)可借助于現(xiàn)有的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件數(shù)值模擬或者相關(guān)試驗(yàn)獲得:
[0025]首先，自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的引氣口孔徑和噴氣口孔徑并不一致，較大的引氣口孔徑可以增加葉頂噴氣的流量，進(jìn)而增加間隙泄漏阻力，但過(guò)大的引氣口孔徑會(huì)增加間隙端區(qū)摻混損失，也在一定程度上減少了主通道流做功能力；較小的噴氣口孔徑可以增大噴氣口出流速度，進(jìn)一步減小間隙泄漏，而過(guò)小的噴氣口孔徑不利于加工成型。引氣口孔徑與噴氣口孔徑的比值為I?5，并且引氣口與噴氣口之間過(guò)渡段形狀應(yīng)以盡可能減小流動(dòng)阻力為最佳。
[0026]考慮到加工難度、成本等因素，本實(shí)用新型還存在圖5和圖6所示的結(jié)構(gòu)形式，即引氣段和噴氣段分別為單直段或者多段直段，引氣段保持平直方向，噴氣段沿徑向布置。
[0027]其次，對(duì)于噴氣孔朝向，正對(duì)著泄漏流方向噴氣可獲得最佳的泄漏控制效果，考慮到加工限制，自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的噴氣角α為30°?90°。
[0028]最后，對(duì)于噴氣孔數(shù)量，在葉頂端面布置得越多，噴氣總流量越大，間隙泄漏量減少就越多，同時(shí)也可以更加明顯地降低變幾何時(shí)渦輪性能對(duì)間隙高度變化的敏感度，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)布置得過(guò)于密集，將增加加工成本和周期，并且也降低了主通道流體的做功能力，嚴(yán)重影響變幾何渦輪總體性能，因此具體應(yīng)用時(shí)需綜合考慮。自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)在葉頂前、后側(cè)至少各有一個(gè)，且可調(diào)靜葉片內(nèi)自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)個(gè)數(shù)為2?6。
[0029]本實(shí)用新型的自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)在可調(diào)靜葉片基礎(chǔ)上進(jìn)行加工生產(chǎn)，可采取將可調(diào)靜葉片置于磁場(chǎng)中，通過(guò)電子束加工的方式獲得。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:包括機(jī)匣、輪轂、可調(diào)靜葉片，可調(diào)靜葉片沿輪轂周向均勻布置，每個(gè)可調(diào)靜葉片的上端面均設(shè)置上旋轉(zhuǎn)軸，可調(diào)靜葉片的下端面均設(shè)置下旋轉(zhuǎn)軸，每個(gè)可調(diào)靜葉片的外側(cè)均通過(guò)其上旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)匣相連，輪轂上設(shè)置靜葉片槽，下旋轉(zhuǎn)軸均設(shè)置在靜葉片槽里，上旋轉(zhuǎn)軸上安裝調(diào)節(jié)可調(diào)靜葉片角度的調(diào)整桿，調(diào)整桿伸出至機(jī)匣外，可調(diào)靜葉片里設(shè)置自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)，自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)為貫穿可調(diào)靜葉片的噴氣孔，每個(gè)噴氣孔的引氣口位于可調(diào)靜葉片的前緣，每個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片的上端面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:機(jī)匣與可調(diào)靜葉片的上端面留有間隙，輪轂與可調(diào)靜葉片下端面留有間隙，上旋轉(zhuǎn)軸、可調(diào)靜葉片、下旋轉(zhuǎn)軸的軸線在一條直線上，上旋轉(zhuǎn)軸軸徑大于下旋轉(zhuǎn)軸軸徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述的噴氣孔包括相互連通的引氣段和噴氣段，引氣段的端部為引氣口，噴氣段的端部為噴氣口 ；引氣段和噴氣段為平滑過(guò)渡的曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:所述的噴氣孔包括相互連通的引氣段和噴氣段，引氣段的端部為引氣口，噴氣段的端部為噴氣口 ；引氣段和噴氣段均為直線段，引氣段水平布置，噴氣段沿可調(diào)靜葉片軸向布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:每個(gè)可調(diào)靜葉片噴氣孔的數(shù)量為2-6個(gè)，以上旋轉(zhuǎn)軸為界，至少一個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片上端面的前端，至少一個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片上端面的后端；每個(gè)噴氣孔的引氣口孔徑與噴氣口孔徑的比值區(qū)間為I?5 ;噴氣口處與噴氣口所在可調(diào)靜葉片上端面所成的自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的噴氣角α為30°?90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:每個(gè)可調(diào)靜葉片噴氣孔的數(shù)量為2-6個(gè)，以上旋轉(zhuǎn)軸為界，至少一個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片上端面的前端，至少一個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片上端面的后端；每個(gè)噴氣孔的引氣口孔徑與噴氣口孔徑的比值區(qū)間為I?5 ;噴氣口處與噴氣口所在可調(diào)靜葉片上端面所成的自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的噴氣角α為30°?90°。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶有可調(diào)靜葉自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的變幾何渦輪，其特征是:每個(gè)可調(diào)靜葉片噴氣孔的數(shù)量為2-6個(gè)，以上旋轉(zhuǎn)軸為界，至少一個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片上端面的前端，至少一個(gè)噴氣孔的噴氣口位于可調(diào)靜葉片上端面的后端；每個(gè)噴氣孔的引氣口孔徑與噴氣口孔徑的比值區(qū)間為I?5 ;噴氣口處與噴氣口所在可調(diào)靜葉片上端面所成的自引氣-噴氣結(jié)構(gòu)的噴氣角α為30°?90°。
【文檔編號(hào)】F01D9/02GK203978511SQ201420405769
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】高杰, 鄭群, 董平 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)