[发明专利]一种适用于5-6MW等级超临界二氧化碳向心透平的叶轮及叶轮叶片的造型方法

说明书

一种适用于5‑6MW等级超临界二氧化碳向心透平的叶轮及叶轮叶片的造型方法，属于透平叶轮的研发制造技术领域。本发明包括轮盘，轮盘上呈逆时针布置有叶片，叶片包括叶片根部、叶片弧形部和叶片顶部；叶轮叶片入口区域、叶轮叶片出口区域在子午面内的型线与轴向方向的夹角为入口倾角α1和出口倾角α2，α1为90度，α2为0度；叶轮叶片入口区域与轮盘进气侧圆周线A的切线方向的夹角为入口叶片角β1，为90度；叶轮叶片出气侧区域与轮盘出气侧圆周线B的切线方向的夹角为出口叶片角β2，出口叶片角β2从轮盘侧至轮盖侧为68度至22.9度。本发明叶轮叶片压力面与吸力面的斜率与曲率光顺，气动效率高，强度满足校核标准，可在变工况条件下安全高效运行。

技术领域

本发明涉及一种向心透平的叶轮及叶轮的造型方法，属于透平叶轮的研发制造技术领域。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术具有良好的发展潜力，在核能发电、太阳能发电、工业废热发电等领域均具有广阔的应用前景。超临界二氧化碳向心透平是影响超临界二氧化碳布雷顿循环机组的核心部件，是目前国内外都在竞相研发的新型动力装置，其内部工质二氧化碳往往在高温高压条件下工作，超临界二氧化碳也具有其独特的物性变化特点，因此以超临界二氧化碳为工质的向心透平设计具有很大的难度。目前国内研发机构所设计的超临界二氧化碳向心透平功率等级较低，一般不超过2MW；叶轮是影响超临界二氧化碳向心透平输出功率与效率的关键部件，但是目前叶轮品种单一，叶轮叶片型面不光顺，效率低，使用寿命短。因此，研发设计一种应用于5-6MW 功率等级超临界二氧化碳向心透平的叶轮已成为急待解决的技术问题，并且该叶轮具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明针对现有技术中上述的不足，提供了一种适用于5-6MW等级超临界二氧化碳向心透平的叶轮及叶轮叶片的造型方法。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种适用于5-6MW等级超临界二氧化碳向心透平的叶轮，包括轮盘和叶片，所述的轮盘上呈逆时针布置有叶片，叶片包括叶片根部、叶片弧形部和叶片顶部；

叶轮入口半径R1为153mm，叶轮出口根部半径R2为20.54mm，叶轮出口顶部半径R3为91.87mm；叶轮入口叶片高度Z1为20.88mm，叶轮叶片轴向长度Z2为81.41mm；

叶轮叶片入口区域、叶轮叶片出口区域在子午面内的型线与轴向方向的夹角为入口倾角α1和出口倾角α2，入口倾角α1为90度，出口倾角α2为 0度；

叶轮叶片入口区域与轮盘进气侧圆周线A的切线方向的夹角为入口叶片角β1，入口叶片角β1为90度；

叶轮叶片出气侧区域与轮盘出气侧圆周线B的切线方向的夹角为出口叶片角β2，出口叶片角β2从轮盘侧至轮盖侧为68度至22.9度。

进一步地、所述的叶片前缘周向角与尾缘周向角的差值为叶片包角dθ，叶片包角dθ为21.5度。

进一步地、所述的叶片厚度沿径向方向从叶片根部至叶片顶部呈减薄趋势；

前缘点处叶型厚度沿径向方向从叶根至叶顶为3.64mm至1.8mm，截面叶型厚度最大值沿径向方向从叶根至叶顶为7.3mm至3.64mm；

进一步地、所述的叶片的个数为15个，叶片在轮盘的周向均匀分布，叶片与轮盘一体铸造成型。

一种适用于5-6MW等级超临界二氧化碳向心透平的叶轮叶片的造型方法，具体包括如下步骤：

步骤一、构造叶轮叶片子午面型线；

步骤二、构造Z-θ流面型线；

步骤三、确定叶型厚度的分布规律；