具有小葉片結構的軸流式渦輪的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機械領域，尤其涉及一種具有小葉片結構的軸流式渦輪。
【背景技術】
[0002]渦輪是一種將流體工質能量轉化為機械能輸出的葉片式機械，流體工質在渦輪中膨脹并推動渦輪旋轉，對外輸出機械功。在軸流式渦輪中，流體工質以近乎軸向的角度流進渦輪，軸向流出。軸流式渦輪被應用于燃氣輪機、渦輪活塞組合發(fā)動機以及渦輪復合內燃機等領域。
[0003]由于軸流式渦輪轉子葉片的線速度隨半徑變化而變化，導致轉子的相對進口氣流角沿葉高方向變化，因此轉子的葉型設計需要隨葉高的變化而變化。在轉子葉尖處，進口相對氣流角較小，葉片進、出口轉折角較小;而在轉子葉片根部，由于進口相對氣流角較大，因此葉片進、出口的轉折角較大。由于流體在葉片根部經歷大角度轉折運動，容易導致流體在葉片吸力面處發(fā)生流動分離，導致了較大流動損失。而這種流動損失在進口不均勻來流的條件下會進一步擴大，在多級軸流式渦輪中(或者高壓級為徑流式/混流式渦輪，低壓級為軸流式渦輪)，低壓級的軸流渦輪進口氣流在徑向方向上的分布是不均勻的，由于低壓級軸流渦輪的半徑比高壓級渦輪的半徑大，連接高低壓級渦輪的中間導管為“S”型，這導致了低壓級渦輪進口氣流的分布特征為葉根附近流體質量流量較大，而葉尖附近流體質量流量較小。流體在徑向方向上的不均勻分布導致轉子葉根處的負荷變大，因此葉根附近的流動分離現(xiàn)象更容易發(fā)生，分離尺度更大，導致渦輪性能的下降。
【發(fā)明內容】
[0004]鑒于【背景技術】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有小葉片結構的軸流式渦輪，其能減小渦輪的流動損失，提高渦輪的等熵效率。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有小葉片結構的軸流式渦輪，其包括輪轂、多個主葉片以及多個小葉片。
[0006]輪轂設有前端面和周向面。
[0007]所述多個主葉片均勻地設置在輪轂的周向面上，各主葉片具有:壓力面，與進入的氣流方向相對;吸力面，與壓力面相反；以及主葉片連接面，為主葉片與輪轂的周向面連接的截面，設有靠近輪轂的前端面的第一前緣。
[0008]所述多個小葉片均勻地設置在輪轂的周向面上且與所述多個主葉片相間布置，各小葉片具有:小葉片連接面，為小葉片與輪轂的周向面連接的截面，設有靠近輪轂的前端面的第二前緣。
[0009 ]小葉片沿徑向的高度為h，主葉片沿徑向的高度為Η，h/H的范圍為0.05?0.3。
[0010]小葉片連接面沿軸向的弦長為U，主葉片連接面沿軸向的弦長為L2，L1/L2的范圍為0.2?0.6。
[0011]小葉片連接面的第二前緣距離主葉片連接面的第一前緣的軸向長度為m，m/L的范圍為O?0.4。
[0012]相鄰兩個主葉片連接面的第一前緣之間的周向角度為Q1，主葉片連接面的第一前緣與其吸力面所對的小葉片連接面的第二前緣之間的周向角度為θ2，Θ2/Θ4^范圍為0.3?
0.8。
[0013]本發(fā)明的有益效果如下:
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在相鄰的主葉片之間添加對應的小葉片，而小葉片的各參數(shù)依照主葉片而定；由于軸流式渦輪的進口氣流的不均勻性，容易導致主葉片連接面附近出現(xiàn)分離流動而增加渦輪的流動損失，而通過增加小葉片能夠減小主葉片連接面的負荷，橫向壓力梯度減小，從而抑制主葉片形成的通道內二次流的橫向運動，減小分離流的影響范圍，從而減小主葉片連接面的流動損失，提高渦輪的等熵效率。
【附圖說明】
[0015]圖1為根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪的立體圖；
[0016]圖2為根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪的正視圖；
[0017]圖3為根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪的單個主葉片和小葉片的周向不意圖；以及
[0018]圖4為根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪的主葉片的主葉片連接面與小葉片的小葉片連接面的示意圖。
[0019]其中，附圖標記說明如下:
[0020]I輪轂 23主葉片連接面
[0021]11前端面231第一前緣
[0022]12周向面3小葉片
[0023]2主葉片 31小葉片連接面
[0024]21壓力面311第二前緣
[0025]22吸力面
【具體實施方式】
[0026]下面參照附圖來詳細說明本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪。
[0027]參照圖1至圖4，根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪包括輪轂1、多個主葉片2以及多個小葉片3。
[0028]輪轂I設有前端面11和周向面12。
[0029]所述多個主葉片2均勻地設置在輪轂I的周向面12上，各主葉片2具有:壓力面21，與進入的氣流方向相對;吸力面22，與壓力面21相反；以及主葉片連接面23，為主葉片2與輪轂I的周向面12連接的截面，設有靠近輪轂I的前端面11的第一前緣231。
[0030]所述多個小葉片3均勻地設置在輪轂I的周向面12上且與所述多個主葉片2相間布置，各小葉片3具有:小葉片連接面31，為小葉片3與輪轂I的周向面12連接的截面，設有靠近輪轂I的前端面11的第二前緣311。
[0031 ]小葉片3沿徑向的高度為h，主葉片2沿徑向的高度為H，h/H的范圍為0.05?0.3。
[0032]小葉片連接面31沿軸向的弦長Sl1，主葉片連接面23沿軸向的弦長為L2，L1ZiL2的范圍為0.2?0.6。
[0033]小葉片連接面31的第二前緣311距離主葉片連接面23的第一前緣231的軸向長度為m，m/L的范圍為0?0.4。
[0034]相鄰兩個主葉片連接面23的第一前緣231之間的周向角度為Θ!，主葉片連接面23的第一前緣231與其吸力面22所對的小葉片連接面31的第二前緣311之間的周向角度為θ2，Θ2/Θ49范圍為 0.3 ?0.8。
[0035]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在相鄰的主葉片2之間添加對應的小葉片，而小葉片3的各參數(shù)依照主葉片2而定；由于軸流式渦輪的進口氣流(未示出)的不均勻性，容易導致主葉片連接面23附近出現(xiàn)分離流動而增加渦輪的流動損失，而通過增加小葉片3能夠減小主葉片連接面23的負荷，橫向壓力梯度減小，從而抑制主葉片2形成的通道內二次流的橫向運動，減小分離流的影響范圍，從而減小主葉片連接面23的流動損失，提高渦輪的等熵效率。
[0036]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在一實施例中，h/H的范圍可為0.15 ?0.25ο
[0037]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在一實施例中，U/Ls的范圍可為0.45?0.55。
[0038]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在一實施例中，m/L2的范圍可為0.1?0.2。
[0039]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在一實施例中，范圍可為0.5?0.6。
[0040]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在一實施例中，h/H可為0.2。
[0041]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在一實施例中，U/L2可為0.5。
[0042]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在一實施例中，m/L2可為0.1。
[0043]在根據(jù)本發(fā)明的具有小葉片結構的軸流式渦輪中，在一實施例中，0:/02可為0.55。
【主權項】
1.一種具有小葉片結構的軸流式渦輪，包括: 輪轂(I)，設有前端面(11)和周向面(12); 多個主葉片(2)，均勻地設置在輪轂(I)的周向面(12)上，各主葉片(2)具有: 壓力面(21)，與進入的氣流方向相對； 吸力面(22)，與壓力面(21)相反；以及 主葉片連接面(23)，為主葉片(2)與輪轂(I)的周向面(12)連接的截面，設有靠近輪轂(I)的前端面(11)的第一前緣(231)； 多個小葉片(3)，均勻地設置在輪轂(I)的周向面(12)上且與所述多個主葉片(2)相間布置，各小葉片(3)具有: 小葉片連接面(31)，為小葉片(3)與輪轂(I)的周向面(12)連接的截面，設有靠近輪轂(I)的前端面(I I)的第二前緣(311); 其特征在于， 小葉片(3)沿徑向的高度為h，主葉片(2)沿徑向的高度為H，h/H的范圍為0.05?0.3; 小葉片連接面(31)沿軸向的弦長SL1，主葉片連接面(23)沿軸向的弦長為L2，U/L2的范圍為0.2?0.6; 小葉片連接面(31)的第二前緣(311)距離主葉片連接面(23)的第一前緣(231)的軸向長度為111，111/1的范圍為0?0.4; 相鄰兩個主葉片連接面(23)的第一前緣(231)之間的周向角度為Q1，主葉片連接面(23)的第一前緣(231)與其吸力面(22)所對的小葉片連接面(31)的第二前緣(311)之間的周向角度為92，02/01的范圍為0.3?0.8。2.根據(jù)權利要求1所述的具有小葉片結構的軸流式渦輪，其特征在于，h/H的范圍為0.15 ?0.25ο3.根據(jù)權利要求1所述的具有小葉片結構的軸流式渦輪，其特征在于,L1Zl2的范圍為0.45 ?0.55ο4.根據(jù)權利要求1所述的具有小葉片結構的軸流式渦輪，其特征在于，m/L2的范圍為0.1?0.2o5.根據(jù)權利要求1所述的具有小葉片結構的軸流式渦輪，其特征在于范圍為0.5?0.6ο6.根據(jù)權利要求1所述的具有小葉片結構的軸流式渦輪，其特征在于，h/H為0.2。7.根據(jù)權利要求1所述的具有小葉片結構的軸流式渦輪，其特征在于，U/L2為0.5。8.根據(jù)權利要求1所述的具有小葉片結構的軸流式渦輪，其特征在于，m/L2為0.1。9.根據(jù)權利要求1所述的具有小葉片結構的軸流式渦輪，其特征在于，.55。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有小葉片結構的軸流式渦輪，包括輪轂、多個主葉片及多個小葉片。輪轂設有前端面和周向面；多個主葉片均勻設置在輪轂的周向面上，具有壓力面、吸力面及主葉片連接面，主葉片連接面設有第一前緣；小葉片與主葉片相間布置，具有小葉片連接面，小葉片連接面設有第二前緣。小葉片徑向的高度為h，主葉片徑向的高度為H，h/H為0.05～0.3；小葉片連接面軸向的弦長為L1，主葉片連接面軸向的弦長為L2，L1/L2為0.2～0.6；小葉片連接面的第二前緣距主葉片連接面的第一前緣的軸向長度為m，m/L為0～0.4；相鄰兩個主葉片連接面的第一前緣之間的周向角度為θ1，主葉片連接面的第一前緣與其吸力面所對的小葉片連接面的第二前緣之間的周向角度為θ2，θ2/θ1為0.3～0.8。
【IPC分類】F01D5/14, F01D5/02
【公開號】CN105422186
【申請?zhí)枴緾N201510956218
【發(fā)明人】張揚軍, 趙榮超, 諸葛偉林, 黃開勝, 邢衛(wèi)東, 張俊躍
【申請人】清華大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月18日