基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法.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CN108487943A(43)申请公布日2018.09.04(21)申请号201810214041.9(22)申请日2018.03.15(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人俞建阳陈浮姜帅付云峰(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人刘景祥(51)Int.Cl.F01D11/08(2006.01)F01D5/20(2006.01)F01D9/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法(57)摘要基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法，属于叶轮机械被动流动控制技术领域。本发明是为了解决现有叶顶间隙的设置形式，使得泄漏流动损失大的问题。它包括：在轴流式涡轮转子叶栅内，以有限定义域内双峰高斯函数曲线为叶片中弧线节距方向的型线，构建连续光顺的机匣内壁曲面；在平顶动叶顶部设置曲面凹槽，所述曲面凹槽的侧壁厚为1％叶高，曲面凹槽的最深处不超过4％叶高；曲面凹槽的底面轮廓与机匣内壁曲面的相应位置表面轮廓相同；再将曲面凹槽的侧壁上表面修整为与机匣内壁曲面相应位置表面轮廓相同的叶顶外边缘轮廓。本发明可以更好的控制叶片间隙的泄漏流动。CN108487943ACN108487943A权利要求书1/1页1.一种基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法，其特征在于，它包括：在轴流式涡轮转子叶栅(1)内，以有限定义域内双峰高斯函数曲线为叶片中弧线(2)节距方向的型线，构建连续光顺的机匣内壁曲面(3)；所述双峰高斯函数曲线表达式为：其中x为机匣的轴向位置点，y为机匣的径向位置点，n1为第一峰峰高系数，n2为第一峰峰高位置系数，n3为第一峰峰宽系数，n4为第二峰峰高系数，n5为第二峰峰高位置系数，n6为第二峰峰宽系数；机匣的轴向位置点x的定义域为叶片叶顶前缘(4)前侧1％轴向弦长至尾缘(5)后侧1％轴向弦长；机匣的径向位置点y的定义域为不超过2.5％叶高；在平顶动叶顶部设置曲面凹槽(7)，所述曲面凹槽(7)的侧壁厚为1％叶高，曲面凹槽(7)的最深处不超过4％叶高；曲面凹槽(7)的底面轮廓与机匣内壁曲面(3)的相应位置表面轮廓相同；再将曲面凹槽(7)的侧壁上表面修整为与机匣内壁曲面(3)相应位置表面轮廓相同的叶顶外边缘轮廓(6)。2.根据权利要求1所述的基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法，其特征在于，所述动叶为直叶片。3.根据权利要求1或2所述的基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法，其特征在于，机匣的径向位置点y的定义域为不超过6mm。4.根据权利要求1或2所述的基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法，其特征在于，所述曲面凹槽(7)的侧壁厚为2mm。2CN108487943A说明书1/4页基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法技术领域[0001]本发明涉及基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法，属于叶轮机械被动流动控制技术领域。背景技术[0002]涡轮叶顶间隙泄漏流动不仅使得叶顶附近载荷降低，并且增加流动损失。研究表明，叶顶间隙流动区域内二次流损失只占10％，壁面附面层损失占3％，间隙引起的损失则高达87％。因此，研究叶顶间隙泄漏流动机理，改进叶顶及机匣结构，对改善叶顶区域流动状况、降低流动损失十分重要。[0003]目前，针对通道涡的流动控制方法主要分为主动流动控制和被动流动控制两种。其中，主动流动控制方法通常引入外加能量源，如射流漩涡发生器以及等离子体激励器，这种方法虽然能够在不同工况下进行调节，但实现结构复杂，成本较高；而被动流动控制方法主要通过改变几何结构实现对流场的调整，如翼刀，凹槽等，这种方法的实现结构简单，成本较低，但受制于有限工况。针对带有叶顶间隙的复杂环境，采用结构简单的被动控制方式更符合实际需求。发明内容[0004]本发明目的是为了解决现有叶顶间隙的设置形式，使得泄漏流动损失大的的问题，提供了一种基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法。[0005]本发明所述基于双峰函数控制间隙流动的机匣及叶顶凹槽设计方法，它包括：[0006]在轴流式涡轮转子叶栅内，以有限定义域内双峰高斯函数曲线为叶片中弧线节距方向的型线，构建连续光顺的机匣内壁曲面；[0007]所述双峰高斯函数曲线表达式为：[0008][0009]其中x为机匣的轴向位置点，y为机匣的径向位置点，n1为第一峰峰高系数，n2为第一峰峰高位置系数，n3为第一峰峰宽系数，n4为第二峰峰高系数，n5为第二峰峰高位置系数，n6为第二峰峰宽系数；[0010]机匣的轴向位置点x的定义域为叶片