[发明专利]流线隧道式涡轮

说明书

本发明公开了流线隧道式涡轮，属于涡轮领域，涡轮采用封闭式结构，其内部包括多个流道，且所述流道的中心线为三维曲线。涡轮在结构上采用流线隧道式，流道内的气体以高雷诺数流动；并应用三次埃尔米特曲线的流道中心线成形方法可准确控制流道构造角，且曲线的曲率平缓过渡。本发明公开的流线隧道式涡轮具有很好的密封效果且能够大幅降低间隙泄漏损失，同时具有更大的强度以及更小的流动损失的优点。

技术领域

本发明涉及涡轮领域，尤其涉及流线隧道式涡轮。

背景技术

涡轮是应用于燃气轮机、涡轮增压器等机械中的核心零件，通常长期与高温废气接触，处于高温、腐蚀气流的持续冲刷下，工作条件极为恶劣。又因工况变化频繁，叶片往往承受着冲击载荷。然而在结构上，传统的开式涡轮叶轮叶片单薄，强度较差，且存在间隙泄漏损失，影响着涡轮效率及寿命。在工艺上，由于涡轮结构截面变化大、叶片流线复杂且薄，传统的精密铸造方法不可避免存在铸造缺陷，难以进一步提高其机械与力学性能。因此，无法满足既要涡轮具有较高的高温持久强度极限以及良好的抗疲劳和抗蠕变性能的同时，又要材料具有良好的铸造性能和高温下组织的稳定性的要求。

发明内容

为了克服现有技术中涡轮存在的缺陷，本发明所需解决的问题在于提出流线隧道式涡轮，使得涡轮具有较高的高温持久强度极限以及良好的抗疲劳和抗蠕变性能的同时，又要材料具有良好的铸造性能和高温下组织的稳定性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的流线隧道式涡轮：

涡轮采用封闭式结构，其内部包括多个流道，且所述流道的中心线为三维曲线。

优选地，所述三维曲线的方程构造为柱面埃尔米特曲线向中心线所在环曲面做柱面投影所得的投影曲线，所述三维曲线的方程为柱面埃尔米特曲线与中心线所在环曲面的组合。

优选地，所述流道的各处法向截面为圆或者椭圆中的任意一种，所述流道的各处法向截面为椭圆时，其长轴向xy平面的投影与该点半径线垂直，截面椭圆长短轴之比保持不变；根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，由此构成完整流道。

优选地，所述流道可分为多组，各组之间的流道进出口可分布在不同的半径上，多个流道周向均布且关于转子轴线中心对称。

优选地，所述涡轮材料包括陶瓷复合材料或者高温合金材料中的任意一种，制造工艺采用3D打印或注射成型中的任意一种。

优选地，涡轮的外表面设置有篦齿结构，与特殊设计的机匣形成阶梯式密封结构。

优选地，所述柱面埃尔米特曲线为平面埃尔米特曲线弯曲为柱面所得，该柱面半径为流道出口所在半径，轴为涡轮轴线。

优选地，所述流道的中心线所在环曲面为流道中心子午线绕涡轮轴线旋转一周所得曲面。

本发明的有益效果为：

本发明提供的流线隧道式涡轮，在结构上采用流线隧道式，流道内的气体以高雷诺数流动，因此水力阻力较低，有利于提高增压器效率，并且相比于叶片式结构，其工作轮强度更大，遇到研磨颗粒、焊粒、砂砾等不易损坏；应用三次埃尔米特曲线的流道中心线成形方法可准确控制流道构造角，且曲线的曲率平缓过渡，可保证流道内较小的流动损失；阶梯式迷宫密封结构充分利用了流线孔道式涡轮外侧圆锥面，且具有很好的密封效果，大大降低了间隙泄漏损失。综上，涡轮具有很好的密封效果且能够大幅降低间隙泄漏损失，同时具有更大的强度以及更小的流动损失的优点。

附图说明

图1为单组流道的流线隧道式向心涡轮子午面示意图；

图2为完整流道及流道法向截面示意图；

图3为某三组流道向心涡轮示意图。