一种带有倒角结构的叶轮制造技术

本发明专利技术涉及一种带有倒角结构的叶轮，包括叶片和轮毂，叶片和轮毂之间有倒角结构，倒角半径沿中弧线变化，叶背前缘倒角半径为δBL和叶盆前缘倒角半径为δPL取值为前缘内切圆半径的10％到30％。叶背最大倒角半径δBmax和叶盆最大倒角半径δPmax取值为叶片最大内切圆半径的30％到50％。叶背尾缘倒角半径为δBT和叶盆尾缘倒角半径为δPT取值为尾缘内切圆半径的10％到30％。将6个位置的倒角半径通过给定曲线进行光滑连接得到一种带有倒角结构的叶轮机械。本发明专利技术的叶轮机械带有的特殊倒角结构削弱了前缘马蹄涡的强度；增加了吸力面低压区的面积，延迟了通道涡的形成和发展；削弱了通道涡和壁角涡的掺混，可以明显改善角区流动，降低流动损失。

An impeller with a chamfering structure.

The invention relates to an impeller with a chamfering structure, including a blade and a hub, a chamfering structure between the blade and the hub, the radius of the chamfering angle changes along the middle arc, the radius of the back angle of the front of the back of the back of the leaf is delta BL and the radius of the chamfering angle of the front edge of the leaf basin is 10% to 30% of the radius of the inner tangential circle in the front edge. The maximum back angle radius Bmax and the maximum chamfer radius Pmax of the blade are 30% to 50% of the maximum inscribed circle radius of the blade. The radius of the back edge of the blade is BT and the radius of the edge of the blade edge is delta PT, which is 10% to 30% of the radius of the tangential circle of the trailing edge. The chamfer radius of 6 positions is smoothed through a given curve to get a Turbomachinery with chamfering structure. The special chamfering structure of the turbomachinery of the invention weakens the strength of the horseshoe vortex in the front edge, increases the area of the low pressure area of the suction surface, delays the formation and development of the channel vortex, and weakens the mixing of the channel vortices and the wall corner vortices, and can obviously improve the flow of the angular region and reduce the loss of the flow.

【技术实现步骤摘要】
一种带有倒角结构的叶轮
本专利技术涉及一种燃气涡轮发动机叶轮，特别是一种带有倒角结构的叶轮。
技术介绍
随着叶轮机械相关技术的发展，叶片与端壁交汇区的流动越来越值得关注，该处的流动通常会导致角区分离，引起性能恶化。在叶根处加上叶根倒角是最常规的处理方式。但常规叶根倒角的存在主要是出于避免应力集中等结构工艺方面的考量，其倒角半径一般沿流程不变。近年来，针对叶片与端壁交汇区造型的处理出现了一种新的技术，即叶身端壁融合技术。但其造型过程中参考的附面层厚度并不准确，而且严重依赖来流状态，其沿流程取的各个截面进行连接后，导致倒角半径沿流程的变化并不光滑。中弧线是叶片设计的重要基准之一，也是截面线离散的依据，对叶片造型的质量具有十分重要的影响。中弧线的微小误差都可能导致最后的叶片型面不光顺，以中弧线为参考进行倒角结构的设计，沿流程合理布置倒角半径，使倒角半径分布更加光顺，可以提高发动机叶片的气动性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种能够更好的组织角区流动，削弱或消除角区分离，带有依据叶型中弧线设计的、倒角结构具有变化半径的叶轮。本专利技术实现方式如下：一种带有倒角结构的叶轮，包括叶片和轮毂，叶片和轮毂之间有倒角结构，叶片的叶背侧倒角半径的变化曲线满足：其中：δB(0)＝δBLδB(1)＝δBTδB(uBmax)＝δBmax叶盆侧倒角半径的变化曲线满足：其中：δP(0)＝δPLδP(1)＝δPTδp(uPmax)＝δPmax其中，叶背前缘倒角半径δBL和叶盆前缘倒角半径δPL取值均为前缘内切圆半径RL的10％到30％；叶背最大倒角半径δBmax和叶盆最大倒角半径δPmax取值均为最大内切圆半径Rmax的30％到50％；叶背尾缘倒角半径δBT和叶盆尾缘倒角半径δPT取值均为尾缘内切圆半径RT的10％到30％；u为任意位置所处弧长百分比的相对位置，取值范围为0到1，uBmax和uPmax为叶背最大倒角半径点和叶盆最大倒角半径点处的弧长百分比。最大内切圆半径Rmax为以中弧线上的点为圆心做叶盆曲线和叶背曲线的最大内切圆的半径；前缘内切圆半径RL为过叶背曲线和叶盆曲线的前缘点做叶背曲线和叶盆曲线的垂线相交于点OL，以OL为圆心，OLBL为半径所做的圆的半径；尾缘内切圆半径RT为过叶背曲线和叶盆曲线的尾缘点做叶盆曲线和叶背曲线的垂线相交于点OT，以OT为圆心，OTBT为半径所做的圆的半径。中弧线(5)为以叶片的叶盆曲线和叶背曲线前缘端点为圆心且垂直于曲线切矢所在的平面上构造2个同样大小的圆，分别沿叶盆曲线和叶背曲线创建两扫掠实体，两扫略实体的外侧交线沿平面(4)的法线方向在叶形曲线所在的平面(4)上的投影线。构造的2个同样大小的圆的半径满足两扫掠体至少有一条连续交线。叶背侧倒角半径的变化曲线为光滑的，叶盆侧倒角半径的变化曲线为光滑的。本专利技术具有以下优点及突出性的技术效果：本专利技术的带有倒角结构的叶轮以中弧线为参考进行倒角结构的设计，沿流程合理布置倒角半径，使倒角半径分布更加光顺，削弱了前缘马蹄涡的强度；增加了吸力面低压区的面积，延迟了通道涡的形成和发展；削弱了通道涡和壁角涡的掺混，可以明显改善角区流动，降低流动损失，提高发动机叶片的气动性能。可以显著改善燃气涡轮叶片端区的流动。该结构强调根据中弧线去合理设置叶根倒角半径沿流程的分布，以调控叶身端壁交汇区附面层分离。附图说明图1为按照常规方法导入叶型数据点并构造叶型曲线示意图；图2为生成三维扫略交线示意图；图3为获得叶型中弧线示意图；图4为涡轮叶片的6个关键数据点即叶背的前缘点BL、尾缘点BT和最大倒角半径点BM和叶盆的前缘点PL、尾缘点PT和最大倒角半径点PM的位置图以及前缘内切圆、最大内切圆和尾缘内切圆示意图；图5为涡轮叶片的6个关键数据点处的倒角半径光滑连接的示意图，即叶背前缘倒角半径δBL，叶背最大倒角半径δBmax，叶背尾缘倒角半径δBT，叶盆前缘倒角半径δPL，最大倒角半径δPmax和叶盆尾缘倒角半径δPT之间光滑连接的示意图；图6为涡轮叶片的叶背侧三维结构示意图；图7为涡轮叶片的叶盆侧三维结构示意图；图8带有常规倒角的涡轮叶片的通道涡的CFD数值模拟图；图9带有特殊倒角的涡轮叶片的通道涡的CFD数值模拟图。具体实施方式一种带有倒角结构的叶轮，包括叶片和轮毂，叶片和轮毂之间有倒角结构，本实施例根据
技术实现思路
所述的设计方法对倒角结构进行重新设计，并用数值模拟的方法验证其作用效果。该涡轮叶片的设计参数见表1。表1涡轮叶片的设计参数进口总压(bar)进口总温(K)流量(kg/s)叶片数13.03167826.4446实施方案的参数取值见表2。δBLδBmaxδBTδPLδPmaxδPT20％RL40％Rmax20％RT20％RL40％Rmax20％RT具体设计过程为：步骤1，按照常规方法导入叶型数据点并构造叶型曲线，完成叶盆曲线1和叶背曲线2的建模，如图1所示。步骤2，分别在两曲线前缘端点处构造2个同样大小的圆，位于垂直于曲线切矢所在的平面上；分别沿叶盆、叶背曲线创建两扫掠实体，并获得其外侧交线3，过程如图2所，其中圆的半径只要能保证两扫掠体有一条连续交线即可。步骤3，利用该交线向叶形曲线所在的平面4的法线方向投影，即可得到所需的中弧线5，如图3所示。步骤4，在中弧线基础上获得上述6个关键数据点，获取方法为：以中弧线上的点为圆心做叶盆曲线和叶背曲线的内切圆，其中最大内切圆与叶盆曲线和叶背曲线的交点记为BM和PM，即叶背和叶盆的最大倒角半径点，且最大内切圆半径记为Rmax；记叶盆曲线和叶背曲线在前缘处的端点为BL和PL，即叶背和叶盆的前缘点，过叶背和叶盆的前缘点做叶盆曲线和叶背曲线的垂线相交于点OL，以OL为圆心，OLBL为半径所做的圆即为前缘内切圆，前缘内切圆半径记为RL；记叶盆曲线和叶背曲线在尾缘处的端点为BL和PL，即叶背和叶盆的尾缘点，过叶背和叶盆的尾缘点做叶盆曲线和叶背曲线的垂线相交于点OT，以OT为圆心，OTBT为半径所做的圆即为尾缘内切圆，尾缘内切圆半径记为RL，如图4所示。以上述6个关键点和三个半径长度为基础，结合叶型曲线，进行倒角半径沿流程的设计。叶背前缘倒角半径δBL取值为20％前缘内切圆半径，布置在前缘点BL；最大倒角半径δBmax取值为40％最大叶片内切圆半径，布置在最大叶厚点BM；尾缘倒角半径δBT为20％尾缘内切圆半径，布置在尾缘点BT。倒角半径沿叶片横截面等弧长分布为δ(u)，则需要满足：δ(0)＝δBLδ(1)＝δDTδ(umax)＝δBmax按照不同的设计要求给出倒角半径的变化曲线即可，曲线采用如下线性变化方式：其中u为任意位置所处弧长百分比的相对位置，取值范围为0到1。同样方法可以求得叶盆前缘倒角半径为δPL，最大倒角半径为δPmax，尾缘倒角半径为δPT。其结果如图5所示。将得到的倒角半径沿流程的分布规律应用于叶片背部的倒角设计，其结果如图6所示。将得到的倒角半径沿流程的分布规律应用于叶片盆部的倒角设计，其结果如图7所示。其中，若δ(u)＝C，即倒角半径为常数，则该叶片为常规等半径倒角叶片。对本实施例中，带有常规倒角涡轮叶片和带有特殊倒角结构的涡轮叶片，进行三维CFD数值模拟。其通道涡发展如图8，图9所示。通过流线图的对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有倒角结构的叶轮，包括叶片和轮毂，其特征在于：叶片和轮毂之间有倒角结构，叶片的叶背侧倒角半径的变化曲线满足：

【技术特征摘要】
1.一种带有倒角结构的叶轮，包括叶片和轮毂，其特征在于：叶片和轮毂之间有倒角结构，叶片的叶背侧倒角半径的变化曲线满足：其中：δB(0)＝δBLδB(1)＝δBTδB(uBmax)＝δBmax叶盆侧倒角半径的变化曲线满足：其中：δP(0)＝δPLδP(1)＝δPTδp(uPmax)＝δPmax其中，叶背前缘倒角半径δBL和叶盆前缘倒角半径δPL取值均为前缘内切圆半径RL的10％到30％；叶背最大倒角半径δBmax和叶盆最大倒角半径δPmax取值均为最大内切圆半径Rmax的30％到50％；叶背尾缘倒角半径δBT和叶盆尾缘倒角半径δPT取值均为尾缘内切圆半径RT的10％到30％；u为任意位置所处弧长百分比的相对位置，取值范围为0到1，uBmax和uPmax为叶背最大倒角半径点和叶盆最大倒角半径点处的弧长百分比。2.根据权利要求1所述的一种带有倒角结构的叶轮，其特征在于：所述最大内切圆半径Rmax为以中弧线上的点为圆心做...

【专利技术属性】
技术研发人员：董平，林洪飞，郑群，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23