[发明专利]控制涡轮叶尖间隙流动的机匣及叶片联合造型方法

说明书

控制涡轮叶尖间隙流动的机匣及叶片联合造型方法，属于叶轮机械被动流动控制技术领域。本发明是为了解决现有叶顶间隙的设置形式产生的泄漏涡与叶栅上通道涡易形成掺混损失，造成的能量损失大的问题。它包括：在轴流式涡轮转子叶栅内，以有限定义域内双峰高斯函数曲线为叶片中弧线节距方向的型线，构建连续光顺的机匣内壁曲面；机匣的轴向位置点x的定义域为叶片叶顶前缘前侧1％轴向弦长至尾缘后侧1％轴向弦长；机匣的径向位置点y的定义域为不超过2.5％叶高。本发明将涡轮的机匣及叶片重新造型。

技术领域

本发明涉及控制涡轮叶尖间隙流动的机匣及叶片联合造型方法，属于叶轮机械被动流动控制技术领域。

背景技术

为避免动叶与机匣产生有摩擦的相对运动，涡轮叶栅与机匣之间会保留叶顶间隙，叶顶间隙的存在会使泄漏流体加速流入叶栅并在其吸力面一侧流出，最终卷起形成泄漏涡。正是由于泄漏涡的存在，使叶栅上通道涡造成的损失要明显强于下通道涡，因此，泄漏涡成为叶栅气动损失的主要来源之一，因此，采用各种流动控制方法来控制上通道涡的形成和发展成为了提高叶栅气动性能的重要手段。

目前，针对通道涡的流动控制方法主要分为主动流动控制和被动流动控制两种。其中，主动流动控制方法通常引入外加能量源，如射流漩涡发生器以及等离子体激励器，这种方法虽然能够在不同工况下进行调节，但实现结构复杂，成本较高；而被动流动控制方法主要通过改变几何结构实现对流场的调整，如翼刀，凹槽等，这种方法的实现结构简单，成本较低，但受制于有限工况。针对带有叶顶间隙的复杂环境，采用结构简单的被动控制方式更符合实际需求。

为保证旋转叶片与机匣间存在一定的裕度空间，现有的机匣处理研究多采用槽、缝相结合的形式，从节距方向来看，其构造的上端壁型线均满足特殊的锯齿状分布，通常来说，流体在连续光顺的表面流动受到的阻力最小。

发明内容

本发明目的是为了解决现有叶顶间隙的设置形式产生的泄漏涡与叶栅上通道涡易形成掺混损失，造成的能量损失大的问题，提供了一种控制涡轮叶尖间隙流动的机匣及叶片联合造型方法。

本发明所述控制涡轮叶尖间隙流动的机匣及叶片联合造型方法，它包括：

在轴流式涡轮转子叶栅内，以有限定义域内双峰高斯函数曲线为叶片中弧线节距方向的型线，构建连续光顺的机匣内壁曲面；

所述双峰高斯函数曲线表达式为：

其中x为机匣的轴向位置点，y为机匣的径向位置点，n₁为第一峰峰高系数，n₂为第一峰峰高位置系数，n₃为第一峰峰宽系数，n₄为第二峰峰高系数，n₅为第二峰峰高位置系数，n₆为第二峰峰宽系数；

机匣的轴向位置点x的定义域为叶片叶顶前缘前侧1％轴向弦长至尾缘后侧1％轴向弦长；机匣的径向位置点y的定义域为不超过2.5％叶高。

进一步地，它还包括构造与机匣内壁曲面相同的曲面贴片，所述曲面贴片用于相应的安置在叶片叶顶的上表面。

进一步地，所述叶片为直叶片。

本发明的优点：本发明以有限定义域内双峰高斯函数曲线为中弧线节距方向的型线，构建连续光顺的三维涡轮上端壁曲面，它通过双峰曲线的曲率变化使机匣内壁(涡轮上端壁)表面的压力重新分布，能使叶片吸力面侧中后部形成两个凹陷的低压区，使叶片上通道涡的位置整体沿叶高向机匣方向迁移，缩减其作用范围，并延缓上通道涡向下游扩张的趋势，有效的改善了流场中的流动情况，降低了涡轮叶栅转子能量损失。

采用本发明方法重新构造后的机匣及叶片结构简单，并且构造成本较低，对通道涡的控制效果良好。

附图说明