CN115163559A - 一种低损失的压气机过渡段结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低损失的压气机过渡段结构，其特征是，包括：低压压气机出口、过渡段外端壁、支板叶片、过渡段内端壁和高压压气机入口，所述过渡段外端壁与所述过渡段内端壁形成流动环形通道，所述流动环形流道采用曲线子午流道。本发明改进后的过渡段流动环形通道使得扩压区域前移，逆压梯度集中在环形流道的进口区域，在进口段的扩张较快，减小了后半段的压力梯度，流道的流动损失较小，改进后的流线型支板叶片不仅可以简化过渡段的结构，而且可以减小气流流经支板叶片的流动分离，进一步提高过渡段的气动性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种压气机过渡段结构，尤其涉及一种低损失的压气机过渡段结构。
背景技术
燃气轮机部分采用双转子结构，在此结构中压气机分为高低压压气机。过渡段是发动机中连接高低压压气机的重要静止部件。过渡段负责将气流从上游的低压压气机输送到下游高压压气机，保证了高低压压气机的之间的流场连续性，过渡段的流动环形通道内部在周向均匀分布支撑片，可以起到支撑的作用。
过渡段是连接高低压压气机重要的纽带，结构设计的好坏直接影响高低压压气机的匹配问题，进而影响到燃气轮机的整机性能。随着燃气轮机设计技术的发展，压缩比和效率的提高，燃气轮机的压气机的压比不断提高，低压压气机与高压压气机的径向偏移距离越来越大，较大径向偏移的过渡流道内部流动剧烈，气流流动分离现象严重，气流流动损失严重，不仅导致高压压气机的流场恶化，而且影响整机的气动性能，这对压气机过渡段的设计难度越来越大。传统过渡段的流动环形通道采用径直设计，支板叶片采用平行线设计，气流流经过渡段损失较大，为了进一步提高燃气轮机的效率，设计新型的压气机过渡段成了现代高性能燃气轮机的趋势。
发明内容
本发明的目的是为了解决流动总压损失过大的问题而提供一种低损失的压气机过渡段结构。
本发明的目的是这样实现的：
一种低损失的高低压压气机的过渡段结构，包括：低压压气机出口、过渡段外端壁、支板叶片、过渡段内端壁和高压压气机入口，所述过渡段外端壁与所述过渡段内端壁形成流动环形通道，所述流动环形流道采用曲线子午流道。
进一步地，所述过渡段外端壁采用收缩面型线，所述过渡段内端壁采用扩张面型线，所述扩张面型线和所述收缩面型线由两段四次曲线拟合，拟合方程如下：
式中，zin和zout是所述过渡段进出口的轴向坐标，zc为所述扩张面型线和所述收缩面型线的控制点的轴向坐标。所述方程中十个未知数通过所述低压压气机出口、所述高压压气机的几何位置、斜率和曲率，给定所述控制点xc坐标以及在所述扩张面型线和收缩面型线所对应的位置坐标确定，即可获得所述曲线子午流道。
进一步地，所述过渡段的流动环形流道在周向均匀分布七片所述支板叶片，所述支板叶片顶部与所述过渡段外端壁相连接，所述支板叶片根部与所述过渡段内端壁相连接。
进一步地，所述支板叶片为一体化集成叶片，所述一体化集成叶片满足所述过渡段内端壁和所述过渡段外端壁支撑作用，同时满足高压压气机气流导向和稳流作用。
进一步地，所述支板叶片为流线型叶片进出口端采用凸型设计，安装角为90度，叶片前缘角为40-45度，叶片尾缘角为35-40度，保证所述叶片前缘角与所述叶片尾缘角的角度差大于5度，进口叶高与出口叶高保持一致，并且小于所述支板叶片的轴向长度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开一种低损失压气机过渡段结构，改进后的过渡段流动环形通道使得扩压区域前移，逆压梯度集中在环形流道的进口区域，在进口段的扩张较快，减小了后半段的压力梯度，流道的流动损失较小，改进后的流线型支板叶片不仅可以简化过渡段的结构，而且可以减小气流流经支板叶片的流动分离，进一步提高过渡段的气动性能。
附图说明
图1为传统压气机过渡段结构示意图；
图2为本发明的低损失压气机过渡段结构示意图；
图3为本发明的低损失压气机过渡段的扩张面型线和收缩面型线示意图；
图4a为传统压气机过渡段支撑片XOZ平面投影图；
图4b本发明的低损失压气机过渡段支板叶片的XOZ平面投影图；
图5为本发明的低损失压气机过渡段与传统压气机过渡段的总压损失系数对比图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种低损失的压气机过渡段结构，包括：低压压气机出口1、过渡段外端壁2、支板叶片3、过渡段内端壁4以及高压压气机入口5。所述过渡段外端壁2和所述过渡段外端壁4形成一个流动环形通道，所述支板叶片3在所述流动环形通道内周向布置；
所述过渡段进口与低压压气机的出口1连接，所述过渡段的出口与高压压气机的入口5连接，所述过渡段起到低压压气机与高压压气机之间承上启下的作用。根据权利要求1所述的端壁结构，其特征在于：基于正弦函数进行端壁的型线控制；
所述过渡段的流动环形通道的进口高度与出口高度保持一致，所述流动环形通道内部采用曲线子午流道，所述过渡段内端壁4为扩张面型线，所述过渡段外端壁4为收缩面型线，所述扩张面型线和所述收缩面型线由两段四次曲线拟合，拟合方程如下：
式中，zin和zout是所述过渡段进出口的轴向坐标，zc为所述扩张面型线和所述收缩面型线的控制点的轴向坐标。所述方程中是十个未知数通过所述低压压气机出口1、所述高压压气机进口5的几何位置、斜率和曲率，给定所述控制点xc坐标以及在所述扩张面型线对应位置坐标8和所述收缩面型线对应的位置坐标9确定，即可获得所述曲线子午流道。；
所述过渡段的流动环形通道在周向均匀分布有七片所述的支板叶片3，所述支板叶片3顶部与所述过渡段外端壁2相连接，根部与所述过渡段内端壁4相连接；
所述支板叶片3为流线型叶片，顶部与根部的设计基于所述过渡段外端壁2和所述过渡段内端壁4的型线，进出口端采用凸性设计，安装角度为90度，叶片前缘角为40-45度，叶片尾缘角为35-40度，保证所述叶片前缘角与所述叶片尾缘角的角度差大于5度，进口叶高15与出口叶高16保持一致，并且小于所述支板叶片3的轴向长度。
如图1所示，传统的燃气轮机高低压压气机的过渡段，包括：低压压气机出口1、过渡段外端壁2、过渡段支撑片7、过渡段内端壁4以及高压压气机入口5，传统高低压压气机的过渡段的流动环形通道结构单一，采用径直管道，气流6总压流动损失较大，造成气动性能较差。
本发明用于燃气轮机上的低损失压气机过渡段结构，如图2所示，包括：低压压气机出口1、过渡段外端壁2、支板叶片3、过渡段内端壁4以及高压压气机入口5。所述过渡段外端壁2与所述过渡段内端壁4构成流动环形通道，所述流动环形通道采用曲线子午流道，所述支板叶片3在所述流动环形通道周向上均匀分布。
如图3所示，所述过渡段外端壁采用收缩面型线10，所述过渡段内端壁采用扩张面型线11，所述收缩面型线10和所述扩张面型线11由两段四次曲线拟合，拟合方程如下：
式中，zin和zout是所述过渡段进出口的轴向坐标，zc为所述扩张面型线和所述收缩面型线的控制点的轴向坐标。所述方程中十个未知数通过所述低压压气机出口、所述高压压气机的几何位置、斜率和曲率，给定所述控制点xc坐标以及在所述扩张面型线对应位置坐标8和所述收缩面型线对应的位置坐标9确定，即可获得所述曲线子午流道。改型后所述的流动环形通道，使得扩压区域前移，逆压梯度集中在进口区域，进口段的扩张较快，逆压梯度小，使得总压的损失较小，从而提高所述流动环形通道的气动性能。
如图4a所示，所述传统的压气机过渡段的支撑片7，结构相对简单，对气流6的阻碍较大，气流6流动分离严重，总压损失较大。
如图4b所示，本发明所述的低损失压气机过渡段的支板叶片3，所述支板叶片3为一体化集成叶片，所述一体化集成叶片满足所述过渡段内端壁和过渡段外端壁支撑作用，同时满足高压压气机气流导向作用。
进一步地，所述支板叶片3为流线型叶片，进出口端采用凸型设计，安装角13为90度，叶片前缘角12为40-45度，叶片尾缘角14为35-40度，保证所述叶片前缘角与所述叶片尾缘角的角度差大于5度，进口叶高15与出口叶高16保持一致，并且小于所述支板叶片的轴向长度，利用流线叶片，可以减小所述支板叶片表面的流动分离，进一步提高所述流动环形通道的气动性能以及进入高压压气机进口5流场流动质量。
如图5所示，低损失压气机过渡段与传统压气机过渡段的总压损失系数对比图，由图中可以看出，本发明改型后的压气机过渡段的总压损失远低于传统压气机过渡段的总压损失，表明本发明改进后的压气机过渡段的气动性能有了大幅度的改善。
本发明提供一种位于高低压压气机之间的低损失压气机过渡段结构，包括：低压压气机出口、过渡段外端壁、支板叶片、过渡段内端壁以及高压压气机入口，所述过渡段外端壁与过渡段内端壁形成一个流动环形通道，所述支板叶片在流动环形通道周向布置，既起到支撑的作用，也起到对高压压气机导流及稳流的作用。本发明公开的一种低损失压气机过渡段结构，主要应用在燃气轮机领域，流动环形通道的扩张面和收缩面采用两段四次曲线子午流道，相比传统的过渡段流动环形通道，改进后的流道使得扩压区域前移，逆压梯度集中流道进口，减小了后半段的压力梯度，在进口段扩张较快，逆压梯度小，减少总压损失，改善流动环形通道的气动性能，提高燃气轮机的工作效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种低损失的压气机过渡段结构，其特征是，包括：低压压气机出口、过渡段外端壁、支板叶片、过渡段内端壁和高压压气机入口，所述过渡段外端壁与所述过渡段内端壁形成流动环形通道，所述流动环形流道采用曲线子午流道。
2.根据权利要求1所述的低损失的一种低损失的压气机过渡段结构，其特征是，所述过渡段外端壁采用收缩面型线，所述过渡段内端壁采用扩张面型线，所述扩张面型线和所述收缩面型线由两段四次曲线拟合，拟合方程如下：
式中，zin和zout是所述过渡段进出口的轴向坐标，zc为所述扩张面型线和所述收缩面型线的控制点的轴向坐标，所述方程中十个未知数通过所述低压压气机出口、所述高压压气机的几何位置、斜率和曲率，给定所述控制点xc坐标以及在所述扩张面型线和收缩面型线所对应的位置坐标确定，即可获得所述曲线子午流道。
3.根据权利要求1所述的低损失的一种低损失的压气机过渡段结构，其特征是，所述过渡段的流动环形流道在周向均匀分布七片所述支板叶片，所述支板叶片顶部与所述过渡段外端壁相连接，所述支板叶片根部与所述过渡段内端壁相连接。
4.根据权利要求1所述的低损失的一种低损失的压气机过渡段结构，其特征是，所述支板叶片为一体化集成叶片，所述一体化集成叶片满足所述过渡段内端壁和所述过渡段外端壁支撑作用，同时满足高压压气机气流导向和稳流作用。
5.根据权利要求1所述的低损失的一种低损失的压气机过渡段结构，其特征是，所述支板叶片为流线型叶片进出口端采用凸型设计，安装角为90度，叶片前缘角为40-45度，叶片尾缘角为35-40度，保证所述叶片前缘角与所述叶片尾缘角的角度差大于5度，进口叶高与出口叶高保持一致，并且小于所述支板叶片的轴向长度。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |