一種可變幾何出口導葉的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于葉輪機械設備技術(shù)領域，涉及一種壓氣機，尤其涉及一種壓氣機的可變幾何出口導葉。
【背景技術(shù)】
[0002]壓氣機在設計工況下運行時，流體能較好的附著在葉型上，不會發(fā)生較大的分離。但當壓氣機在小流量下運行時，導葉進口出現(xiàn)較大正沖角，氣流將會在葉型背弧發(fā)生分離，分離區(qū)隨著沖角的增加而迅速嚴重的發(fā)展，最終導致壓氣機流動的失速；當壓氣機在大流量下運行時，導葉進口會出現(xiàn)較大的負沖角，當負沖角達到一定程度時容易造成葉片通道的堵塞，降低壓氣機的通流能力。
[0003]為了避免壓氣機在變工況下運行時發(fā)生失速或者堵塞，可以將導葉設計成可轉(zhuǎn)的，以保證在非設計工況下的進口沖角都保持在設計沖角附近。但對于出口導葉而言，需要考慮到燃燒室以及排氣擴散段對導葉出口氣流角的要求，如果出口導葉為整體旋轉(zhuǎn)，當調(diào)整量過大的時候，導葉的出口氣流角會較大偏離設計工況，對排氣擴散段和燃燒室的流動造成不利影響，因此最好設計一種分段出口導葉，能夠?qū)Τ隹趯~的前段進行調(diào)節(jié)，后段則固定不動。
[0004]有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的出口導葉，以便克服現(xiàn)有出口導葉的上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種可變幾何出口導葉，可避免在變工況下運行時，由于導葉進口沖角過大，造成流動分離或者堵塞。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種可變幾何出口導葉，所述出口導葉包括進口可調(diào)段、出口固定段，進口可調(diào)段尾緣、與出口固定段前緣之間存在一間隙；
[0008]該間隙由兩段光滑曲線組成，通過該間隙連通壓力面和吸力面，利用壓力面與吸力面之間的壓差，將小部分氣流經(jīng)縫隙自凹面引入凸面，以便吹薄附面層，減小損失，增大氣流轉(zhuǎn)折角；
[0009]進口可調(diào)段為非對稱葉型；進口可調(diào)段包括可調(diào)段吸力面、可調(diào)段前緣、可調(diào)段壓力面、轉(zhuǎn)軸、可調(diào)段尾緣；葉型的可調(diào)段壓力面與可調(diào)段吸力面從可調(diào)段前緣到可調(diào)段尾緣連續(xù)的彎曲，使得流體在葉片通道中平穩(wěn)的減速擴壓，在沖角較小時，流體能夠較好地貼合在葉型表面，為后面出口固定段提供一個較好速度分布的來流；將可調(diào)段尾緣設置成光滑曲線，增加進口可調(diào)段的調(diào)節(jié)范圍和減小對后半段氣流的影響；
[0010]出口固定段也為非對稱葉型；出口固定段包括固定段前緣、固定段壓力面、固定段吸力面；將固定段前緣設置成光滑曲線，避免進口可調(diào)段來流對固定段前緣造成沖擊；出口固定段葉型的固定段壓力面與固定段吸力面從固定段前緣到固定段尾緣連續(xù)的彎曲，平滑地給氣流以轉(zhuǎn)折，出口固定段比進口可調(diào)段長且更為平直；
[0011]在進口可調(diào)段尾緣處設置調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)軸；調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)軸與伺服器和傳動機構(gòu)連接，完成進口調(diào)節(jié)段姿態(tài)的調(diào)整；
[0012]一種可變幾何出口導葉，所述出口導葉包括進口可調(diào)段、出口固定段，進口可調(diào)段尾緣、與出口固定段前緣之間存在一間隙；
[0013]該間隙由兩段光滑曲線組成，通過該間隙連通壓力面和吸力面，利用壓力面與吸力面之間的壓差，將小部分氣流經(jīng)縫隙自凹面引入凸面，以便吹薄附面層，減小損失，增大氣流轉(zhuǎn)折角。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，進口可調(diào)段為非對稱葉型；進口可調(diào)段包括可調(diào)段吸力面、可調(diào)段前緣、可調(diào)段壓力面、轉(zhuǎn)軸、可調(diào)段尾緣；葉型的可調(diào)段壓力面與可調(diào)段吸力面從可調(diào)段前緣到可調(diào)段尾緣連續(xù)的彎曲，使得流體在葉片通道中平穩(wěn)的減速擴壓，在沖角較小時，流體能夠較好地貼合在葉型表面，為后面出口固定段提供一個較好速度分布的來流；將可調(diào)段尾緣設置成光滑曲線，增加進口可調(diào)段的調(diào)節(jié)范圍和減小對后半段氣流的影響。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，出口固定段也為非對稱葉型；出口固定段包括固定段前緣、固定段壓力面、固定段吸力面；將固定段前緣設置成光滑曲線，避免進口可調(diào)段來流對固定段前緣造成沖擊；出口固定段葉型的固定段壓力面與固定段吸力面從固定段前緣到固定段尾緣連續(xù)的彎曲，平滑地給氣流以轉(zhuǎn)折，出口固定段比進口可調(diào)段長且更為平直。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在進口可調(diào)段尾緣處設置調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)軸；調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)軸與伺服器和傳動機構(gòu)連接，完成進口調(diào)節(jié)段姿態(tài)的調(diào)整。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的出口導葉前緣葉中部位焊有探針，探針沿周向均勻分布，探針測得的三維流場速度信息傳輸?shù)叫盘柼幚碇行?，在信號處理中心完成信號分析后，向出口導葉調(diào)節(jié)機構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，步進調(diào)節(jié)出口導葉安裝角；
[0018]出口導葉分為可調(diào)段和固定段；導葉調(diào)節(jié)機構(gòu)對出口導葉可調(diào)段安裝角進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)軸位于可調(diào)段尾緣附近；
[0019]進口可調(diào)段為非對稱葉型，可調(diào)段壓力面與可調(diào)段吸力面從可調(diào)段前緣到可調(diào)段尾緣連續(xù)的彎曲，使得流體在葉片通道中平穩(wěn)的減速擴壓，在沖角較小時，流體能夠較好地貼合在葉型表面，為后面出口固定段提供一個較好速度分布的來流；
[0020]出口固定段也為非對稱葉型出口固定段葉型的固定段壓力面與固定段吸力面從固定段前緣到固定段尾緣連續(xù)的彎曲，平滑地給氣流以轉(zhuǎn)折，出口固定段比進口可調(diào)段長且更為平直；
[0021]進口可調(diào)段尾緣、與出口固定段前緣之間存在一間隙；該間隙由兩段光滑曲線組成，通過該間隙連通壓力面和吸力面，利用壓力面與吸力面之間的壓差，將小部分氣流經(jīng)縫隙自凹面引入凸面，以便吹薄附面層，減小損失，增大氣流轉(zhuǎn)折角。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的壓氣機及其可變幾何出口導葉，通過調(diào)整出口導葉前部的位置，避免壓氣機在變工況下運行時，由于導葉進口沖角過大，造成流動分離或者堵塞。調(diào)整過后出口導葉前部沖角較小，氣流得以平順的流經(jīng)出口導葉，完成氣流的轉(zhuǎn)折，流動損失大大減小，壓氣機的效率得以提高，同時由于流動的改善，導葉出口流場更為均勻，為排氣擴散段和燃燒室提供了較好的來流條件。本發(fā)明的方法在壓氣機處于變工況運行時，改善了壓氣機的出口流場，計算表明通過采用變幾何出口導葉，壓氣機部分工況下的效率最高可以提高0.82%，整個燃氣輪機機組效率可以提高0.45 %，這對于電廠運行經(jīng)濟效益的提尚和節(jié)能減排的目標實現(xiàn)具有積極的意義。
【附圖說明】
[0023]圖1為一種可以使用本發(fā)明的出口導葉的壓氣機子午通流截面圖；
[0024]圖2為在可調(diào)段安裝角處于開大的位置時圖1的A-A向剖面圖；
[0025]圖3為在可調(diào)段安裝角處于關小的位置時圖1的A-A向剖面圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0027]實施例一
[0028]請參閱圖1至圖3，本發(fā)明揭示一種壓氣機，包括氣缸10、輪轂11、動葉13、靜葉
14、進口導葉12、可變幾何出口導葉30、導葉調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。
[0029]圖1展示了一臺壓氣機的子午通流示意圖，壓氣機的通流由動葉13、靜葉14以及氣缸10、輪轂11組成。氣體流經(jīng)進口導葉12，在進口導葉12出口給動葉13預旋，隨后在動葉13、靜葉14中壓縮成高壓的氣體，溫度也隨之升高。壓縮空氣在輪轂11和氣缸10之間的通道內(nèi)流動；動葉13安裝在輪轂11上，靜葉14安裝在氣缸10上，氣流在動靜葉14葉片以及輪轂11和氣缸10之間的通道內(nèi)流動，獲得增壓；高壓氣體從出口導葉30流出后，經(jīng)過排氣擴散段進入燃燒室。
[0030]所述可變幾何出口導葉30包括進口可調(diào)段301、出口固定段302，進口可調(diào)段301包括可調(diào)段吸力面31、可調(diào)段前緣32、可調(diào)段壓力面33、轉(zhuǎn)軸34、可調(diào)段尾緣35，出口固定段302包括固定段前緣36、固定段壓力面37、固定段吸力面38?？烧{(diào)段尾緣35、固定段前緣36之間存在一間隙。
[0031]進口可調(diào)段301為非對稱葉型；葉型的可調(diào)段壓力面33與可調(diào)段吸力面31從前緣32到尾緣35連續(xù)的彎曲，使得流體在葉片通道中平穩(wěn)的減速擴壓，在沖角較小時，流體能夠較好地貼合在葉型表面，為后面固定段提供一個較好速度分布的來流；將進口可調(diào)段301的尾緣35設置成光滑曲線，增加可調(diào)段的調(diào)節(jié)范圍和減小對后半段氣流的影響。
[0032]出口固定段302也為非對稱葉型；將前緣36部分設置成光滑曲線，避免進口可調(diào)段來流對出口固定段302的前緣36造成沖擊；出口固定段302葉型的壓力面37與吸力面38從前緣36到尾緣連續(xù)的彎曲，平滑地給氣流以轉(zhuǎn)折，出口固定段比進口可調(diào)段長且更為平直。
[0033]在可調(diào)段尾緣35處設置調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)軸34 ;調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)軸34與伺服器和傳動機構(gòu)連接，完成進口調(diào)節(jié)段姿態(tài)的調(diào)整。
[0034]所述導葉調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)包括依次連接的信號采集模塊、信號處理中心、伺服器、調(diào)節(jié)機構(gòu)；調(diào)節(jié)機構(gòu)與出口導葉的進口可調(diào)段連接，調(diào)節(jié)進口可調(diào)段的角度。
[0035]所述信號采集模塊包括在出口導葉前緣葉中部位焊有的探針20，探針沿周向均勻分布；探針測得的三維空間的氣流速度場傳輸?shù)叫盘柼幚碇行模瑲饬魉俣葓霭魉俚拇笮?、流速的方向?br>[0036]在該信號處理中心完成流場數(shù)據(jù)的處理，并根據(jù)儲存的出口導葉的葉型數(shù)據(jù)以及出口導葉的安裝角信息，結(jié)合探針的校準曲線，計算出壓氣機葉中部分前緣處的沖角，若沖角小于閾值，則不進行調(diào)節(jié)，如果大于閾值，則向出口導葉伺服器發(fā)出調(diào)節(jié)信號，由伺服器帶動出口導葉的調(diào)節(jié)機構(gòu)，調(diào)整前段可調(diào)部分的出口導葉安裝角。