CN216618021U - 一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其包括前叶和后叶，前叶尾缘和后叶前缘之间存在缝道，前叶尾缘为由多段曲线连接成的向内凹陷的光滑曲面，后叶前缘为由多段曲线连接成的向外凸出的光滑曲面，前叶与轮毂机匣相连且起到了承力框架的作用，后叶能够绕转轴转动且后叶转角时缝道的形状发生变化以抑制泄漏流从压力面流向吸力面或在吸力面出口处形成高速小股贴壁射流。本实用新型通过调节缝道，以抑制泄漏流从压力面流向吸力面，减少泄漏流与主流的掺混，从而减少损失；或在吸力面出口处形成高速小股贴壁射流，改善后叶吸力面的附面层流动，防止气流在后叶吸力面分离，降低可变弯度导叶的损失，增加了可变弯度导叶的工作范围。

Description

一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶

技术领域

本实用新型涉及压气机导叶技术领域，特别是涉及一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶。

背景技术

对于大多数地面燃气轮机及航空发动机用压气机，均会配备进口导流叶片以产生需要的进口气流方向。在可调式进口导流叶包含可变弯度导叶，可变弯度导叶一般由前叶和后叶组成，前叶固定，后叶可随转轴转动。这样就保证了前叶攻角不变，解决了导叶调节角度过大导致的前叶角度过大的问题，但是可变弯度导叶在实际使用中，当转角过大时，后叶会产生严重的分离，这也限制了可变弯度导叶的使用范围，亟需一种具有较宽工作范围且总压损失系数小的可变弯度导叶。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其通过调节前叶和后叶之间的缝道，以抑制泄漏流从压力面流向吸力面，减少泄漏流与主流的掺混，从而减少损失；或在吸力面出口处形成高速小股贴壁射流，改善后叶吸力面的附面层流动，防止气流在后叶吸力面分离，降低可变弯度导叶的损失，增加了可变弯度导叶的工作范围。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：包括前叶和后叶，所述前叶尾缘和后叶前缘之间存在缝道，所述前叶尾缘为由多段曲线连接成的向内凹陷的光滑曲面，所述后叶前缘为由多段曲线连接成的向外凸出的光滑曲面，所述前叶与轮毂机匣相连且起到了承力框架的作用，所述后叶能够绕转轴转动且后叶转角时缝道的形状发生变化以抑制泄漏流从压力面流向吸力面或在吸力面出口处形成高速小股贴壁射流。

上述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述前叶尾缘由两段曲线连接而成，所述两段曲线分别为第一曲线和第二曲线，所述第一曲线的一端与前叶上的前叶压力面面型线连接且所述第一曲线为圆弧曲线，所述第一曲线的另一端与第二曲线的一端连接，所述第二曲线的另一端与前叶上的前叶吸力面面型线连接且所述第二曲线为椭圆曲线；

所述后叶前缘由三段曲线连接而成，所述三段曲线分别为第三曲线、第四曲线和第五曲线，所述第三曲线的一端与后叶上的后叶压力面面型线连接且第三曲线为圆弧曲线，所述第三曲线的另一端与第四曲线的一端连接，所述第四曲线的另一端与第五曲线的一端连接且所述第四曲线为椭圆曲线，所述第五曲线的另一端与后叶上的后叶吸力面面型线连接且所述第五曲线为用于连接第四曲线和后叶吸力面面型线的过渡线。

上述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述第一曲线和第二曲线连接处满足曲线一阶导数连续，所述后叶压力面面型线和第三曲线连接处满足曲线一阶导数连续，所述第三曲线和第四曲线连接处满足曲线一阶导数连续，所述第四曲线和第五曲线连接处满足二阶导数连续，所述第五曲线和后叶吸力面面型线连接处满足二阶导数连续。

上述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述第一曲线和第三曲线的圆弧半径相同，所述第二曲线与前叶吸力面面型线连接形成的楔形角的角度大于10°。

上述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述前叶前缘为圆形或椭圆形且所述前叶前缘分别与压力面面型线和吸力面面型线光滑连接，所述后叶后缘为圆形或椭圆形且所述前叶前缘分别与压力面面型线和吸力面面型线光滑连接，

上述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述前叶弦长为自适应缝隙调节可变弯度进口导叶整体弦长的40％～50％。

上述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述自适应缝隙调节可变弯度进口导叶的最大厚度位于缝道所在位置。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过调节前叶和后叶之间的缝道，在后叶转角较小时，抑制泄漏流从压力面流向吸力面，减少泄漏流与主流的掺混，从而减少损失。

2、本实用新型通过调节前叶和后叶之间的缝道，在后叶转角较大时，在吸力面出口处形成高速小股贴壁射流，改善后叶吸力面的附面层流动，防止气流在后叶吸力面分离，降低可变弯度导叶的损失，增加了可变弯度导叶的工作范围。

3、本实用新型在相同工况条件下，相同工况条件是指进口马赫数、总温、总压相等，后叶转角相等，本发明减小了落后角，降低总压损失系数。

4、本实用新型有效拓宽了可变弯度导叶的可用工作角度范围，相同来流条件，相同来流条件是指进口马赫数、总温、总压相等，本发明后叶可用转角范围显著拓宽。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型叶型截面示意图。

图2为本实用新型后叶转角示意图。

图3为本实用新型缝道处的放大图。

图4为本实用新型与一级压气机的子午面示意图。

图5为本实用新型实施例中数值模拟获得的本实用新型缝道与经典圆弧形缝道的总压损失系数马赫数曲线。

图6为本实用新型实施例中数值模拟获得的本实用新型缝道与经典圆弧形缝道的落后角马赫数曲线。

图7为本实用新型实施例中数值模拟获得的本实用新型缝道马赫数云图。

图8为本实用新型实施例中数值模拟获得的经典圆弧形缝道的马赫数云图。

附图标记说明:

10—前叶； 11—第一曲线； 12—第二曲线；

13—前叶压力面面型线； 14—前叶吸力面面型线；

20—后叶； 21—第三曲线； 22—第四曲线；

23—第五曲线； 24—后叶压力面面型线；

25—后叶吸力面面型线； 30—转轴；

40—缝道。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的实施例。虽然附图中显示了本实用新型的某些实施例，然而应当理解的是，本实用新型可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本实用新型。应当理解的是，本实用新型的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本实用新型的保护范围。

需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

如图1至图4所示，本实用新型一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其包括前叶10和后叶20，所述前叶10尾缘和后叶20前缘之间存在缝道40，所述前叶10尾缘为由多段曲线连接成的向内凹陷的光滑曲面，所述后叶20前缘为由多段曲线连接成的向外凸出的光滑曲面，所述前叶10与轮毂机匣相连且起到了承力框架的作用，所述后叶20通过转轴30可绕着转轴30转动的安装在轮毂机匣上，所述后叶20能够绕转轴30转动且后叶20转角时缝道40的形状发生变化以抑制泄漏流从压力面流向吸力面或在吸力面出口处形成高速小股贴壁射流。

本实施例中自适应缝隙调节可变弯度进口导叶由前叶10和后叶20两部分组成，在前叶10和后叶20之间设置有缝道40，缝道40能够连通进口导叶的压力面和吸力面，前叶10与轮毂机匣固定连接，无预旋，起到了承力框架的作用，后叶20能够绕转轴30转动，通过后叶20的转动调整缝道40的形式，缝道40的形式为抑制泄漏流从压力面流向吸力面时，可以减少泄漏流与主流的掺混，从而减少损失。缝道40的形式强收缩形时，能在吸力面出口处形成高速小股贴壁射流，改善后叶吸力面的附面层流动，防止气流在后叶吸力面分离，从而降低可变弯度导叶的损失。

如图3所示，图中虚线小圆圈为前叶10尾缘和后叶20前缘上个曲线的过渡点所在的位置。所述前叶10尾缘由两段曲线连接而成，所述两段曲线分别为第一曲线11和第二曲线12，所述第一曲线11的一端与前叶10上的前叶压力面面型线13连接且所述第一曲线11为圆弧曲线，所述第一曲线11的另一端与第二曲线12的一端连接，所述第二曲线12的另一端与前叶10上的前叶吸力面面型线14连接且所述第二曲线12为椭圆曲线；

所述后叶20前缘由三段曲线连接而成，所述三段曲线分别为第三曲线21、第四曲线22和第五曲线23，所述第三曲线21的一端与后叶20上的后叶压力面面型线24连接且第三曲线21为圆弧曲线，所述第三曲线21的另一端与第四曲线22的一端连接，所述第四曲线22的另一端与第五曲线23的一端连接且所述第四曲线22为椭圆曲线，所述第五曲线23的另一端与后叶20上的后叶吸力面面型线25连接且所述第五曲线23为用于连接第四曲线22和后叶吸力面面型线25的过渡线。

本实施了中前叶10尾缘和后叶20前缘均采用椭圆和圆弧曲线结合的方式，较经典圆弧形缝道，通过CFX软件进行数值模拟得到本实用新型缝道与典圆弧形缝道结构性能曲线及马赫数云图，如图5至图8所示，对比分析可以看出，两种缝道结构的落后角差别并不大，因此主要对比总压损失系数。当后叶无转角时，两种缝道结构的总压损失系数几乎一样，而当后叶转角增加时，相同条件下本实用新型缝道结构的总压损失系数更小，同样转角情况下，本实用新型缝道结构的可用工作范围大于圆形缝道。

上述CFX软件进行数值模拟所采用前叶弦长为59.9mm，叶型部分几何参数如下表：

本实施了中所述第一曲线11和第二曲线12连接处满足曲线一阶导数连续，所述后叶20压力面面型线和第三曲线21连接处满足曲线一阶导数连续，所述第三曲线21和第四曲线22连接处满足曲线一阶导数连续，所述第四曲线22和第五曲线23连接处满足二阶导数连续，所述第五曲线23和后叶吸力面面型线25连接处满足二阶导数连续。

如图3所示，所述第一曲线11和第三曲线21的圆弧半径相同，所述第二曲线12与前叶10吸力面面型线连接形成的楔形角的角度大于10°。

如图3所示，所述前叶10前缘为圆形或椭圆形且所述前叶10前缘分别与压力面面型线和吸力面面型线光滑连接，所述后叶20后缘为圆形或椭圆形且所述前叶10前缘分别与压力面面型线和吸力面面型线光滑连接，

如图1和图2所示，所述前叶10弦长为自适应缝隙调节可变弯度进口导叶整体弦长的40％～50％。

如图1和图2所示，所述自适应缝隙调节可变弯度进口导叶的最大厚度位于缝道40所在位置。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：包括前叶(10)和后叶(20)，所述前叶(10)尾缘和后叶(20)前缘之间存在缝道(40)，所述前叶(10)尾缘为由多段曲线连接成的向内凹陷的光滑曲面，所述后叶(20)前缘为由多段曲线连接成的向外凸出的光滑曲面，所述前叶(10)与轮毂机匣相连且起到了承力框架的作用，所述后叶(20)能够绕转轴(30)转动且后叶(20)转角时缝道(40)的形状发生变化以抑制泄漏流从压力面流向吸力面或在吸力面出口处形成高速小股贴壁射流。

2.按照权利要求1所述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述前叶(10)尾缘由两段曲线连接而成，所述两段曲线分别为第一曲线(11)和第二曲线(12)，所述第一曲线(11)的一端与前叶(10)上的前叶压力面面型线(13)连接且所述第一曲线(11)为圆弧曲线，所述第一曲线(11)的另一端与第二曲线(12)的一端连接，所述第二曲线(12)的另一端与前叶(10)上的前叶吸力面面型线(14)连接且所述第二曲线(12)为椭圆曲线；

所述后叶(20)前缘由三段曲线连接而成，所述三段曲线分别为第三曲线(21)、第四曲线(22)和第五曲线(23)，所述第三曲线(21)的一端与后叶(20)上的后叶压力面面型线(24)连接且第三曲线(21)为圆弧曲线，所述第三曲线(21)的另一端与第四曲线(22)的一端连接，所述第四曲线(22)的另一端与第五曲线(23)的一端连接且所述第四曲线(22)为椭圆曲线，所述第五曲线(23)的另一端与后叶(20)上的后叶吸力面面型线(25)连接且所述第五曲线(23)为用于连接第四曲线(22)和后叶吸力面面型线(25)的过渡线。

3.按照权利要求2所述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述第一曲线(11)和第二曲线(12)连接处满足曲线一阶导数连续，所述后叶(20)压力面面型线和第三曲线(21)连接处满足曲线一阶导数连续，所述第三曲线(21)和第四曲线(22)连接处满足曲线一阶导数连续，所述第四曲线(22)和第五曲线(23)连接处满足二阶导数连续，所述第五曲线(23)和后叶吸力面面型线(25)连接处满足二阶导数连续。

4.按照权利要求2或3所述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述第一曲线(11)和第三曲线(21)的圆弧半径相同，所述第二曲线(12)与前叶(10)吸力面面型线连接形成的楔形角的角度大于10°。

5.按照权利要求4所述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述前叶(10)前缘为圆形或椭圆形且所述前叶(10)前缘分别与压力面面型线和吸力面面型线光滑连接，所述后叶(20)后缘为圆形或椭圆形且所述前叶(10)前缘分别与压力面面型线和吸力面面型线光滑连接。

6.按照权利要求1、2、3或5所述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述前叶(10)弦长为自适应缝隙调节可变弯度进口导叶整体弦长的40％～50％。

7.按照权利要求6所述的一种自适应缝隙调节可变弯度进口导叶，其特征在于：所述自适应缝隙调节可变弯度进口导叶的最大厚度位于缝道(40)所在位置。

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