CN100494640C - 大小叶片串列叶栅叶轮及压气机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大小叶片串列叶栅叶轮及压气机，大小叶片串列叶栅叶轮包括前排叶片和后排叶片，后排叶片的前缘插入到前排叶片的间隙之间。后排叶片的前缘距前排叶片的前缘的距离等于前排叶片的前缘与后缘之间的距离的20%-70%。后排叶片的后缘位于所述前排叶片的后缘的前面10%到后面50%处。既不增加叶轮的轴向尺寸、又能有效抑制气流在叶片吸力面后部的分离。

Description

大小叶片串列叶栅叶轮及压气机
技术领域
本发明涉及一种叶片式叶轮机械装置，尤其涉及一种大小叶片串列叶栅叶轮及压气机。
背景技术
叶片式压气机一般用于给气体增压，分为轴流式、离心式和斜流式压气机。轴流式压气机气体的流动方式是轴向排气，轴向出气；离心式压气机气体的流动方式是轴向进气，径向排气；斜流式压气机是轴流与离心压气机的折衷，轴向进气，与轴向有一定角度排气。轴流式和斜流式压气机包括叶轮，包括动轮和静轮，叶轮上设有叶片。叶轮及其叶片的结构形式对压气机的增压能力影响极大。
目前，提高轴流式和斜流式压气机增压能力的方法有两个，一个是增加转子叶轮的转速，一个是增加气流经过叶片后的转角。提高转速导致压气机进口处气流相对叶片的流速超音，从而产生激波，激波的存在可以起到增压的作用，但太强的激波会导致叶面边界层分离造成压气机效率下降。
所以如何通过加大气流转角的方式增加压气机增压能力是目前的主要研究方向。即通过增加气流通过叶栅后的转角，来增加叶栅的做功能力。
如图1所示，现有技术中，通过串列叶栅来增加气流通过叶栅后的转角。当气流在叶栅中需要的转角过大时，靠单排叶片已很难完成任务，这时可以采用两排叶片1、2，将气流转弯角度分配到两排叶片1、2上。串列叶栅也可以看成是将单排长叶片的中间断开，这样后排叶片2的边界层从其前缘开始增加，到其尾缘处边界层不至于如单排长叶片一样厚，可以有效防止分离的发生。另外，前排叶片1压力面后部的气流速度较高，对后排叶片2吸力面的边界层也有加速作用，同样可以抑制分离。
上述现有技术至少存在以下缺点：
两排叶片占用的轴向长度较长，对于航空发动机这样的对尺寸和重量要求很高的应用上，长的轴向长度使其整体长度和重量都有所增加。另外，串列叶栅中后排叶片2对前排叶片1的控制作用很微弱，若前排叶片吸力面后部的边界层发生分离，只增加后排叶片是无能为力的。
发明内容
本发明的目的是提供一种既不增加轴向尺寸、又能有效抑制气流在叶片吸力面后部的分离的大小叶片串列叶栅叶轮及压气机。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的大小叶片串列叶栅叶轮，包括前排叶片和后排叶片，所述后排叶片的前缘插入到所述前排叶片的间隙之间；
所述后排叶片的后缘位于所述前排叶片的后缘的前面，且所述后排叶片的后缘距所述前排叶片的后缘的距离小于或等于所述前排叶片的前缘与后缘之间的距离的10％；或者，
所述后排叶片的后缘位于所述前排叶片的后缘的后面，且所述后排叶片的后缘距所述前排叶片的后缘的距离小于或等于所述前排叶片的前缘与后缘之间的距离的50％。
本发明的压气机，包括上述的大小叶片串列叶栅叶轮。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的大小叶片串列叶栅叶轮及压气机，由于后排叶片的前缘插入到所述前排叶片的间隙之间，既不增加轴向尺寸、又能有效抑制气流在叶片吸力面后部的分离。
附图说明
图1为现有技术中的叶轮的结构示意图；
图2为本发明的大小叶片串列叶栅叶轮的结构示意图。
具体实施方式
本发明的大小叶片串列叶栅叶轮，其较佳的具体实施方式如图2所示，包括前排叶片1和后排叶片2，后排叶片2的前缘插入到前排叶片1的间隙之间。
后排叶片2的前缘距前排叶片1的前缘的距离等于前排叶片的前缘与后缘之间的距离的20％—70％，可以是20％、40％、50％、70％等，即在图2中0.2≤Cl/C≤0.7。
后排叶片2的后缘可以位于前排叶片1的后缘的前面，也可以位于前排叶片1尾缘的后面，也可以是前排叶片1与后排叶片2的后缘平齐。
当后排叶片2的后缘位于前排叶片1的后缘的前面时，后排叶片的后缘距前排叶片的后缘的距离可以小于等于前排叶片的前缘与后缘之间的距离的10％。
当后排叶片2的后缘位于前排叶片1的后缘的后面时，后排叶片2的后缘距前排叶片1的后缘的距离可以小于等于前排叶片1的前缘与后缘之间的距离的50％。
即后排叶片2的尾缘位于前排叶片1的尾缘前10％到后50％处，即在图2中—0.1<(Ct-C)/C<0.5。
对同一个后排叶片2来讲，其前缘和后缘的上述的距离值在叶片高度方向上不一定是相同的值，而是可以根据具体流动结构进行优化，得到最好的气动性能。
本发明的压气机，包括上述的大小叶片串列叶栅叶轮。
本发明将常规串列叶栅中的后排叶片2的前缘进一步伸入前排叶片1之间，将后排叶片的周向位置置于两个前排叶片1的中间。这样形成的前排叶片1轴向长度较大，称为大叶片，后排叶片2轴向长度通常较小，称为小叶片。
对于高速可压缩流动，气流对流通面积较为敏感，小叶片的厚度的设计要满足一定面积变化规律，在尾缘处小叶片的厚度减小到0，这时采用小叶片尾缘在大叶片尾缘之后的设计更为合理，在大叶片尾缘处因小叶片仍然具有一定的厚度，流通面积在下游进一步扩张，增压得以更加平顺。
本发明的优点在于，采用基于大、小叶片的串列叶栅方式，可以充分利用大、小叶片与串列叶栅的优点。前面大部分类似于大、小叶片，可以让气流转更大的角度而不分离，增加了叶栅的扩压能力。后部小叶片尾缘不与大叶片尾缘齐平增加了设计时的控制参数，通常将小叶片尾缘置于大叶片尾缘之后，这样可以有效避免大小叶片机同时到达尾缘而产生的气流流通面积增大过快引起的局部分离。气流离开大叶片后，因小叶片厚度的减小而继续扩压，因扩压程度有限，不易造成小叶片表面边界层的分离。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种大小叶片串列叶栅叶轮，包括前排叶片和后排叶片，其特征在于，所述后排叶片的前缘插入到所述前排叶片的间隙之间；
所述后排叶片的后缘位于所述前排叶片的后缘的前面，且所述后排叶片的后缘距所述前排叶片的后缘的距离小于或等于所述前排叶片的前缘与后缘之间的距离的10％；或者，
所述后排叶片的后缘位于所述前排叶片的后缘的后面，且所述后排叶片的后缘距所述前排叶片的后缘的距离小于或等于所述前排叶片的前缘与后缘之间的距离的50％。
2、根据权利要求1所述的大小叶片串列叶栅叶轮，其特征在于，所述后排叶片的前缘距所述前排叶片的前缘的距离等于所述前排叶片的前缘与后缘之间的距离的20％—70％。
3、根据权利要求2所述的大小叶片串列叶栅叶轮，其特征在于，所述后排叶片的前缘距所述前排叶片的前缘的距离等于所述前排叶片的前缘与后缘之间的距离的50％。
4、一种压气机，其特征在于，包括权利要求1、2或3所述的大小叶片串列叶栅叶轮。
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