[发明专利]一种带有动叶片边条小翼结构的变几何涡轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种变几何涡轮，尤其涉及一种带有动叶片边条小翼结构的变几何涡轮。

背景技术

燃气轮机经常会在非设计工况下工作，此时涡轮效率会大幅度降低。变几何涡轮技术可 有效地调节和优化燃气轮机各部件之间的匹配，提高燃气轮机的加减速特性和低工况性能。 调节涡轮静叶的安装角度则是一种行之有效的变几何方法。

现有技术的变几何涡轮，在低工况时，关小可调静叶减小工质流量和输出功率，而可调 静叶下游动叶却趋向在较大正攻角下运行，并且引起动叶吸力面前侧分离流动；在启动和加 速工况，开大可调静叶以增大燃气轮机压气机喘振裕度和燃气发生器剩余功率，而下游动叶 却趋向在较大负攻角下运行，造成动叶压力面出现严重分离流动。据研究表明，可调静叶关 小引起的动叶吸力面三维分离涡流场将导致变几何涡轮的效率更显著的下降，并且下降的幅 度高达5％。

为了减小变几何涡轮动叶前缘大攻角流动带来的不利影响，国内外研究人员提出变几何 涡轮动叶要采用较大负攻角的气动设计原则，进而指导动叶片叶型设计；然而，截至目前， 还未见可有效减小变几何涡轮动叶片前缘大攻角流动带来不利影响的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供即可在非设计工况尤其是在低工况下减小动叶片前缘根部的气流 攻角，抑制产生于动叶片根部的三维分离涡的展向发展，还可缩小可调静叶和动叶之间缝隙 出流与主流之间的速度不匹配程度，从而明显减小动叶通道内气动损失，而且还可在设计工 况下抑制通道涡的发展，从而具有良好全工况特性的一种带有动叶片边条小翼结构的变几何 涡轮。

本发明的目的是这样实现的：包括机匣、静叶轮毂和动叶轮毂，动叶轮毂设置在静叶轮 毂旁，在机匣和静叶轮毂之间且沿圆周方向均匀安装有可调静叶片、在机匣和动叶轮毂之间 且沿圆周方向均匀安装有动叶片，可调静叶片的上端面和下端面分别设置上旋转轴和下旋转 轴，上旋转轴嵌入到机匣内，下旋转轴嵌入到静叶轮毂内，动叶片安装在动叶轮毂上，动叶 轮毂里装配有轮毂旋转轴，在动叶片前缘根部向前扩展出有边条小翼结构。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述边条小翼结构沿根部叶型前缘点处中弧线切向方向的长度与叶片根部弦长的比 值为0.2～0.4，且其长度不超过叶片前轮毂的轴向宽度，边条小翼结构在叶型前缘点处径向高 度与叶片高度的比值为0.03～0.1。

2.所述动叶片边条小翼结构的顶部缘线为斜线、折线或光滑曲线形式。

3.所述上旋转轴和下旋转轴的轴线与可调静叶片的旋转轴线均位于同一直线上，上旋转 轴的轴径大于下旋转轴的轴径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明效仿飞机边条翼原理，结合变几何涡轮 在非设计工况下动叶片通道内三维分离涡流是从轮毂端壁产生并沿展向发展的实际情况，在 变几何涡轮动叶片前缘根部向前扩展出边条小翼结构；在非设计工况下，通过边条小翼结构 诱导出的细长涡系，在动叶片前缘根部将来流转正，形成等效零或小攻角工况运行；并且细 长涡系的流向发展也抑制了动叶通道内的分离涡尤其是低工况下吸力侧的开式分离涡沿展向 的发展；还可对可调静叶和动叶之间缝隙出流产生导向作用，从而缩小缝隙出流与主流之间 的速度不匹配程度；此外，在设计工况下，边条小翼所诱导的细长涡系通过旋涡之间的相互 作用也对通道涡的发展产生了抑制作用，从而减小了端区损失，整体上使得本发明具有良好 的全工况工作特性。此外，本发明结构也比较简单，易于工程实现。

附图说明

图1是带有动叶片边条小翼结构的变几何涡轮的子午视图；

图2是带有边条小翼结构的变几何涡轮动叶片结构示意图；

图3是边条小翼结构的子午视图；

图4是图3中的B向视图；

图5(a)、图5(b)和图5(c)分别是图3中边条小翼结构的其他结构形式的示意图。

图中：l为边条小翼结构沿叶型前缘点处中弧线切向方向的长度，h为边条小翼结构在叶 型前缘点处径向高度。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。