一种耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构.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CN110608068A(43)申请公布日2019.12.24(21)申请号201910854065.5(22)申请日2019.09.10(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)发明人王星陈海生李文张雪辉朱阳历(51)Int.Cl.F01D9/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构(57)摘要为解决低展弦比径流导叶端壁二次流明显、通道涡尺寸相对较大、出口气流均匀性差等技术问题，本发明涉及一种耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构，通过在径流涡轮导叶前端壁和后端壁采用非轴对称凹凸端壁结构，并可与具有三维构型的径流涡轮导叶形成更加有效控制流道二次流损失。本发明通过对叶栅进行改造，具体是通过将所述前端壁、后端壁的内表面分别设置为非轴对称的凹凸端壁结构，使得每一所述流动通道的流通面积变化，并使得每一所述流动通道一侧的压力面与另一侧的吸力面之间的气流压差降低，进而影响二次流速度分布，延迟通道涡的形成和发展，降低通道涡强度，最终实现二次流损失的降低。CN110608068ACN110608068A权利要求书1/1页1.一种耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构，包括前端壁、后端壁以及设置在所述前端壁与后端壁之间并在周向上均匀布置的多个径流涡轮导叶，其特征在于，相邻两所述径流涡轮导叶之间形成一流动通道，所述流动通道的一侧为一所述径流涡轮导叶的压力面，所述流动通道的另一侧为另一所述径流涡轮导叶的吸力面，所述前端壁、后端壁基本呈圆盘状结构，且所述前端壁、后端壁的内表面分别形成为非轴对称的凹凸端壁结构，使得每一所述流动通道的流通面积变化，并使得每一所述流动通道一侧的压力面与另一侧的吸力面之间的气流压差降低。2.根据上述权利要求所述的耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构，其特征在于，所述非轴对称的凹凸端壁结构，其几何构型曲线为有理B样条曲面、三角函数、多项式函数、傅里叶级数、衰减函数等。3.根据上述权利要求所述的耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构，其特征在于，所述非轴对称的凹凸端壁结构，其结构形状为前端壁凸起后端壁凹陷、前端壁凹陷后端壁凸起、一侧吸力面附近凸起另一侧压力面附近凹陷、一侧吸力面附近凹陷另一侧压力面附近凸起等。4.根据上述权利要求所述的耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构，其特征在于，所述非轴对称的凹凸端壁结构，其数量、间隔距离、形状、长度根据实际几何尺寸和运行工况确定。5.根据上述权利要求所述的耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构，其特征在于，各所述径流涡轮导叶采用三维构型结构。6.根据上述权利要求所述的耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构，其特征在于，所述三维构型结构为叶片由压力面向吸力面方向弯曲、叶片由吸力面向压力面方向弯曲、叶片由叶根向叶顶方向扭转一定角度、叶片由叶顶向叶根方向扭转一定角度、叶片中部扭转一定角度、叶根和叶顶扭转一定角度等。7.根据上述权利要求所述的耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构，其特征在于，各所述径流涡轮导叶的弯曲幅度、扭转角度根据实际径流涡轮几何参数、运行工况确定。8.一种径流涡轮，其特征在于，所述径流涡轮包括上述耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构。9.根据上述权利要求所述的径流涡轮，其特征在于，所述径流涡轮的类型为向心式、混流式、单级或多级结构，涡轮个数及几何外形和结构尺寸、转速随总体热力学设计参数确定。10.根据上述权利要求所述的径流涡轮，其特征在于，所述径流涡轮的工作介质是空气、氮气、氧气、二氧化碳、天然气、氨气、氟利昂或水蒸气等。2CN110608068A说明书1/4页一种耦合非轴对称端壁的径流涡轮导叶结构技术领域[0001]本发明属于流体机械中的径流涡轮领域，涉及一种径流涡轮导叶结构，具体地说是一种耦合非轴对称端壁的高效低展弦比三维径流涡轮导叶结构。背景技术[0002]近年来，利用气体工质压力能和热能的径流涡轮应用十分广泛，结构型式也多种多样，为工业生产、民众生活提供电力和动力。为了使单位体积的设备在同等热力参数下尽可能多的输出机械能，就需要提高径流涡轮的效率。作为旋转机械的一种，为了实现工质气体的能量转换和做功，径流涡轮大多采用导叶结构形式，在导叶压力面和吸力面势必会形成压差，而这种压差会使流动通道内产生由叶片压力面向相邻叶片吸力面方向的二次流动，并进一步形成通道涡，在造成二次流损失的同时，也会改变导叶出口气流角，影响了出口气流的均匀性。由于径流涡轮流量相对较小，径流导叶展弦比较低，相对叶高减小，因此二次流和通道涡在流道内的影响范围相对增大，构成了该类导叶流动损失的重要造成部分，因此采用合适的技术手段控制低展弦比径流顶