[发明专利]一种低进气度部分进气涡轮级间过渡段结构及其设计方法

权利要求书

1.一种低进气度多级部分进气涡轮级间过渡段结构，所述过渡段包括一过渡段内端壁、一过渡段外端壁和两个相对的过渡段周向侧壁面，所述过渡段内端壁、过渡段外端壁及过渡段周向侧壁面构成一两端开口端过渡段气流流道，其特征在于，

--所述过渡段气流流道包括进气口和出气口，所述进气口与过渡段前面级部分进气涡轮的出口联接，所述出气口与过渡段后面级部分进气涡轮的进口联接，所述过渡段前面级部分进气涡轮和过渡段后面级部分进气涡轮沿涡轮轴向同轴布置；

--所述过渡段内端壁的半径R1、过渡段外端壁的半径R2沿涡轮轴向保持不变，所述过渡段周向侧壁面包括一顺着气流预旋方向的过渡段周向侧壁面和一逆着气流预旋方向的过渡段周向侧壁面，其中，所述顺着气流预旋方向的过渡段周向侧壁面沿周向先收缩后扩张，扩张角沿周向先减小后增加，其周向扩张角大于另一侧过渡段周向壁面扩张角。

2.根据权利要求1所述的过渡段结构，其特征在于，所述顺着气流预旋方向的过渡段周向侧壁面的扩张角按照所述过渡段前面级部分进气涡轮的进气区主流与非进气区游隙流体速度的矢量和确定。

3.根据权利要求1或2所述的过渡段结构，其特征在于，逆着气流预旋方向的另一侧周向边界的扩张角为0～3°。

4.根据权利要求1或2所述的过渡段结构，其特征在于，所述过渡段气流流道的喉口与所述进气口的轴向距离L₀与过渡段轴向长度L之比为0.2～0.4。

5.根据权利要求4所述的过渡段结构，其特征在于，所述过渡段气流流道的喉口面积与进气口面积之比为1:1～1:1.10。

6.一种适用于上述任一项权利要求所述的低进气度多级部分进气涡轮级间过渡段结构的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

SS1.沿过渡段高度方向，将过渡段分为若干层截面，各层截面的过渡段轮廓包括一进口边界、一出口边界及两个周向边界；

SS2.确定过渡段各层截面的进口初始几何参数：

根据过渡段前面级部分进气涡轮的出口进气区的形状和尺寸确定过渡段进口的形状和尺寸，使过渡段进口的形状和尺寸与过渡段前面级部分进气涡轮出口进气区的形状和尺寸相匹配；

根据过渡段前面级部分进气涡轮的出口轮毂半径确定过渡段内端壁半径R1，根据过渡段前面级涡轮出口上端壁半径确定过渡段外端壁半径R2；

根据确定的过渡段内端壁半径R1和过渡段外端壁半径R2形成一圆环结构，根据确定的过渡段进口的形状和尺寸确定过渡段进口面积；

按照步骤SS1确定的过渡段的截面层数，沿过渡段高度方向分层，从而分别确定过渡段各层截面进口边界点A1和A2，其中，A2为顺着气流预旋方向的进口边界点，A1为与A2相对的另一进口边界点；

SS3.确定过渡段各层截面的进口气动参数：根据步骤SS1所确定的过渡段沿高度方向的分层，计算过渡段前面级部分进气涡轮出口对应各层的进气区与非进气区气动参数周向分布，按照质量平均方式获得过渡段各层截面的进口气流预旋与气流速度的平均值；

SS4.设定过渡段各层截面的喉口轴向位置，并设定过渡段各层截面的喉口面积；

SS5.确定过渡段各层截面的出口边界点几何位置：

首先假定过渡段未在周向方向减速扩压，气流以步骤SS3所确定的入口气流参数流入过渡段，并最终以该气流参数流出过渡段，此时两过渡段周向边界的曲线均为一条由进口平均预旋确定的直线段；

根据过渡段轴向长度L，获得过渡段未扩压时各层截面的出口边界点A3和A4，其中，A4为顺着气流预旋方向的出口边界点，A3为与A4相对的另一出口边界点；

随后，在各层截面的出口边界点A3和点A4的基础上，通过给定过渡段各层截面两侧周向边界的扩张角，确定考虑扩压效应后的过渡段出口边界点C1和C2，其中，C2为顺着气流预旋方向的出口边界点，C1为与C2相对的另一出口边界点；

SS6.确定过渡段各层截面的喉口的边界点B1和B2：

根据步骤SS1确定的过渡段内、外端壁半径R1、R2，确定过渡段最小截面处圆环结构；

根据步骤SS4确定的过渡段各层截面喉口的轴向位置及其面积，确定其形状；

根据步骤SS5确定的未考虑扩压效应的过渡段各层截面周向边界与过渡段各层截面喉口的交点确定逆着气流预旋方向的过渡段周向边界点B2；

根据过渡段各层截面喉口面积及边界点B2，确定顺着气流预旋方向的过渡段周向边界点B1；

SS7.确定过渡段各层截面的几何型线：

根据步骤SS2确定的过渡段各层截面的进口边界点A1和A2、步骤SS5确定的喉口边界点B1和B2、步骤SS6确定的过渡段出口边界点C1和C2，采用贝塞尔曲线将A1、B1和C1光滑连接获得过渡段各层截面的逆着气流预旋方向的周向边界的型线；采用贝塞尔曲线将A2、B2和C2光滑连接获得过渡段各层截面的顺着气流预旋方向的周向壁面型线；采用圆弧将A1和A2连接获得过渡段进口边界型线；采用圆弧将C1和C2连接获得过渡段出口边界型线；

SS8.由过渡段各层截面的几何型线形成最终的过渡段三维几何。