CN114576202B - 一种叶片结构、压气机及压气机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶片结构、具有该叶片结构的压气机及控制该压气机的控制方法，该叶片结构包括叶片和与所述叶片相对转动的壁面，所述叶片所具有的叶顶与所述壁面之间具有第一间隙；所述叶片具有迎风的第一前缘，以及与所述第一前缘相对的第一后缘；所述叶顶设置有用于控制所述叶顶泄露流的多个导流装置，各个所述导流装置沿所述叶片的第一前缘至所述叶片的第一后缘方向分布，当所述导流装置处在第一工作状态，至少一部分所述导流装置与所述壁面之间具有小于所述第一间隙的第二间隙。

Description

一种叶片结构、压气机及压气机控制方法

技术领域

本发明涉及叶轮机械技术领域，尤其涉及一种叶片结构、压气机及压气机控制方法。

背景技术

在叶轮机械领域内,尤其针对具有一定增压功能的风扇/压气机等部件，通过转子和静子的配合对流过的流体(气体或者液体)做功，提高流体的压比；静子和转子均包括叶片。一般情况下，为避免剐蹭，在叶片的叶顶与机匣壁面会留有一定的间隙，为叶尖间隙。工作时，由于转子叶片旋转对流体做功，在叶片两侧的压力高低不同，在这部分压力差的驱动下，流体会流过叶尖间隙，这部分流动称为叶尖泄露流。研究表明，叶尖泄露流动对叶轮机的效率以及稳定工作范围均有影响。一方面，叶尖泄露流与主流流向不同，所以会与主流流动掺混，从而产生一定的叶轮机效率损失；另一方面，大量研究表明，当叶轮机在小流量点工作时，能够产生更高的压比，但是也伴随更强的泄露流动。当泄露流靠近转子前缘额线时，大部分情况会诱发叶轮机失稳，此时叶轮机不能继续稳定工作，甚至可能带来重大安全事故。公开号为CN107061363A，名称为一种用于抑制压气机叶尖泄漏流的叶顶结构形式的中国发明专利申请通过在叶片的叶顶开槽来抑制叶尖流动，但存在不能自适应的技术问题，即开好的沟槽只能在特定的工况下有效工作，一旦偏离预设工况，将无法起到作用。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种叶片结构、压气机及压气机控制方法。

根据本发明的一个方面，一种叶片结构，包括叶片和与所述叶片相对转动的壁面，所述叶片所具有的叶顶与所述壁面之间具有第一间隙；

所述叶片具有迎风的第一前缘，以及与所述第一前缘相对的第一后缘；

所述叶顶设置有用于控制所述叶顶泄露流的多个导流装置，各个所述导流装置沿所述叶片的第一前缘至所述叶片的第一后缘方向分布，

当所述导流装置处在第一工作状态，至少一部分所述导流装置与所述壁面之间具有小于所述第一间隙的第二间隙。

根据本发明的至少一个实施方式，当所述导流装置处在第二工作状态，所述导流装置绕所述导流装置的中心点偏转第一角度，相邻两个所述导流装置之间具有引导叶顶泄露流的第三间隙。

根据本发明的至少一个实施方式，所述导流装置包括绕自身中心点旋转的微导叶，每个所述微导叶具有第二前缘和与所述第二前缘相对的第二后缘，每个所述微导叶的第二前缘或第二后缘旋转一周形成圆形的迹线，相邻的两条所述迹线在所述叶顶的正投影相切，

每个所述迹线在所述叶顶的正投影分别与所述叶片的相应的压力侧和相应的吸力侧相切。

根据本发明的至少一个实施方式，所述导流装置还包括驱动所述微导叶动作的控制装置，所述控制装置包括传动支杆和驱动装置，所述驱动装置通过所述传动支杆控制所述微导叶旋转或升降。

根据本发明的至少一个实施方式，沿所述叶片的第一前缘至所述叶片的第一后缘方向分布多个压力传感器，每个所述压力传感器靠近所述叶片的叶顶。

根据本发明的至少一个实施方式，所述微导叶具有给定刚度，所述微导叶的材料的硬度小于所述壁面的材料的硬度。

一种压气机，包括前述任一项所述的叶片结构。

一种压气机控制方法，用于前述所述的压气机，包括：

获取所述叶片的叶顶位置的压力分布，根据压力分布控制所述微导叶升降或旋转。

根据本发明的至少一个实施方式，当所述叶片的压力侧和吸力侧的压差最大时，减小第二间隙或控制各个微导叶旋转第二角度。

根据本发明的至少一个实施方式，所述微导叶与所述叶顶齐平，且当叶背分离产生失稳时，减小第一间歇至小流量点，控制各个微导叶旋转第三角度；或，

所述微导叶与所述叶顶齐平，且当叶顶泄露流与主流交接面前移产生失稳时，减小靠近所述叶片第一前缘的微导叶的第一间隙。

本公开的有益效果是：通过在叶顶设置导叶，并根据不同工况上下移动导叶，改变叶顶与机闸之间的间隙大小，即改变叶尖间隙的大小，从而减小甚至消除叶尖泄漏流；通过转动导叶，形成叶尖泄漏流的通道，从而改变叶尖泄漏流的流动方向。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本发明的实施方式的叶片结构的示意图。

图2是图1所示的叶片结构中叶片的示意图。

图3是图1所示的叶片结构中叶片的俯视图。

图4是图1所示的叶片结构的第二间隙不为零时的示意图。

图5是图1所示的叶片结构的第二间隙为零时的示意图。

图6是图1所示的叶片结构中控制装置的示意图。

图7是图1所示的叶片结构中微导叶转过一定角度时的示意图。

附图标记：1-叶片；2-压力传感器；3-第一前缘；4-第一尾缘；5-叶顶；6-壁面；7-导流装置；71-微导叶；72-传动支杆；73-驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

根据本发明的第一实施方式，如图1所示，提供了一种叶片结构，包括叶片1和与叶片1相对转动的壁面6，叶片1所具有的叶顶5与壁面6之间具有第一间隙；本发明的叶片结构可以是转子叶片结构，也可以是静子叶片结构；当为转子叶片结构时，壁面6为机闸的内侧壁；当为静子叶片结构时，壁面6为位于静子机闸中心的轮毂。

如图2所示，叶片1具有迎风的第一前缘3，以及与第一前缘3相对的第一后缘；

如图3所示，叶顶5设置有用于控制叶顶5泄露流的多个导流装置7，各个导流装置7沿叶片1的第一前缘3至叶片1的第一后缘方向分布；

如图4和5所示，当导流装置7处在第一工作状态，至少一部分导流装置7与壁面6之间具有小于第一间隙的第二间隙；第二间隙的取值范围为0到第一间隙。可以是全部导流装置7均向壁面6移动，即所有导流装置7与壁面6之间均为第二间隙；也可以是部分导流装置7向壁面6移动，即仅有一部分导流装置7与壁面6之间为第二间隙；根据叶片失稳的原因以及叶顶两侧压力分布情况，控制需移动的导流装置7的数量，例如，检测到叶片两侧压力差最大位置，此位置对应的是是叶尖泄露流最强的位置，则可控制此位置附近的导流装置7移动，减小此区域的叶尖间隙，减少泄漏流动；再例如，如果叶片失稳是因为叶尖泄漏流与主流交接面前移引起的，则可控制叶片前缘即第一前缘3位置处的导流装置7移动，减小该区域的叶尖间隙，使得叶尖泄漏流只能在第一后缘区域活动，从而扩大稳定裕度。

在一个实施方式中，如图7所示，当导流装置7处在第二工作状态，导流装置7绕导流装置7的中心点偏转第一角度，相邻两个导流装置7之间具有引导叶顶5泄露流的第三间隙。

具体地，如图6所示，导流装置7包括绕自身中心点旋转的微导叶71，每个微导叶71具有第二前缘和与第二前缘相对的第二后缘，每个微导叶71的第二前缘或第二后缘旋转一周形成圆形的迹线，相邻的两条迹线在叶顶5的正投影相切，每个迹线在叶顶5的正投影分别与叶片1的相应的压力侧和相应的吸力侧相切；图3和图7中的虚线所示即为所述迹线。可根据实际工况手动调整微导叶71的姿态，也可自动调节。

在一个实施方式中，导流装置7还包括驱动微导叶71动作的控制装置，控制装置包括传动支杆72和驱动装置73，驱动装置73通过传动支杆72控制微导叶71旋转或升降。如图3和7所示，微导叶71的横截面呈扁椭圆形。

在一个实施方式中，沿叶片1的第一前缘3至叶片1的第一后缘方向分布多个压力传感器2，每个压力传感器2靠近叶片1的叶顶5。压力传感器2可分别分布在叶片1的压力侧和吸力侧，从而获取叶片1两侧的压力差值，从而根据压力差值确定叶尖泄漏流最强的位置，叶尖泄漏流最强的位置位于压力差值最大的位置。

根据本发明的一个实施方式，微导叶71具有给定刚度，微导叶71的材料的硬度小于壁面6的材料的硬度。

本发明还提供了一种压气机，包括前述任一项的叶片结构。

本发明还提供了一种压气机控制方法，用于前述的压气机，包括：

获取叶片1的叶顶5位置的压力分布，根据压力分布控制微导叶71升降或旋转。可通过布置在叶片1上的压力传感器2获得叶顶5位置的压力分布；然后通过驱动装置73控制微导叶71升降或旋转。

当叶片1的压力侧和吸力侧的压差最大时，减小第二间隙，从而减小此区域的叶尖泄漏流，也可控制各个微导叶71旋转第二角度，减少叶尖泄漏流与主流掺混，进而提高效率。

根据本发明的一个实施方式，微导叶71与叶顶5齐平，且当叶背分离产生失稳时，减小第一间歇至小流量点，控制各个微导叶71旋转第三角度；从而引导叶尖泄露流流向转子叶背，从而抑制叶背分离，达到扩大稳定裕度的作用；

或，

微导叶71与叶顶5齐平，且当叶顶5泄露流与主流交接面前移产生失稳时，减小靠近叶片1第一前缘3的微导叶71的第一间隙，使得叶尖泄露流只能在叶片1尾缘区域活动，抑制其前移，从而扩大稳定裕度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种叶片结构，其特征在于，包括叶片(1)和与所述叶片(1)相对转动的壁面(6)，所述叶片(1)所具有的叶顶(5)与所述壁面(6)之间具有第一间隙；

所述叶片(1)具有迎风的第一前缘(3)，以及与所述第一前缘(3)相对的第一后缘；

所述叶顶(5)设置有用于控制所述叶顶(5)泄露流的多个导流装置(7)，各个所述导流装置(7)沿所述叶片(1)的第一前缘(3)至所述叶片(1)的第一后缘方向分布，

当所述导流装置(7)处在第一工作状态，至少一部分所述导流装置(7)与所述壁面(6)之间具有小于所述第一间隙的第二间隙；

当所述导流装置(7)处在第二工作状态，所述导流装置(7)绕所述导流装置(7)的中心点偏转第一角度，相邻两个所述导流装置(7)之间具有引导叶顶(5)泄露流的第三间隙。

2.如权利要求1所述的叶片结构，其特征在于，所述导流装置(7)包括绕自身中心点旋转的微导叶(71)，每个所述微导叶(71)具有第二前缘和与所述第二前缘相对的第二后缘，每个所述微导叶(71)的第二前缘或第二后缘旋转一周形成圆形的迹线，相邻的两条所述迹线在所述叶顶(5)的正投影相切，

每个所述迹线在所述叶顶(5)的正投影分别与所述叶片(1)的相应的压力侧和相应的吸力侧相切。

3.如权利要求2所述的叶片结构，其特征在于，所述导流装置(7)还包括驱动所述微导叶(71)动作的控制装置，所述控制装置包括传动支杆(72)和驱动装置(73)，所述驱动装置(73)通过所述传动支杆(72)控制所述微导叶(71)旋转或升降。

4.如权利要求1所述的叶片结构，其特征在于，沿所述叶片(1)的第一前缘(3)至所述叶片(1)的第一后缘方向分布多个压力传感器(2)，每个所述压力传感器(2)靠近所述叶片(1)的叶顶(5)。

5.如权利要求2所述的叶片结构，其特征在于，所述微导叶(71)具有给定刚度，所述微导叶(71)的材料的硬度小于所述壁面(6)的材料的硬度。

6.一种压气机，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的叶片结构。

7.一种压气机控制方法，其特征在于，用于控制权利要求6所述的压气机，包括：

获取所述叶片(1)的叶顶(5)位置的压力分布，根据压力分布控制微导叶(71)升降或旋转。

8.如权利要求7所述的压气机控制方法，其特征在于，当所述叶片(1)的压力侧和吸力侧的压差最大时，减小第二间隙或控制各个微导叶(71)旋转第二角度。

9.如权利要求7所述的压气机控制方法，其特征在于，所述微导叶(71)与所述叶顶(5)齐平，且当叶背分离产生失稳时，减小第一间歇至小流量点，控制各个微导叶(71)旋转第三角度；或，

所述微导叶(71)与所述叶顶(5)齐平，且当叶顶(5)泄露流与主流交接面前移产生失稳时，减小靠近所述叶片(1)第一前缘(3)的微导叶(71)的第一间隙。

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