CN105422186A - 具有小叶片结构的轴流式涡轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有小叶片结构的轴流式涡轮，包括轮毂、多个主叶片及多个小叶片。轮毂设有前端面和周向面；多个主叶片均匀设置在轮毂的周向面上，具有压力面、吸力面及主叶片连接面，主叶片连接面设有第一前缘；小叶片与主叶片相间布置，具有小叶片连接面，小叶片连接面设有第二前缘。小叶片径向的高度为h，主叶片径向的高度为H，h/H为0.05～0.3；小叶片连接面轴向的弦长为L1，主叶片连接面轴向的弦长为L2，L1/L2为0.2～0.6；小叶片连接面的第二前缘距主叶片连接面的第一前缘的轴向长度为m，m/L为0～0.4；相邻两个主叶片连接面的第一前缘之间的周向角度为θ1，主叶片连接面的第一前缘与其吸力面所对的小叶片连接面的第二前缘之间的周向角度为θ2，θ2/θ1为0.3～0.8。

Description

具有小叶片结构的轴流式涡轮
技术领域
本发明涉及涡轮机械领域，尤其涉及一种具有小叶片结构的轴流式涡轮。
背景技术
涡轮是一种将流体工质能量转化为机械能输出的叶片式机械，流体工质在涡轮中膨胀并推动涡轮旋转，对外输出机械功。在轴流式涡轮中，流体工质以近乎轴向的角度流进涡轮，轴向流出。轴流式涡轮被应用于燃气轮机、涡轮活塞组合发动机以及涡轮复合内燃机等领域。
由于轴流式涡轮转子叶片的线速度随半径变化而变化，导致转子的相对进口气流角沿叶高方向变化，因此转子的叶型设计需要随叶高的变化而变化。在转子叶尖处，进口相对气流角较小，叶片进、出口转折角较小；而在转子叶片根部，由于进口相对气流角较大，因此叶片进、出口的转折角较大。由于流体在叶片根部经历大角度转折运动，容易导致流体在叶片吸力面处发生流动分离，导致了较大流动损失。而这种流动损失在进口不均匀来流的条件下会进一步扩大，在多级轴流式涡轮中(或者高压级为径流式/混流式涡轮，低压级为轴流式涡轮)，低压级的轴流涡轮进口气流在径向方向上的分布是不均匀的，由于低压级轴流涡轮的半径比高压级涡轮的半径大，连接高低压级涡轮的中间导管为“S”型，这导致了低压级涡轮进口气流的分布特征为叶根附近流体质量流量较大，而叶尖附近流体质量流量较小。流体在径向方向上的不均匀分布导致转子叶根处的负荷变大，因此叶根附近的流动分离现象更容易发生，分离尺度更大，导致涡轮性能的下降。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有小叶片结构的轴流式涡轮，其能减小涡轮的流动损失，提高涡轮的等熵效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有小叶片结构的轴流式涡轮，其包括轮毂、多个主叶片以及多个小叶片。
轮毂设有前端面和周向面。
所述多个主叶片均匀地设置在轮毂的周向面上，各主叶片具有：压力面，与进入的气流方向相对；吸力面，与压力面相反；以及主叶片连接面，为主叶片与轮毂的周向面连接的截面，设有靠近轮毂的前端面的第一前缘。
所述多个小叶片均匀地设置在轮毂的周向面上且与所述多个主叶片相间布置，各小叶片具有：小叶片连接面，为小叶片与轮毂的周向面连接的截面，设有靠近轮毂的前端面的第二前缘。
小叶片沿径向的高度为h，主叶片沿径向的高度为H，h/H的范围为0.05～0.3。
小叶片连接面沿轴向的弦长为L1，主叶片连接面沿轴向的弦长为L2，L1/L2的范围为0.2～0.6。
小叶片连接面的第二前缘距离主叶片连接面的第一前缘的轴向长度为m，m/L的范围为0～0.4。
相邻两个主叶片连接面的第一前缘之间的周向角度为θ1，主叶片连接面的第一前缘与其吸力面所对的小叶片连接面的第二前缘之间的周向角度为θ2，θ2/θ1的范围为0.3～0.8。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在相邻的主叶片之间添加对应的小叶片，而小叶片的各参数依照主叶片而定；由于轴流式涡轮的进口气流的不均匀性，容易导致主叶片连接面附近出现分离流动而增加涡轮的流动损失，而通过增加小叶片能够减小主叶片连接面的负荷，横向压力梯度减小，从而抑制主叶片形成的通道内二次流的横向运动，减小分离流的影响范围，从而减小主叶片连接面的流动损失，提高涡轮的等熵效率。
附图说明
图1为根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮的立体图；
图2为根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮的正视图；
图3为根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮的单个主叶片和小叶片的周向示意图；以及
图4为根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮的主叶片的主叶片连接面与小叶片的小叶片连接面的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1轮毂23主叶片连接面
11前端面231第一前缘
12周向面3小叶片
2主叶片31小叶片连接面
21压力面311第二前缘
22吸力面
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮。
参照图1至图4，根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮包括轮毂1、多个主叶片2以及多个小叶片3。
轮毂1设有前端面11和周向面12。
所述多个主叶片2均匀地设置在轮毂1的周向面12上，各主叶片2具有：压力面21，与进入的气流方向相对；吸力面22，与压力面21相反；以及主叶片连接面23，为主叶片2与轮毂1的周向面12连接的截面，设有靠近轮毂1的前端面11的第一前缘231。
所述多个小叶片3均匀地设置在轮毂1的周向面12上且与所述多个主叶片2相间布置，各小叶片3具有：小叶片连接面31，为小叶片3与轮毂1的周向面12连接的截面，设有靠近轮毂1的前端面11的第二前缘311。
小叶片3沿径向的高度为h，主叶片2沿径向的高度为H，h/H的范围为0.05～0.3。
小叶片连接面31沿轴向的弦长为L1，主叶片连接面23沿轴向的弦长为L2，L1/L2的范围为0.2～0.6。
小叶片连接面31的第二前缘311距离主叶片连接面23的第一前缘231的轴向长度为m，m/L的范围为0～0.4。
相邻两个主叶片连接面23的第一前缘231之间的周向角度为θ1，主叶片连接面23的第一前缘231与其吸力面22所对的小叶片连接面31的第二前缘311之间的周向角度为θ2，θ2/θ1的范围为0.3～0.8。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在相邻的主叶片2之间添加对应的小叶片，而小叶片3的各参数依照主叶片2而定；由于轴流式涡轮的进口气流(未示出)的不均匀性，容易导致主叶片连接面23附近出现分离流动而增加涡轮的流动损失，而通过增加小叶片3能够减小主叶片连接面23的负荷，横向压力梯度减小，从而抑制主叶片2形成的通道内二次流的横向运动，减小分离流的影响范围，从而减小主叶片连接面23的流动损失，提高涡轮的等熵效率。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在一实施例中，h/H的范围可为0.15～0.25。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在一实施例中，L1/L2的范围可为0.45～0.55。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在一实施例中，m/L2的范围可为0.1～0.2。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在一实施例中，θ1/θ2的范围可为0.5～0.6。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在一实施例中，h/H可为0.2。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在一实施例中，L1/L2可为0.5。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在一实施例中，m/L2可为0.1。
在根据本发明的具有小叶片结构的轴流式涡轮中，在一实施例中，θ1/θ2可为0.55。

Claims (9)

1.一种具有小叶片结构的轴流式涡轮，包括：
轮毂(1)，设有前端面(11)和周向面(12)；
多个主叶片(2)，均匀地设置在轮毂(1)的周向面(12)上，各主叶片(2)具有：
压力面(21)，与进入的气流方向相对；
吸力面(22)，与压力面(21)相反；以及
主叶片连接面(23)，为主叶片(2)与轮毂(1)的周向面(12)连接的截面，设有靠近轮毂(1)的前端面(11)的第一前缘(231)；
多个小叶片(3)，均匀地设置在轮毂(1)的周向面(12)上且与所述多个主叶片(2)相间布置，各小叶片(3)具有：
小叶片连接面(31)，为小叶片(3)与轮毂(1)的周向面(12)连接的截面，设有靠近轮毂(1)的前端面(11)的第二前缘(311)；
其特征在于，
小叶片(3)沿径向的高度为h，主叶片(2)沿径向的高度为H，h/H的范围为0.05～0.3；
小叶片连接面(31)沿轴向的弦长为L1，主叶片连接面(23)沿轴向的弦长为L2，L1/L2的范围为0.2～0.6；
小叶片连接面(31)的第二前缘(311)距离主叶片连接面(23)的第一前缘(231)的轴向长度为m，m/L的范围为0～0.4；
相邻两个主叶片连接面(23)的第一前缘(231)之间的周向角度为θ1，主叶片连接面(23)的第一前缘(231)与其吸力面(22)所对的小叶片连接面(31)的第二前缘(311)之间的周向角度为θ2，θ2/θ1的范围为0.3～0.8。
2.根据权利要求1所述的具有小叶片结构的轴流式涡轮，其特征在于，h/H的范围为0.15～0.25。
3.根据权利要求1所述的具有小叶片结构的轴流式涡轮，其特征在于，L1/L2的范围为0.45～0.55。
4.根据权利要求1所述的具有小叶片结构的轴流式涡轮，其特征在于，m/L2的范围为0.1～0.2。
5.根据权利要求1所述的具有小叶片结构的轴流式涡轮，其特征在于，θ1/θ2的范围为0.5～0.6。
6.根据权利要求1所述的具有小叶片结构的轴流式涡轮，其特征在于，h/H为0.2。
7.根据权利要求1所述的具有小叶片结构的轴流式涡轮，其特征在于，L1/L2为0.5。
8.根据权利要求1所述的具有小叶片结构的轴流式涡轮，其特征在于，m/L2为0.1。
9.根据权利要求1所述的具有小叶片结构的轴流式涡轮，其特征在于，θ1/θ2为0.55。
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