一種葉輪機械非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及流體力學(xué)領(lǐng)域中的葉輪機械，具體地說是葉輪機械中的非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]以各種流體作為工作介質(zhì)的葉輪機械應(yīng)用已十分廣泛，結(jié)構(gòu)型式也多種多樣，為生產(chǎn)生活提供電力、動力和各種產(chǎn)品。葉輪機械內(nèi)的流動的工質(zhì)通過靜止的導(dǎo)葉改變流體的狀態(tài)(如壓力、溫度、速度等)，通過旋轉(zhuǎn)的動葉消耗或輸出機械軸功，因此，葉輪性能的高低主要取決于各排葉片的設(shè)計水平。
[0003]在目前的葉輪機械設(shè)計體系中，均假設(shè)流動工質(zhì)在進口截面為穩(wěn)定、均勻狀態(tài)，各排導(dǎo)葉和動葉(出于結(jié)構(gòu)強度或內(nèi)置管道線路考慮的支板除外)都是軸對稱分布的，即周向均勻分布且?guī)缀涡螤钕嗤?如圖3所示)，在設(shè)計、計算分析、加工、安裝時不考慮葉片排的周向差異。但在諸多葉輪機械的應(yīng)用中，有部分機組入口導(dǎo)葉前的進口截面工質(zhì)為穩(wěn)態(tài)非均勻或周期性非穩(wěn)態(tài)分布，例如:①渦輪增壓器，雖然有的采用雙進氣管結(jié)構(gòu)，盡可能地減小進氣的不均勻性，但仍達不到設(shè)計葉輪時采用的工質(zhì)穩(wěn)定均勻進口流動狀態(tài)假設(shè)條件地面或船用燃機配有將氣流由徑向轉(zhuǎn)為軸向的進氣蝸殼(或集氣室)，特別是對進氣蝸殼尺寸有嚴格限制時，進氣的均勻性會受到影響齒輪箱式壓縮或膨脹機組，葉輪一般懸臂安裝在齒輪軸上，且需要將氣流由徑向轉(zhuǎn)為軸向的進氣蝸殼，那么轉(zhuǎn)子動力學(xué)的穩(wěn)定性要求則限制了蝸殼的軸向尺寸(要求葉盤離齒輪箱較近)，而齒輪的線速度、各齒輪軸之間的中心距又限制了蝸殼的徑向尺寸(如圖1、2所示)，因此尺寸受限的進氣蝸殼一般不能將折轉(zhuǎn)90°的氣流組織得很好，蝸殼與入口導(dǎo)葉交接面的工質(zhì)有明顯的非軸對稱分布特點航空發(fā)動機由于側(cè)風(fēng)、旋流、機動動作或發(fā)射武器導(dǎo)致的進氣畸變是突發(fā)性的進口非均勻狀態(tài)，不包含在本實用新型所針對的問題范疇。上述①、②、③三種典型的進氣蝸殼結(jié)構(gòu)即使經(jīng)過盡可能地優(yōu)化設(shè)計，也仍然會由于尺寸限制、氣流折轉(zhuǎn)以及中間的環(huán)形導(dǎo)流盆結(jié)構(gòu)，使得入口導(dǎo)葉前的流場一直出現(xiàn)不同程度的非穩(wěn)定、非均勻狀態(tài)，即入口導(dǎo)葉及下游的其它葉片工作在非設(shè)計工況，不同周向位置葉片的氣動載荷、流場、受力、噪聲差異明顯，下游動葉承受非軸對稱氣流的沖擊，從而降低葉輪的性能和運行的穩(wěn)定性。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為了進一步提高流體工質(zhì)在進口截面為明顯穩(wěn)態(tài)非均勻或周期性非穩(wěn)態(tài)分布的葉輪機械的性能，提高葉輪的效率和穩(wěn)定運行范圍，本實用新型公開了一種葉輪機械非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對入口導(dǎo)葉的周向分布和葉片形狀進行優(yōu)化，使工質(zhì)流過入口導(dǎo)葉與輪轂、機匣組成的通道時損失更小、出口狀態(tài)更接近設(shè)計工況，彌補目前葉輪機械設(shè)計體系采用穩(wěn)定均勻進口流動狀態(tài)假設(shè)條件的不足，為入口導(dǎo)葉的設(shè)計增加了兩個自由度，設(shè)計更加靈活，尤其適用于帶有進氣蝸殼的各類葉輪機械。本實用新型的非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，引入了考慮工質(zhì)進口非穩(wěn)定均勻流動狀態(tài)的入口導(dǎo)葉非軸對稱分布的設(shè)計理念，挖掘提高葉輪性能和穩(wěn)定性的潛力，對機組的結(jié)構(gòu)布置和造價沒有明顯影響，具有很好的應(yīng)用前景。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種葉輪機械非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，所述葉輪機械包括至少一排靜止的入口導(dǎo)葉及位于入口導(dǎo)葉下游的至少一排旋轉(zhuǎn)的動葉，所述入口導(dǎo)葉和動葉沿周向布置，有共同的軸心，其特征在于:所述入口導(dǎo)葉為非軸對稱分布結(jié)構(gòu)，流體工質(zhì)依次從葉輪機械的入口導(dǎo)葉通道及其下游相鄰位置的動葉通道流過。
[0007]對于流體工質(zhì)在進口截面為明顯穩(wěn)態(tài)非均勻或周期性非穩(wěn)態(tài)分布，且包含入口導(dǎo)葉及其下游至少一排動葉的葉輪機械，根據(jù)入口導(dǎo)葉前的進口截面上流動工質(zhì)的流場特點對入口導(dǎo)葉進行非軸對稱分布設(shè)計，主要通過數(shù)值計算軟件分析入口導(dǎo)葉的整周流場來完成優(yōu)化，必要時通過實驗方法驗證設(shè)計方案。
[0008]優(yōu)選地，本實用新型的葉輪機械非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)中，各所述入口導(dǎo)葉周向非均勻分布，各導(dǎo)葉間隔不均勻，但各所述入口導(dǎo)葉的幾何形狀、安裝角都相同。
[0009]優(yōu)選地，本實用新型的葉輪機械非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)中，各所述入口導(dǎo)葉周向均勻分布，但入口導(dǎo)葉的幾何形狀、安裝角不完全相同。
[0010]優(yōu)選地，本實用新型的葉輪機械非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)中，各所述入口導(dǎo)葉周向非均勻布置，且入口導(dǎo)葉的幾何形狀、安裝角也不完全相同。
[0011]優(yōu)選地，所述入口導(dǎo)葉幾何形狀的不同體現(xiàn)在葉片造型參數(shù)的不完全相同。優(yōu)選地，所述葉片造型參數(shù)為入口幾何角、出口幾何角、前緣半徑、尾緣半徑、厚度分布、輪轂型線、機匣型線或葉片積疊線。
[0012]對于所述的非軸對稱分布的入口導(dǎo)葉，周向不同流道的喉道面積、稠度、流場分布等參數(shù)可能不完全相同，但目的都是為下游動葉提供更合適的入口條件。
[0013]優(yōu)選地，所述入口導(dǎo)葉的個數(shù)為大于I且小于300的整數(shù)。
[0014]優(yōu)選地，所述葉輪機械為單級或多級結(jié)構(gòu)的壓縮機、泵或膨脹機。
[0015]優(yōu)選地，所述葉輪機械的旋轉(zhuǎn)葉輪為徑流式、混流式或軸流式。
[0016]優(yōu)選地，所述流體工質(zhì)為氣體、液體或多相流體。
[0017]本實用新型的優(yōu)點與有益效果為:
[0018]1.進一步挖掘了流體工質(zhì)在進口截面為明顯穩(wěn)態(tài)非均勻或周期性非穩(wěn)態(tài)分布的葉輪機械入口導(dǎo)葉優(yōu)化設(shè)計的潛力，提出了非軸對稱入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，彌補目前葉輪機械設(shè)計體系采用穩(wěn)定均勻進口流動狀態(tài)假設(shè)條件的不足，在對機組現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和造價沒有明顯影響的情況下，提高機組的性能和運行的穩(wěn)定性，適用于各種結(jié)構(gòu)類型、流動工質(zhì)的葉輪機械；
[0019]2.在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)設(shè)計精度、造價、裝配難度等靈活選取所述的三種非軸對稱入口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的應(yīng)用帶有進氣蝸殼的齒輪箱式軸