[发明专利]一种凹凸外环造型的带冠涡轮

说明书

本发明提供一种凹凸外环造型的带冠涡轮，包括机匣、轮毂，轮毂上沿圆周均匀安装有叶片，轮毂和叶片均安装在机匣里，叶片端部所组成的圆周上安装有叶冠，叶冠外壁安装篦齿，篦齿将叶冠容腔分为三个区域，依次分别为进口腔、篦齿齿腔、出口腔，两个篦齿之间的容腔称为篦齿齿腔，篦齿齿腔内的机匣型线采用凹造型或者凸造型，叶冠及篦齿与其顶部的机匣壁面之间形成间隙。本发明可以提高带冠低压涡轮级效率、结构简单，具有工程实用价值。

技术领域

本发明属于涡轮技术领域，具体涉及一种凹凸外环造型的带冠涡轮。

背景技术

涡轮内部转静部件之间为了避免碰撞和摩擦会设置一定的间隙，涡轮转子通道内的部分流体会通过这个间隙形成涡轮叶尖泄漏流动，其损失是涡轮级总涡轮级损失的重要组成部分。低压涡轮叶片上通常带有叶冠结构，而叶冠上的篦齿封严结构可以抑制泄漏流动，减小泄漏损失，但带冠涡轮的泄漏流动仍对涡轮级性能有着重要的影响。因此，如何减小带冠低压涡轮的泄漏损失一直是低压涡轮叶冠泄漏流动研究的热点和难点问题之一。

控制泄漏量是提升涡轮性能的直接途径，要想减小泄漏量，就需要增大泄漏流的流动阻力，最常见的方法是调整篦齿结构，其中最直接的做法是增加篦齿齿数。篦齿齿数越多，流动阻力越大，泄漏量越小。泄漏流流出叶冠容腔后与主流掺混引起的损失是泄漏损失的重要组成部分。泄漏流与主流的速度差直接决定了这部分掺混损失的大小，其中泄漏流与主流切向速度差是引起掺混损失的主要来源。在叶冠容腔内安置导流片可以偏转泄漏流的方向，调节泄漏流的切向速度大小从而减小泄漏流与主流的切向速度差，降低掺混损失。

然而研究表明泄漏量与篦齿齿数的平方根成反比，因此当篦齿齿数大于3时，再增加篦齿齿数对泄漏量的影响较小。同时，在叶冠上方增加篦齿会增大叶冠结构的质量，从而增大叶片的离心应力，限制涡轮的转速，影响到涡轮的做功能力。

在叶冠容腔内部安装导流片尽管得到了试验和数值计算的验证，但试验采用的是模拟试验工况，是在低温低压的条件下进行的。较薄的导流片在发动机实际工作状态中的工作可靠性并未得到验证。此外，为了不增加叶冠结构的重量，导流片通常安置在机匣上，但导流片的安装会额外增添多道工序，同时也会增加机匣结构的复杂性，一定程度上会影响结构的稳定性。因此目前还难以应用于实际的低压带冠涡轮上。

发明内容

本发明的发明目的提供提高带冠低压涡轮级效率、结构简单具有工程实用价值的一种具有凹凸外环造型的带冠涡轮。该涡轮叶冠容腔区域的机匣造型从外观上看有凹陷或者凸包。

具体的为：

一种凹凸外环造型的带冠涡轮，包括机匣、轮毂，轮毂上沿圆周均匀安装有叶片，轮毂和叶片均安装在机匣里，叶片端部所组成的圆周上安装有叶冠，叶冠外壁安装篦齿，篦齿将叶冠容腔分为三个区域，依次分别为进口腔、篦齿齿腔、出口腔，两个篦齿之间的容腔称为篦齿齿腔，篦齿齿腔内的机匣型线采用凹造型或者凸造型，叶冠及篦齿与其顶部的机匣壁面之间形成间隙。

篦齿齿腔处的机匣型线向篦齿齿腔内部凹陷的机匣造型，其几何曲线为一段圆弧，圆弧的起点和终点分别对应两个篦齿齿顶的边缘。

而对于篦齿齿腔处机匣型线向篦齿齿腔外凸的机匣造型，其几何曲线有两条直线段和过渡圆弧构成。

附图说明

图1为本发明的结构示意图之一；

图2为本发明的结构示意图之二；

图3为实施例中算例B的机匣结构示意图；

图4为实施例中算例C的机匣结构示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。