一種葉輪機械非軸對稱分布的入口導葉結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及流體力學領域中的葉輪機械，具體地說是葉輪機械中的非軸對稱分布的入口導葉結構。
【背景技術】
[0002]以各種流體作為工作介質(zhì)的葉輪機械應用已十分廣泛，結構型式也多種多樣，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)通過靜止的導葉改變流體的狀態(tài)(如壓力、溫度、速度等)，通過旋轉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計水平。
[0003]在目前的葉輪機械設計體系中，均假設流動工質(zhì)在進口截面為穩(wěn)定、均勻狀態(tài)，各排導葉和動葉(出于結構強度或內(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用中，有部分機組入口導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構，盡可能地減小進氣的不均勻性，但仍達不到設計葉輪時采用的工質(zhì)穩(wěn)定均勻進口流動狀態(tài)假設條件地面或船用燃機配有將氣流由徑向轉為軸向的進氣蝸殼(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為軸向的進氣蝸殼，那么轉子動力學的穩(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90°的氣流組織得很好，蝸殼與入口導葉交接面的工質(zhì)有明顯的非軸對稱分布特點航空發(fā)動機由于側風、旋流、機動動作或發(fā)射武器導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構即使經(jīng)過盡可能地優(yōu)化設計，也仍然會由于尺寸限制、氣流折轉以及中間的環(huán)形導流盆結構，使得入口導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)，即入口導葉及下游的其它葉片工作在非設計工況，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葉結構，該結構對入口導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)更接近設計工況，彌補目前葉輪機械設計體系采用穩(wěn)定均勻進口流動狀態(tài)假設條件的不足，為入口導葉的設計增加了兩個自由度，設計更加靈活，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葉結構在設計時，引入了考慮工質(zhì)進口非穩(wěn)定均勻流動狀態(tài)的入口導葉非軸對稱分布的設計理念，挖掘提高葉輪性能和穩(wěn)定性的潛力，對機組的結構布置和造價沒有明顯影響，具有很好的應用前景。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型的技術解決方案如下:
[0006]一種葉輪機械非軸對稱分布的入口導葉結構，所述葉輪機械包括至少一排靜止的入口導葉及位于入口導葉下游的至少一排旋轉的動葉，所述入口導葉和動葉沿周向布置，有共同的軸心，其特征在于:所述入口導葉為非軸對稱分布結構，流體工質(zhì)依次從葉輪機械的入口導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，且包含入口導葉及其下游至少一排動葉的葉輪機械，根據(jù)入口導葉前的進口截面上流動工質(zhì)的流場特點對入口導葉進行非軸對稱分布設計，主要通過數(shù)值計算軟件分析入口導葉的整周流場來完成優(yōu)化，必要時通過實驗方法驗證設計方案。
[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葉結構中，各所述入口導葉周向非均勻分布，各導葉間隔不均勻，但各所述入口導葉的幾何形狀、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葉結構中，各所述入口導葉周向均勻分布，但入口導葉的幾何形狀、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葉結構中，各所述入口導葉周向非均勻布置，且入口導葉的幾何形狀、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構的壓縮機、泵或膨脹機。
[0015]優(yōu)選地，所述葉輪機械的旋轉葉輪為徑流式、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葉優(yōu)化設計的潛力，提出了非軸對稱入口導葉結構，彌補目前葉輪機械設計體系采用穩(wěn)定均勻進口流動狀態(tài)假設條件的不足，在對機組現(xiàn)有結構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，適用于各種結構類型、流動工質(zhì)的葉輪機械；
[0019]2.在實際應用中，可以根據(jù)設計精度、造價、裝配難度等靈活選取所述的三種非軸對稱入口導葉結構。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的應用帶有進氣蝸殼的齒輪箱式軸