CN102937067B - 同径叶轮组的差距线凸出面轮毂 - Google Patents

Abstract

本发明的同径叶轮组的差距线凸出面轮毂，其特殊之处在于：差距线凸出面轮毂的圆柱面为弧状差距线凸出面，差距线凸出面轮毂与前、尾端直线和各弧点直线长度都相同的导向叶片间隙配合，数个前端直线和各比例点直线长度都相同的多比例线叶片均布在差距线凸出面轮毂圆周，导向叶片与导叶片轮毂配合和多比例线叶片与动叶片轮毂配合都消除了配合的夹角。本发明的有益效果是，同径叶轮组的差距线凸出面轮毂能消除配合夹角，避免流道内部发生扰动产生涡流，保持流体压力速度平稳，保证每组叶轮都同时工作在较佳工作状态，达到较高的机械效率。

Description

同径叶轮组的差距线凸出面轮毂

技术领域

    本发明属于轮毂，涉及一种同径叶轮组的差距线凸出面轮毂。

背景技术

    专利号为201110141839.3，专利名称为一种应用流体动力做功的同径叶轮组，说明书第4页小标题10夹角，多比例线叶片与轮毂配合处有一定夹角，为保证流体的转角为45度圆弧，在具体设计应用中应稍加微调。

发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种保证流体速度平稳、避免局部发生扰动产生涡流、消除配合夹角的同径叶轮组的差距线凸出面轮毂。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的同径叶轮组的差距线凸出面轮毂，其特殊之处在于：差距线凸出面轮毂的圆柱面为弧状差距线凸出面，差距线凸出面轮毂与前、尾端直线和各弧点直线长度都相同的导向叶片间隙配合，数个前端直线和各比例点直线长度都相同的多比例线叶片均布在差距线凸出面轮毂圆周，导向叶片与导叶片轮毂配合和多比例线叶片与动叶片轮毂配合都消除了配合的夹角。

优选方案为，所述弧状差距线凸出面，以叶片高度形成的45度圆弧，各弧点直线长度分别减去叶片长度，等于各弧点直线的各差距点，各差距点到叶轮中心的距离分别减去轮毂半径得出的距离为各差距点的凸出度，各差距点的连线就是轮毂圆柱面凸出的弧状差距线凸出面。差距线凸出面轮毂适应于水轮机组、汽轮机组、燃气轮机组或喷气式发动机组。所述喷气式发动机同径叶轮组的差距线凸出面轮毂为圆柱体，轮毂圆柱面为弧状差距线凸出面，内部设有高压腔和低压腔冷却空气流道，中心设有轴孔。动叶片轮毂则多设有安装多比例线叶片的配合槽，多设有高压腔进入多比例线叶片冷却的进气孔和冷却空气进入低压腔的回路孔。高压腔的冷却气由压气机提供，经多比例叶片闭式冷却后进入低压腔，根据龙卷风原理低压腔的冷却空气在喷尾中心排出，产生龙卷风效应，提高发动机整体性能。

本发明的有益效果是，同径叶轮组的差距线凸出面轮毂能消除配合夹角，避免流道内部发生扰动产生涡流，保持流体压力速度平稳，保证每组叶轮都同时工作在较佳工作状态，达到较高的机械效率。

附图说明

图1为本发明各弧点直线与叶片长度比较示意图。

图2为本发明坐标定位示意图。

图3为本发明弧状差距线凸出面示意图。

图4为本发明轮毂截面示意图。

图5为本发明喷气式发动机同径叶轮组剖视示意图。

图中，1弧状差距线凸出面、2导叶片轮毂、3导向叶片、4进气孔、5动叶片轮毂、6多比例线叶片、7回路孔、8低压腔、9高压腔、10轴、11轴孔、A轮毂半径、B叶片长度、C叶片高度。

具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

本发明的同径叶轮组的差距线凸出面轮毂，差距线凸出面轮毂的圆柱面为弧状差距线凸出面1，差距线凸出面轮毂2与前、尾端直线和各弧点直线长度都相同的导向叶片3间隙配合，数个前端直线和各比例点直线长度都相同的多比例线叶片6均布在差距线凸出面轮毂5圆周，导叶片3与导叶片轮毂2配合和多比例线叶片6与动叶片轮毂5配合都消除了配合的夹角。所述弧状差距线凸出面，以叶片高度C形成的45度圆弧，各弧点直线长度分别减去叶片长度B，等于各弧点直线的各差距点，各差距点到叶轮中心的距离分别减去轮毂半径A得出的距离为各差距点的凸出度，各差距点的连线就是轮毂圆柱面凸出的弧状差距线凸出面1。差距线凸出面轮毂适应于水轮机组、汽轮机组、燃气轮机组或喷气式发动机组。所述喷气式发动机同径叶轮组的差距线凸出面轮毂为圆柱体，轮毂圆柱面为弧状差距线凸出面1，内部设有髙压腔9和低压腔8冷却气流道，中心设有轴孔11。动叶片轮毂5则多设有安装多比例线叶片6的配合槽，多设有高压腔9进入多比例线叶片6冷却的进气孔4和冷却空气进入低压腔8的回路孔7。高压腔9的冷却空气由压气机提供，经多比例线叶片6闭式冷却后进入低压腔8，根据龙卷风原理低压腔8的冷却空气在喷尾中心排出，产生龙卷风效应，提高喷气式发动机整体性能。

图5中，喷气式发动机同径叶轮组工作时，空气经压气机进入燃烧室供油燃烧，产生高温高压燃气，进入同径叶轮组缓波浪状流道，经前、尾端直线和各弧点直线长度都相同的导叶片3导向后，冲动前端直线和各比例点直线长度都相同的多比例线叶片6，进入下一级导叶片3导向，再冲动下一级多比例线叶片6，数个均布轮毂上的多比例线叶片6带动动叶片轮毂5、导叶片轮毂3、和轴10连同压气机同时转动。由于动叶片轮毂5与多比例线叶片6的紧密配合、导叶片轮毂2与导向叶片3的间隙配合都消除了配合夹角，避免了燃气在缓波浪状流道内部发生扰动产生涡流，保持燃气压力速度平稳，保证每组叶轮都同时工作在较佳工作状态，喷气式发动机可达到较高的机械效率。

    45°圆弧导向叶片与轮毂配合处，由于轮毂是圆柱体，导向叶片前端直线与尾端直线都是正对叶轮中心的直线，而圆弧的1/2处也就是中间处的圆弧点直线，偏离叶轮中心最远，与叶片前端直线和尾端直线均构成不等距夹角，由于夹角的存在，流道局部发生了变化，动态流体在通过时，将会引起流体流速不平稳，造成局部发生扰动形成涡流，直接影响同径叶轮组的工作状况。

    为了使同径叶轮组在工作过程中，保证流体速度平稳，避免局部产生涡流，叶片与轮毂的配合应作适当调整，具体设计方法如下：

    为了便于说明，设轮毂半径为A,叶片长度为B，叶轮半径包括轮毂半径和叶片长度。叶轮厚度也就是叶片高度为C，以叶高C为基础形成45度圆弧导向叶片。

    导向叶片的前端直线与尾端直线都是一端正对叶轮中心，并且两条直线都是在轮毂圆柱体的同一条圆弧点直线上，两条直线长短一致也就是叶片长度B。以45度圆弧的弧点直线，也就是45度圆弧1/2处弧点直线为D1，从D1弧点直线到前端直线分成若干份，分别为D2弧点直线，D3弧点直线，D4弧点直线……，所述D1弧点直线为轮毂边缘处到叶轮边缘处的距离，但D1弧点直线比B直线长，偏离叶轮中心也最远。D1弧点直线减B处记点，叫做D1差距点，D1差距点到叶轮中心的距离减去 A就是D1差距点到轮毂的距离；D2弧点直线减B处记点，叫做D2差距点，D2差距点到叶轮中心的距离减去A就是D2差距点到轮毂的距离；D3弧点直线减去B处记点，叫做D3差距点，D3差距点到叶轮中心的距离减去A就是D3差距点到轮毂的距离……，Dn等于B处为止。见图1。

    从D1弧点直线到尾端直线分成若干份，分别为D2弧点直线，D3弧点直线，D4弧点直线……。D2弧点直线减B处记点，叫做D2差距点，D2差距点到叶轮中心的距离减去A就是D2差距点到轮毂的距离；D3弧点直线减B处记点，叫做D3差距点，D3差距点到轮毂的距离；D4弧点直线减B处记点，叫做D4差距点，D4差距点到叶轮中心的距离减去A就是D4差距点到轮毂的距离，……，Dn等于B处为止。

    从D1差距点到前端点的D2差距点、D3差距点、D4差距点……，各差距点用线连起来；从D1差距点到尾端点的D2差距点、D3差距点、D4差距点……，各差距点用线连起来，从前端点到尾端点的各差距点用线连起来，我们叫做差距线，就形成了导向叶片与轮毂的配合线。现在导向叶片的前端直线与尾端直线及各条圆弧点直线的长度都相同，但与轮毂配合处却出现了空隙，利用互补法，这个空隙要由轮毂圆柱体的圆柱面来充实，也就是说圆柱面要形成一定的凸出面。

    轮毂圆柱体的圆柱凸出面设计时，以叶高C形成的45度圆弧为基础，在45度圆弧的前端点与尾端点做一条基准线，在45度圆弧D1圆弧点做一条与基准线平行的D1辅助线，45度圆弧线与D1辅助线交叉点，横向延伸记点，叫做D1基准点，找出D1圆弧点在竖坐标中的位置；在45度圆弧两D2圆弧点做一条与基准线平行的D2辅助线，45度圆弧线与D2辅助线交叉点，横向延伸分别记点，叫做D2基准点，分别找出两D2圆弧点在竖坐标中的位置；在45度圆弧两D3圆弧点做一条与基准线平行的D3辅助线，45度圆弧线与D3辅助线交叉点，横向延伸分别记点，叫做D3基准点，分别找出两D3圆弧点在竖坐标中的位置……直到基准线为止。见图2。

    轮毂圆柱体的圆柱面加工时，以D1基准点在竖坐标中的位置，以D1差距点离轮毂的距离，确定D1差距点在横坐标与竖坐标中的位置；以D2两基准点分别在竖坐标中的位置，以D2差距点离轮毂的距离，确定D2两差距点分别在横坐标与竖坐标中的距离；以D3两基准点分别在竖坐标中的位置，以D3差距点离轮毂的距离，确定D3两差距点分别在横坐标与竖坐标中的位置……。确定了各差距点在坐标中的位置，也就确定了轮毂圆柱体的圆柱面的凸出度，各差距点的连线叫做差距线，差距线遍布轮毂圆柱体全周，因此这条差距线就是轮毂与叶片的配合线，也是轮毂圆柱面的凸出加工型线。见图3。

  缓波浪状流道的设计是解决同径叶轮组的纵向问题，核心技术是多比例线叶片的设计，使动态流体经导向叶片和多比例线叶片的转角都是45度圆弧。而叶片与轮毂的配合方法则是解决同径叶轮组的横向问题，由于45度圆弧导向叶片的前端、尾端直线和各弧点直线的长度都相同，也就是说可以保证流道宽度相同，同时消除了配合夹角的存在，使动态流体经导向叶片45度圆弧时，保持流体速度平稳，避免流道内部发生扰动产生涡流。

    流体经导向叶片和多比例线叶片的转角都是45度圆弧，因此动叶片轮毂与导叶片轮毂结构相同，圆柱面都为弧状差距线凸出面。

喷气式发动机同径叶轮组的轮毂，则内部设有高压腔和低压腔冷却空气流道，中心设有轴孔。多比例线叶片均布轮毂圆周上，因此动叶片轮毂只是比导叶片轮毂多加工了安装多比例线叶片的配合槽，多设有高压腔进入多比例线叶片冷却空气的进气孔和冷却空气进入低压腔的回路孔（图4）。高压腔冷却空气由压气机提供，经多比例线叶片冷却后进入低压腔，根据龙卷风原理低压腔冷却空气在喷尾中心排出，由于喷尾中心压力低并且具有一定的吸附力，在便于冷却空气通流的状态下同时具有减轻压气机工作负担的作用，由于冷却空气在喷尾中心排出，也就是在高温燃气中心注入了较冷空气，产生龙卷风效应，强化了燃气的旋转能力，增加推动力，实现了不增加燃油量的喷尾加力目的，提高喷气式发动机整体性能。

Claims (3)

1.一种同径叶轮组的差距线凸出面轮毂，其特征是：差距线凸出面轮毂的圆柱面为弧状差距线凸出面，差距线凸出面轮毂与前、尾端直线和各弧点直线长度都相同的导向叶片间隙配合，数个前端直线和各比例点直线长度都相同的多比例线叶片均布在差距线凸出面轮毂圆周，导向叶片与导叶片轮毂配合和多比例线叶片与动叶片轮毂配合都消除了配合的夹角；

所述弧状差距线凸出面，以叶片高度形成的45度圆弧，各弧点直线长度分别减去叶片长度，等于各弧点直线的各差距点，各差距点到叶轮中心的距离分别减去轮毂半径得出的距离为各差距点的凸出度，各差距点的连线就是轮毂圆柱面凸出的弧状差距线凸出面；

所述同径叶轮组的差距线凸出面轮毂为圆柱体，轮毂圆柱面为弧状差距线凸出面，内部设有高压腔和低压腔冷却空气流道，中心设有轴孔；

动叶片轮毂则多设有安装多比例线叶片的配合槽，多设有高压腔进入多比例线叶片冷却的进气孔和冷却空气进入低压腔的回路孔。

2.根据权利要求1所述的同径叶轮组的差距线凸出面轮毂，其特征是：差距线凸出面轮毂适应于水轮机组、汽轮机组、燃气轮机组或喷气式发动机组。

3.根据权利要求1或2所述的同径叶轮组的差距线凸出面轮毂，其特征是：高压腔的冷却气由压气机提供，经多比例叶片闭式冷却后进入低压腔，根据龙卷风原理低压腔的冷却空气在喷尾中心排出，产生龙卷风效应。