CN113790175B - 一种改善导叶尾涡的径向进气室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善导叶尾涡的径向进气室，包括：一种改善导叶尾涡的导叶，所述导叶设有凹槽，所述凹槽的开口设于所述导叶的尾缘。在导叶上设置凹槽，使上端壁的气流经过凹槽向导叶叶根尾涡补充气流，进而能够削弱导叶叶根处的尾涡，减弱动静干涉强度，保障转子叶轮安全可靠运行，提高离心式压气机的寿命。

Description

一种改善导叶尾涡的径向进气室
技术领域
本发明涉及叶轮机械领域，尤其涉及一种改善导叶尾涡的径向进气室。
背景技术
当今社会，离心压气机在国防科技领域发挥着越来越重要的作用，它是航海、能源、化工等领域的重要部件。离心压气机的进气室一般有轴向进气室和径向进气室，相比之下，径向进气室因为其结构紧凑，便于布置，故而被广泛应用。
径向进气室的作用首先使气流从压气机的径向方向进入进气室，充满进气室之后，引导气流沿设计的进气室型线转为轴向流动，进而进入首级叶轮。在此过程中气流从径向流动经进气室转为轴向流动，由于径向进气室在结构上非对称，并牵引气流转向，导致进气室出口气流复杂，增加压气机损失。为改善径向进气室流场，在其内部设置导叶是目前主流方法，导叶的存在势必导致尾涡出现，由于在下端壁的流体相比上端壁的流体所经过的流线要短，导致下端壁流体经过导叶形成的尾涡未能有效消除，造成导叶后叶轮叶片出现周期性疲劳破坏，严重影响压气机的寿命及安全稳定运行。
发明内容
本发明提供一种改善导叶尾涡的径向进气室，以解决导叶尾涡引发的动静干涉导致叶轮出现疲劳破坏，压气机寿命降低，运行不够安全稳定等问题。
一种改善导叶尾涡的径向进气室，包括导叶，导叶设有凹槽，凹槽的开口设于导叶的尾缘。
进一步地，凹槽从导叶的尾缘向叶尖方向延伸，凹槽的宽度从叶顶向叶根方向逐渐减小。
进一步地，凹槽的开口设于导叶的0.05展向高度至0.95展向高度处。
进一步地，凹槽的长度为导叶弦长的1/3-1/2，且凹槽的长度随导叶叶型弯角的增大而减小。
进一步地，凹槽的宽度为导叶尾缘宽度的1/3-1/2。
进一步地，还包括外壳，外壳上设有进气室出口，进气室出口周向设有导叶，导叶的尾缘均朝向进气室出口。
进一步地，外壳上设有进气室入口，进气室入口方向为进气室径向方向，导叶相对于进气室的子午面对称设置。
本发明有益效果：在导叶上设置凹槽，使上端壁的气流经过凹槽向导叶叶根尾涡补充气流，进而能够削弱导叶叶根处的尾涡，减弱动静干涉强度，保障转子叶轮安全可靠运行，提高离心式压气机的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中公开的一种改善导叶尾涡的径向进气室结构示意图；
图2为本发明实施例中公开的导叶凹槽放大图：
图3为本发明实施例中公开的导叶放大图；
图4为本发明实施例中公开的导叶凹槽展向截面图；
图5为本发明实施例中公开的导叶凹槽径向截面图；
图6为本发明实施例中公开的径向进气室子午面流道截面图；
图7为本发明实施例中公开的不同叶高测点的位置图；
图8为本发明实施例中公开的导叶工作过程中，监测的0.1展向高度尾迹波动图；
图9为本发明实施例中公开的导叶工作过程中，监测的0.5展向高度尾迹波动图；
图10为本发明实施例中公开的导叶工作过程中，监测的0.9展向高度尾迹波动图。
图中：1-进气室入口、2-导叶、3-进气室出口、4-进气室外壳、5-凹槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：一种改善导叶尾涡的径向进气室，包括：外壳4和导叶2，所述外壳4上设有进气室出口3，所述进气室出口3周向设有所述导叶2，所述导叶2的尾缘均朝向所述进气室出口3。
如图2-5所示：导叶2设有凹槽5，所述凹槽的开口设于所述导叶2的尾缘。
所述凹槽5从所述导叶2的尾缘向叶尖方向延伸，所述凹槽5的宽度从叶顶向叶根方向逐渐减小。
所述凹槽5的长度为所述导叶2弦长的1/3-1/2，且所述凹槽5的长度随所述导叶2叶型弯角的增大而减小。
所述凹槽5的宽度为所述导叶2尾缘宽度的1/3-1/2。
导叶叶型保持原有设计，提供导叶应有的均布流场的功能，凹槽未影响导叶分布与叶型，不会对压气机气动性能产生不良影响。所述凹槽5的开口设于所述导叶2的5％展向高度至95％展向高度处，展向，即为叶片高度方向。
如图6所示：所述外壳4上设有进气室入口1，所述进气室入口1方向为进气室径向方向，所述导叶2相对于所述进气室的子午面对称设置，子午面为将进气室沿中线切开的面。
气流在进入叶轮之前，进气室进行转弯，受弯道的上下端壁影响，气流在弯道的下端壁的压力低于上端壁的压力，部分气流会从弯头的上端壁流向下端壁，产生径向流动。因此，借助该流动趋势，在导叶上设置凹槽，会使上端壁的气流经过凹槽向导叶叶根尾涡补充气流，进而能够很大程度上削弱导叶叶根处的尾涡，减弱动静干涉强度，保障转子叶轮安全可靠运行。
如图8-10所示：为验证效果，对未开槽导叶径向进气室(ORI)和开槽导叶径向进气室(OPT)分别通过ANSYS中的CFX软件进行模拟计算；其边界条件如下：模拟中流体湍流度5％，总能方程、参考压力为0Pa、设置进口总压：6.53Mpa、进口总温：45℃；设置出口质量流量60.9747kg/s；墙面设置边界绝热无滑移；选用K-E湍流模型。
经仿真计算，监测如图7所示的三个不同叶高处整周的叶片尾涡周期性变化情况。横坐标为测点序号，纵坐标为总压。对于原型导叶径向进气室，相比于90％展向高度叶高，在10％展向高度、50％展向高度处的尾涡周期性变化幅值较低，其中10％展向高度叶高处叶片后尾涡波动最小，在90％展向高度叶高处的尾迹周期性波动最大。对导叶开槽的径向进气室，开槽后的叶片对10％展向高度、50％展向高度叶高处的尾涡幅值变化较小；叶片上开槽很大程度上降低了90％展向高度叶高处的尾迹波动，这样就在很大程度上降低了径向进气室导叶产生的尾涡对首级叶轮前缘的周期性应力变化幅值，从而增强了叶轮抵抗疲劳破坏的周期，增加了叶轮的运行寿命。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种改善导叶尾涡的径向进气室，其特征在于，包括导叶（2），所述导叶（2）设有凹槽（5），所述凹槽（5）的开口设于所述导叶（2）的尾缘；
外壳（4），所述外壳（4）上设有进气室出口（3），所述进气室出口（3）周向设有所述导叶（2），所述导叶（2）的尾缘均朝向所述进气室出口（3）；
所述外壳（4）上设有进气室入口（1），所述进气室入口（1）方向为进气室径向方向，所述导叶（2）相对于所述进气室的子午面对称设置，子午面为将进气室沿中线切开的面；
所述凹槽（5）从所述导叶（2）的尾缘向叶尖方向延伸，所述凹槽（5）的宽度从叶顶向叶根方向逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的一种改善导叶尾涡的径向进气室，其特征在于，所述凹槽（5）的开口设于所述导叶（2）的5%的展向高度至95%的展向高度范围内，展向为叶片高度方向。
3.根据权利要求1所述的一种改善导叶尾涡的径向进气室，其特征在于，所述凹槽（5）的长度为所述导叶（2）弦长的1/3-1/2，且所述凹槽（5）的长度随所述导叶（2）叶型弯角的增大而减小。
4.根据权利要求1所述的一种改善导叶尾涡的径向进气室，其特征在于，所述凹槽（5）的宽度为所述导叶（2）尾缘宽度的1/3-1/2。
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