CN108591123B - 一种具有气热防冰功能的压气机进口导叶结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有气热防冰功能的压气机进口导叶结构，在叶身内部布置单个展向主通道和多个流向分通道，流向分通道在叶片尾缘附近与叶片吸力面相通，高温气体经展向主通道和流向分通道流入压气机主流道进行掺混。具体结构包括：去除前缘的进口导叶和去除尾缘的导叶套，沿导叶吸力面布置多个等深度流向凹槽。二者装配形成展向主通道，流向凹槽被导叶套覆盖区域作为流向分通道，未覆盖区域作为高温气体出口，高温气体经展向主通道和流向凹槽进入压气机主流道进行掺混。本发明能够沿展向均匀加热压气机进口导叶与第一级动叶之间的空气，并对压气机的内部流动影响很小。

Description

一种具有气热防冰功能的压气机进口导叶结构
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机设计领域，具体涉及一种压气机进口导叶的气热防冰结构。
背景技术
燃气涡轮发动机在高空或者寒冷地带工作时，发动机入口温度较低，即使环境温度高于零度时，发动机进气道同样可能结冰。发动机进气道结冰，主要指进气道前缘、整流罩、支板以及压气机进口导叶等处结冰。
气流在发动机进气道膨胀加速，会导致气流温度下降而结冰。当压气机采用跨音/超音叶型时，气流在叶片前缘区域膨胀加速，同样存在结冰的可能。气流经过压气机压缩后，温度升高，压气机后面级的转静部件通常不会结冰。
结冰严重影响发动机的正常工作。进气道结冰会改变气流通道的形状，减小发动机进气面积，致使进气流场畸变。在发动机振动作用下，结冰层可能会脱落进入压气机而损伤发动机零部件，引起意外停车。压气机转子结冰会改变叶型而使叶片偏离设计工作状态，导致叶型流动分离而使压气机失速。
发动机的防冰工作至关重要，气热防冰系统维护简单，工作可靠，已经得到广泛应用。发动机的气热防冰就是利用热空气加热发动机的待防护表面，从而避免过冷水滴冻结结冰。
现有气热防冰系统大多采用高温气体间接加热压气机主流的方式，先由高温气体加热空心导叶，再由空心导叶加热压气机主流，防冰效果有限。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，为满足压气机进口导叶和第一级动叶的防冰需求，本发明提供一种压气机进口导叶的气热防冰结构，在叶身内部布置单个展向主通道和多个流向分通道，各流向分通道在叶片尾缘附近与叶片吸力面相通，高温气体经展向主通道和流向分通道进入压气机主流道进行掺混，从而提高防冰效果。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种具有气热防冰功能的压气机进口导叶结构，包括压气机进口导叶和导叶套，其特征在于，
所述压气机进口导叶的前缘被流向切除面倾斜地部分切除，并至少保留所述压气机进口导叶叶顶处和/或叶根处的前缘，且前缘流向切除面在弦向位置上位于所述压气机进口导叶的叶型最大厚度的上游，
所述压气机进口导叶的吸力面上沿展向间隔开设若干流向凹槽，且各所述流向凹槽的上游边界与所述前缘展向切除面光滑过渡，下游边界与所述压气机进口导叶的尾缘近似平行；
所述导叶套为套设在所述压气机进口导叶外表面的空心叶型，
所述导叶套吸力面的尾缘被流向切除面全部切除，尾缘流向切除面在弦向位置上位于各所述流向凹槽的上下游边界之间，
且所述尾缘流向切除面在弦向位置上位于所述导叶套的叶型最大厚度的下游；
所述导叶套套设在所述压气机进口导叶外表面之后，各所述流向凹槽被所述导叶套部分地覆盖，各所述流向凹槽被覆盖的区域形成为流向分通道，未被覆盖的区域形成为高温气体出口，所述压气机进口导叶与所述导叶套之间的空间在前缘处形成为一沿展向延伸并与各所述流向分通道连通的展向主通道，
所述展向主通道的端部设有高温气体入口，所述高温气体经所述展向主通道进入各所述流向分通道，并沿着各所述高温气体出口进入压气机主流道中。
优选地，各所述流向凹槽沿展向等间隔设置在所述压气机进口导叶的吸力面上。
优选地，所述导叶套为等厚度空心叶型，其内表面与所述压气机进口导叶的叶型相同，二者可完全贴合。
优选地，所述压气机进口导叶中，其前缘流向切除面为倾斜平面或者复杂曲面，其前缘展向切除面为平面或者回转面。
优选地，所述高温气体入口设置在所述压气机进口导叶叶顶处或叶根处。
进一步地，为确保高温气体均匀分配至各所述流向凹槽，当所述高温气体入口设置在所述压气机进口导叶的叶根处时，所述压气机进口导叶的叶顶前缘未切除，前缘切除区域沿径向逐渐减小。
进一步地，当所述高温气体入口设置在所述压气机进口导叶的叶顶处时，所述压气机进口导叶的叶根前缘未切除，前缘切除区域沿径向逐渐增大。
优选地，各所述流向凹槽布置在导叶吸力面的不同叶高处，各流向凹槽的深度相同，宽度相同或不相同。
进一步地，为保证高温气体在所述压气机进口导叶的叶顶处的加热效果，可适当增加叶顶处的流向凹槽的宽度，即位于叶顶处的流向凹槽的宽度大于其它叶高处的流向凹槽的宽度。
优选地，所述导叶套吸力面的尾缘被流向切除面全部切除，切除面为倾斜平面或者复杂曲面，且所述尾缘流向切除面与所述压气机进口导叶的尾缘近似平行。
优选地，为了装配需要，所述导叶套压力面的尾缘被流向切除面全部切除，切除面为倾斜平面或者复杂曲面，且所述尾缘流向切除面在弦向位置上位于所述导叶套的叶型最大厚度的下游。
同现有技术相比，本发明的具有气热防冰功能的压气机进口导叶结构，通过在叶身内部开设展向主通道和流向分通道，流向分通道在叶片尾缘附近与叶片吸力面相通，高温气体经展向主通道和流向分通道流入压气机主流道进行掺混，可以沿展向均匀加热压气机进口导叶与第一级动叶之间的空气，并对压气机的内部流动影响很小。
附图说明
图1为本发明的具有气热防冰功能的压气机进口导叶的原理图；
图2为去除前缘的压气机进口导叶的结构示意图；
图3为去除尾缘的导叶套的结构示意图；
图4为本发明的具有气热防冰功能的压气机进口导叶装配示意图；
图5为图4的B-B向截面剖视图；
图6为图4的C-C向截面剖视图；
图例说明
1.高温气体入口；2.展向主通道；3.流向分通道；4.高温气体出口；5.压气机进口导叶；6.流向凹槽；7.导叶前缘的流向切除面；8.导叶前缘的展向切除面；9.去除尾缘的导叶套；10.导叶套吸力面的尾缘流向切除面；11.导叶套压力面的尾缘流向切除面；12.流向凹槽的上游边界；13.流向凹槽的下游边界。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的具体实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，本发明的具有气热防冰功能的压气机进口导叶结构，采用叶根或叶顶进气方式(图1中示出了叶顶进气方式)，包括去除前缘的带槽压气机进口导叶5和去除尾缘的导叶套9，二者装配形成展向主通道2，其中流向凹槽6被导叶套9覆盖区域作为流向分通道3，未覆盖区域作为高温气体出口4。高温气体经展向主通道2和流向凹槽6进入压气机主流道进行掺混。
如图2所示，压气机进口导叶5的前缘被流向切除面倾斜地部分切除，并至少保留压气机进口导叶5叶顶处和/或叶根处的前缘(图中叶顶处的前缘未被切除)。前缘流向切除面7为倾斜平面或者复杂曲面，前缘流向切除面7在弦向位置上位于导叶叶型最大厚度上游。前缘展向切除面8为平面，距离叶顶7.5％叶高。图2中，为了确保高温气体均匀分配至各流向凹槽6，前缘切除区域沿径向逐渐减小，其中前缘流向切除面7在叶根位置距离导叶前缘33％轴向弦长，而前缘流向切除面7在叶顶位置距离导叶前缘18％轴向弦长。相应地，当叶根处的前缘未被切除时，前缘切除区域沿径向逐渐增大。
如图2、5、6所示，压气机进口导叶5沿导叶吸力面不同叶高位置间隔布置7个等深度流向凹槽6，各流向凹槽6的槽深均为0.3mm，展向间距为3.5mm。除叶顶流向凹槽外，各流向凹槽的宽度均为4mm。流向凹槽6的上游边界12与导叶前缘流向切除面7光滑过渡，流向凹槽6的下游边界13与导叶尾缘近似平行，流向凹槽6的下游边界13距离叶片尾缘约15％轴向弦长。为了保证高温气体在叶顶端区的加热效果，增加叶顶端区流向凹槽6的宽度至6mm。
如图3、5、6所示，导叶套9为等厚度空心叶型，导叶套9的厚度为0.4mm。导叶套9的内表面与压气机进口导叶5的叶型相同，二者可完全贴合。导叶套9吸力面的尾缘，尾缘流向切除面10为倾斜平面，尾缘流向切除面10在弦向位置上位于所有流向凹槽6的上游边界12和下游边界13之间，且位于导叶套9的叶型最大厚度的下游，尾缘流向切除面10与压气机进口导叶5的尾缘近似平行，尾缘流向切除面10距离叶片尾缘约38％轴向弦长。为了装配需要，导叶套9压力面的尾缘被流向切除面全部切除，尾缘流向切除面11为倾斜平面或者复杂曲面，尾缘流向切除面11位于50％轴向弦长附近并位于导叶套9的叶型最大厚度的下游。
如图1、4～6所示，本发明的具有气热防冰功能的压气机进口导叶结构，由去除前缘的带槽压气机进口导叶5和去除尾缘的导叶套9装配而成。导叶套9套设在压气机进口导叶5外表面之后，各流向凹槽6被导叶套9部分地覆盖，各流向凹槽被覆盖的区域形成为流向分通道3，未被覆盖的区域形成为高温气体出口4，压气机进口导叶5与所述导叶套9之间的空间在前缘处形成为一沿展向延伸并与各流向分通道3连通的展向主通道2，展向主通道2的端部设有高温气体入口1，高温气体经展向主通道2进入各所述流向分通道3，并沿着各高温气体出口4进入压气机主流道中进行掺混，可以沿展向均匀加热压气机进口导叶与第一级动叶之间的空气，并对压气机的内部流动影响很小。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的范围内可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种具有气热防冰功能的压气机进口导叶结构，包括压气机进口导叶和导叶套，其特征在于，
所述压气机进口导叶的前缘被流向切除面倾斜地部分切除，并至少保留所述压气机进口导叶叶顶处和/或叶根处的前缘，且前缘流向切除面在弦向位置上位于所述压气机进口导叶的叶型最大厚度的上游，
所述压气机进口导叶的吸力面上沿展向间隔开设若干流向凹槽，且各所述流向凹槽的上游边界与所述前缘流向切除面光滑过渡，下游边界与所述压气机进口导叶的尾缘近似平行；
所述导叶套为套设在所述压气机进口导叶外表面的空心叶型，
所述导叶套的吸力面的尾缘被流向切除面全部切除，且尾缘流向切除面在弦向位置上位于各所述流向凹槽的上游边界和下游边界之间，
所述导叶套压力面的尾缘被流向切除面全部切除，且尾缘流向切除面在弦向位置上位于所述导叶套的叶型最大厚度的下游；
所述导叶套套设在所述压气机进口导叶外表面之后，各所述流向凹槽被所述导叶套部分地覆盖，各所述流向凹槽被覆盖的区域形成为流向分通道，未被覆盖的区域形成为高温气体出口，所述压气机进口导叶与所述导叶套之间的空间在前缘处形成为一沿展向延伸并与各所述流向分通道连通的展向主通道，
所述展向主通道的端部设有高温气体入口，所述高温气体经所述展向主通道进入各所述流向分通道，并通过各所述高温气体出口进入压气机主流道中；
各所述流向凹槽沿展向等间隔设置在所述压气机进口导叶的吸力面上；
所述导叶套为等厚度空心叶型，其内表面与所述压气机进口导叶的叶型相同，二者可完全贴合。
2.根据权利要求1所述的压气机进口导叶结构，其特征在于，所述高温气体入口设置在所述压气机进口导叶的叶顶处或叶根处。
3.根据权利要求1所述的压气机进口导叶结构，其特征在于，当所述高温气体入口设置在所述压气机进口导叶的叶根处时，所述压气机进口导叶的叶顶前缘未被切除，前缘切除区域沿径向逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的压气机进口导叶结构，其特征在于，当所述高温气体入口设置在所述压气机进口导叶的叶顶处时，所述压气机进口导叶的叶根前缘未被切除，前缘切除区域沿径向逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的压气机进口导叶结构，其特征在于，各所述流向凹槽布置在所述压气机进口导叶吸力面的不同叶高处，各所述流向凹槽的深度相同，宽度相同或不相同。
6.根据权利要求1所述的压气机进口导叶结构，其特征在于，位于叶顶处的所述流向凹槽的宽度大于其它叶高处的流向凹槽的宽度。
7.根据权利要求1所述的压气机进口导叶结构，其特征在于，所述导叶套吸力面的尾缘被流向切除面全部切除，流向切除面为倾斜平面或者复杂曲面，且流向切除面与所述压气机进口导叶的尾缘近似平行。
8.根据权利要求1所述的压气机进口导叶结构，其特征在于，所述导叶套压力面的尾缘被流向切除面全部切除，流向切除面为倾斜平面或者复杂曲面，且流向切除面在弦向位置上位于所述导叶套的叶型最大厚度的下游。
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