[发明专利]基于端壁粗糙区域的提升盘腔封严效率的方法

说明书

一种提升叶轮机械涡轮盘腔封严效率的方法，该方法包括以下步骤：步骤1，利用计算流体力学方法获取原型叶轮机械涡轮盘腔密封效率值；步骤2，在原型几何基础上，在涡轮端壁上和/或附近布置若干壁面粗糙区域，利用步骤1所述的计算流体力学方法确定改型后的叶轮机械涡轮盘腔封严效率；步骤3，调整所述壁面粗糙区域的位置、尺寸、形状和/或粗糙度数值，并依据步骤1所述的计算流体力学方法对叶轮机械涡轮盘腔封严效率进行计算求解，得到使叶轮机械涡轮盘腔封严效率最大的相关参数。本发明应用壁面粗糙区域来增大盘腔密封效率，具有通用性好，实用性强，密封效率提升效果明显的优点。

技术领域

本发明涉及叶轮机械涡轮盘腔封严领域，尤其涉及一种基于端壁粗糙区域的提升盘腔封严效率的方法。

背景技术

叶轮机械被广泛应用于工业领域，比如航空发动机、地面燃气轮机、汽轮机以及矿井通风和管道运输等等。在叶轮机械运行中为避免转子与静子间摩擦，设计时转静子间留有一定空隙，该空隙即为盘腔。为避免涡轮主流中的高温燃气进入盘腔损害轮盘结构，通常从压气机侧引冷气对盘腔出口封严，然而在一定量冷气情况下，涡轮主流端壁处周向压力不对称会产生对盘腔的入侵。如何利用端壁壁面粗糙区域来控制周向压力均匀性，进而提高盘腔封严效率，这缺乏相应的研究方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于端壁粗糙区域的提升盘腔封严效率的方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于端壁粗糙区域的提升盘腔封严效率的方法，包括以下步骤：

步骤1，利用计算流体力学方法获取原型叶轮机械涡轮盘腔密封效率值；

步骤2，在原型几何基础上，在涡轮端壁上和/或附近布置若干壁面粗糙区域，利用步骤1所述的计算流体力学方法确定改型后的叶轮机械涡轮盘腔封严效率；

步骤3，调整所述壁面粗糙区域的位置、尺寸、形状和/或粗糙度数值，并依据步骤1所述的计算流体力学方法对叶轮机械涡轮盘腔封严效率进行计算求解，得到使叶轮机械涡轮盘腔封严效率最大的相关参数。

其中，步骤1中，利用计算流体力学方法获取原型叶轮机械涡轮盘腔密封效率值时，密封效率使用基于浓度的定义方式。

其中，所述基于浓度的定义方式的计算公式如下所示：

其中，c、c_o及c_∞分别表示任意位置、叶轮机械涡轮盘腔进口及主流进口处示踪粒子浓度，使用数值计算中的附加变量对示踪粒子进行模拟。

一种叶轮机械涡轮盘腔的制造方法，包括以下步骤：

通过如上所述的提升叶轮机械涡轮盘腔封严效率的方法得到使叶轮机械涡轮盘腔封严效率最大的壁面粗糙区域的位置、尺寸、形状和/或粗糙度数值参数；

基于上述壁面粗糙区域的位置、尺寸、形状和/或粗糙度数值参数在制造的叶轮机械涡轮盘腔上形成对应的壁面粗糙区域。

一种根据如上所述的制造方法制造得到的叶轮机械涡轮盘腔。

一种采用如上所述的叶轮机械涡轮盘腔的叶轮机械。

基于上述技术方案可知，本发明的方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一或其中的一部分：

本发明应用壁面粗糙区域来增大盘腔密封效率，具有通用性好，实用性强，密封效率提升效果明显的优点。

附图说明

图1是本发明实施例的基于粗糙区域的盘腔密封效率提高方法工作流程图；

图2是本发明实施例的动静叶及盘腔几何位置关系图；