[发明专利]一种采用端壁分区造型设计的涡轮叶栅

说明书

本申请提供了一种采用端壁分区造型设计的涡轮叶栅，包括：端壁及多个叶片。端壁与叶片压力面之间设有压力侧凸起；压力侧凸起的各个轴向截面顶点均位于压力侧顶点线上。端壁与叶片吸力面之间设有吸力侧凸起，吸力侧凸起的各个轴向截面顶点均位于吸力侧顶点线上。本申请提供的涡轮叶栅，根据二次流发展机理以及吸力侧与压力侧的不同流场特征，对叶栅流道端壁进行针对性分区域造型处理设置压力侧凸起及吸力侧凸起，压力侧凸改变了压力面角区展向静压梯度分布，有效地降低了马蹄涡强度；吸力侧凸起增强吸力面角区的流场稳定性，且能够提高叶片尾缘吸力面角区展向静压梯度、抑制壁角涡与低能流体堆积，有效地减少了二次流损失。

技术领域

本申请涉及机械技术领域，尤其涉及一种采用端壁分区造型设计的涡轮叶栅。

背景技术

涡轮是一种将流动工质的能量转换为机械功的旋转式动力机械，涡轮在旋转过程中，在近涡轮的叶片顶部和根部区域的端壁边界层内流体流动速度较低，气流从吸力面到压力面的离心力作用不足以抵消压力面与吸力面间的横向压力梯度，于是在这两处的边界层中就形成了气流由压力面到吸力面的二次流动。为实现涡轮性能的提高，需要降低该二次流的产生，并且降低因二次流产生而损失的能量。

发明内容

本申请的目的是提供一种能够抑制马蹄涡的产生，且能够降低伴随该马蹄涡的二次流动损失的涡轮叶栅。

为了实现上述至少之一的目的，本申请提供了一种采用端壁分区造型设计的涡轮叶栅，包括：端壁及沿所述端壁周向设置的多个叶片，相邻所述叶片之间形成风道，所述风道包括进风口和出风口；其中，所述端壁与所述叶片的压力面之间设置有压力侧凸起；所述压力侧凸起的压力侧顶点位于所述压力面上；所述压力侧凸起与所述叶片的相交线为压力侧顶点线，在所述压力侧凸起以所述端壁的轴线为法线的各个截面上，所述压力侧凸起的各个截面顶点均位于所述压力侧顶点线上；所述压力侧顶点与所述叶片的前缘点的连线在所述叶片的轴向弦线上的投影长度为所述轴向弦线长度的5％～20％；在所述端壁的径向上，所述压力侧凸起的截面积从所述压力侧凸起的底端向所述压力侧顶点逐渐减小。

在其中的一些实施例中，所述压力侧凸起邻近所述进风口的第一斜面的坡度大于所述压力侧凸起邻近所述出风口的斜面的坡度。

在其中的一些实施例中，所述第一斜面的坡度为1:1～5:1。

在其中的一些实施例中，所述第二斜面的坡度小于1:5。

在其中的一些实施例中，所述第一斜面位于所述涡轮叶栅的额线与所述压力侧顶点之间。

在其中的一些实施例中，所述端壁与所述叶片的吸力面之间设置有吸力侧凸起；所述吸力侧凸起的吸力侧顶点位于所述吸力面上；所述吸力侧凸起与所述叶片的相交线为吸力侧顶点线，在所述吸力侧凸起以所述端壁的轴线为法线的各个截面上，所述吸力侧凸起的各个截面顶点均位于所述吸力侧顶点线上；所述吸力侧顶点与所述叶片的前缘点的连线在所述叶片的轴向弦线上的投影长度为所述轴向弦线长度的80％～95％，在所述端壁的径向上，所述吸力侧凸起的截面积从所述吸力侧凸起的底端向所述吸力侧顶点逐渐减小。

在其中的一些实施例中，所述吸力侧凸起邻近所述进风口的第三斜面的坡度小于所述吸力侧凸起邻近所述出风口的第四斜面的坡度。

在其中的一些实施例中，所述第三斜面的坡度小于1:5。

在其中的一些实施例中，所述第四斜面的坡度为1:5～1:1

在其中的一些实施例中，所述第三斜面在所述端壁的轴向上的长度为所述轴向弦线长度的15％～30％。

本申请的上述技术方案具有如下优点：压力侧凸起提高了叶片前缘附近压力面角区展向静压梯度，从而改变压力面角区展向静压梯度分布，抑制边界层外主流的“下洗”运动，进而起到削弱马蹄涡的作用，即减少了二次流中马蹄涡的强度，有效地降低了因马蹄涡而损失的机械能量，有效地提高了涡轮叶栅的整机工作效率。

附图说明