离心叶轮叶片及构型方法与离心压气机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110725808A(43)申请公布日2020.01.24(21)申请号201911057995.4(22)申请日2019.10.31(71)申请人中国科学院工程热物理研究所地址100190北京市海淀区北四环西路11号(72)发明人李紫良卢新根韩戈阳诚武赵胜丰(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人王中苇(51)Int.Cl.F04D29/30(2006.01)F04D29/66(2006.01)G06F30/17(2020.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称离心叶轮叶片及构型方法与离心压气机(57)摘要本发明涉及一种控制离心叶轮流动的叶片，该叶片的尾缘至距离尾缘预设长度的位置之间的叶片部分沿叶片的叶高方向为弯曲结构，弯曲结构沿压气机周向凸起的方向与离心叶轮旋转的方向相反。其中，距离尾缘预设长度的位置为在气体流动方向上，距离压气机气流进口40％～70％叶片流道长度的位置。该叶片可减弱由叶根指向叶尖的压力梯度，从而抑制低能流体在叶尖附近的堆积，同时能够减弱叶轮通道内由压力面指向吸力面的横向压力梯度，从而抑制低能流体在吸力面的堆积，在不降低离心叶轮做功能力的前提下有效改善叶轮内部流动及出口流场均匀性，最终改善叶轮通道内二次流动和叶轮出口的“尾迹-射流”结构。该叶片构型结构相对简单、易于加工。CN110725808ACN110725808A权利要求书1/1页1.一种离心叶轮叶片，其特征在于，所述叶片的尾缘至距离所述尾缘预设长度的位置之间的叶片部分沿叶片的叶高方向为弯曲结构，所述弯曲结构沿压气机周向凸起的方向与所述离心叶轮旋转的方向相反。2.根据权利1所述的离心叶轮叶片，其特征在于，所述距离所述尾缘预设长度的位置为在气体流动方向上，距离所述离心叶轮气流进口40％～70％叶片流道长度的位置。3.根据权利要求1所述的离心叶轮叶片，其特征在于，所述弯曲结构沿压气机周向凸起部分所占幅值不大于所述叶片的出口叶高的60％。4.根据权利要求1所述的离心叶轮叶片，其特征在于，在同一叶高位置，所述叶片表面沿气体流动方向的切线与所述离心叶轮轴向的夹角大小沿气体流动方向变化连续。5.根据权利要求1所述的离心叶轮叶片，其特征在于，在同一叶高位置，所述叶片表面沿气体流动方向的切线与叶轮旋转轨迹切线方向的夹角大小沿气体流动方向变化连续。6.根据权利要求1所述的离心叶轮叶片，其特征在于，所述叶片的结构在叶片流道方向及叶高方向具有几何连续性。7.根据权利要求1所述的离心叶轮叶片，其特征在于，所述叶片表面光滑过渡。8.一种离心压气机，其特征在于，所述离心压气机的叶轮叶片采用权利要求1-7任一项所述的离心叶轮叶片。9.一种离心叶轮叶片的构型方法，其特征在于，包括：基于连续曲线函数，对所述叶片的叶片角分布控制线和叶片周向相位角控制线进行设计，使得所述叶片角分布控制线和叶片周向相位角控制线为连续函数，其中，所述叶片角指所述叶片表面沿气体流动方向的切线与所述离心叶轮轴向的夹角，所述叶片周向相位角指所述叶片表面沿气体流动方向的切线与叶轮旋转轨迹切线方向的夹角；对不同叶高位置的所述叶片角分布控制线和叶片周向相位角控制线进行积叠，使得所述叶片的尾缘至距离所述尾缘预设长度的位置之间的叶片部分沿叶片的叶高方向为弯曲结构；其中，至少包括三条所述叶片角分布控制线和三条所述叶片周向相位角控制线。10.根据权利9所述的构型方法，其特征在于，所述连续曲线函数包括B样条曲线函数、Spline差值曲线函数、正弦函数、余弦函数、插值曲线函数中的至少一种。2CN110725808A说明书1/4页离心叶轮叶片及构型方法与离心压气机技术领域[0001]本发明涉及中小型航空发动机/燃气轮机压气机技术领域，尤其涉及离心叶轮叶片及构型方法与离心压气机。背景技术[0002]离心压气机由于具有单级压比高、工作范围广、结构简单、可靠性高等优点，在小型燃气轮机及中小型航空发动机中得以广泛应用。然而，离心压气机由于其内部的复杂流动，其效率相较与轴流式压气机通常较低。由于气流在离心叶轮内部的流动受到叶轮旋转产生的离心力和流道折转产生的科氏力作用，分离流动在离心压气机中更容易发生，使得脱流、回流及二次流动现象显著增强，并最终在离心叶轮出口形成高度不均匀的流场结构：即表现为气流在叶轮出口从轮盘到轮盖、从叶片压力面到吸力面的高度不均匀速度场，人们一般称之为“尾迹-射流”结构。离心叶轮出口“尾迹-射流”结构不仅加剧了叶轮流动损失，同时严重影响了离心叶轮下游的扩压器部件性能，不利于扩压器部件的设计。[0003]目前克服“尾迹-射流”结构的方法有多种。例如，通过叶片后弯在叶片通道内施加一与科氏力方向相反的力，从而抑制