控制间隙损失的导叶结构和动力系统技术方案

本文提供一种控制间隙损失的导叶结构和动力系统。导叶结构包括机匣、轮毂和导叶，导叶可转动地安装在机匣和轮毂之间；导叶的叶根和轮毂的转动配合处设有第一间隙损失控制结构，第一间隙损失控制结构包括第一凹槽和置于第一凹槽内的第一凸台，第一凸台和第一凹槽中的之一位于叶根、另一位于轮毂，且第一凸台和第一凹槽之间设有第一设定间隔g1；导叶的叶顶和机匣的转动配合处设有第二间隙损失控制结构，第二间隙损失控制结构包括第二凹槽和置于第二凹槽内的第二凸台，第二凸台和第二凹槽中的之一位于叶顶、另一位于机匣，且第二凸台和第二凹槽之间设有第二设定间隔g2。该导叶结构的气动性能和流动控制更好。气动性能和流动控制更好。气动性能和流动控制更好。

【技术实现步骤摘要】
控制间隙损失的导叶结构和动力系统


[0001]本文涉及叶轮机械
，尤指一种控制间隙损失的导叶结构和一种动力系统。

技术介绍

[0002]燃气轮机和航空发动机等动力系统广泛应用于工业、航空、电力等行业，其导叶结构包括圆柱环状的机匣、圆柱环状的轮毂和多个导叶；轮毂与机匣同轴设置，且轮毂位于机匣内侧；多个导叶可转动地安装在机匣和轮毂之间、并沿轮毂的周向依次布置，导叶的旋转轴与轮毂的轴线垂直相交，相邻导叶之间形成喉口；任一导叶的叶根和叶顶相互平行。
[0003]相比于动力系统采用传统的固定流路循环技术，动力系统采用变几何动力涡轮技术，可以有效调节和优化各部件之间的匹配，提高整机的加减速特性，改变导叶喉口面积，从而实现大幅调节流通能力，保证动力系统效率在很宽广的范围内维持较高水平，最终达到提升导叶结构的气动性能和流动控制的目的。
[0004]如何更好地提升导叶结构的气动性能和流动控制，也是本领域技术人员一直致力于解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]研究分析发现：在变几何导叶设计中，为了避免导叶旋转时的热胀冷缩以及碰磨，导叶的叶顶与机匣之间以及导叶的叶根与轮毂之间会预留比较大的端区间隙，受压力面和吸力面压力差的驱动，流体会从压力面流向吸力面，从而形成显著的端区间隙泄漏流(出现端区间隙流动损失)，当端区间隙泄漏流冲击到吸力面主流时，就会造成很强的掺混损失。由于机匣和轮毂是圆柱环状的回转结构，导叶在大角度调节时，端区间隙改变非常明显。尤其在导叶负荷非常高的情况下(即导叶安装角较大，致使喉道面积减小时)，端区间隙流动损失尤其严重，造成部件效率下降明显。
[0006]本申请提供了一种导叶结构，其气动性能和流动控制更好。
[0007]本申请还提供了一种动力系统。
[0008]本专利技术实施例提供的导叶结构，包括机匣、轮毂和导叶，所述导叶可转动地安装在所述机匣和所述轮毂之间；所述导叶的叶根和所述轮毂的转动配合处设有第一间隙损失控制结构，所述第一间隙损失控制结构包括第一凹槽和置于所述第一凹槽内的第一凸台，所述第一凸台和所述第一凹槽中的之一位于所述叶根、另一位于所述轮毂，且所述第一凸台和所述第一凹槽之间设有第一设定间隔g1；所述导叶的叶顶和所述机匣的转动配合处设有第二间隙损失控制结构，所述第二间隙损失控制结构包括第二凹槽和置于所述第二凹槽内的第二凸台，所述第二凸台和所述第二凹槽中的之一位于所述叶顶、另一位于所述机匣，且所述第二凸台和所述第二凹槽之间设有第二设定间隔g2。
[0009]在一示例性实施例中，0＜g1＜0.1h，0＜g2＜0.1h；h为所述导叶在叶根和叶顶之间的高度。
[0010]在一示例性实施例中，所述叶根和所述轮毂的转动配合处设有第一转轴，所述第一转轴连接在所述叶根的最大泄漏流区域；所述叶顶和所述机匣的转动配合处设有第二转轴，所述第二转轴连接在所述叶顶的最大泄漏流区域；其中，所述第一转轴和所述第二转轴关于所述导叶呈轴对称。
[0011]在一示例性实施例中，0.5X
max
<X
R
<2X
max
，X
max
为最大泄漏流区域与所述导叶的前缘之间的距离，X
R
为第一转轴的轴线与所述导叶的前缘之间的距离。
[0012]在一示例性实施例中，所述第一凸台为球面凸台，所述第一凹槽为球面凹槽，所述第一凸台的球心和所述第一凹槽的球心均位于所述第一转轴的轴线上。
[0013]在一示例性实施例中，所述第二凸台为球面凸台，所述第二凹槽为球面凹槽，所述第二凸台的球心和所述第二凹槽的球心均位于所述第二转轴的轴线上。
[0014]在一示例性实施例中，所述第一凸台的凸起高度为d1，所述第一凸台的半径为r1，所述第一转轴的半径为R1，0＜r1＜h，0＜d1＜0.1h，0＜R1＜dm/2， h为所述导叶在叶根和叶顶之间的高度，dm为第一转轴所在位置的刀叶厚度。
[0015]在一示例性实施例中，所述第二凸台的凸起高度为d2，所述第二凸台的半径为r2，所述第二转轴的半径为R2，0＜r2＜h，0＜d2＜0.1h，0＜R2＜dm/2， h为所述导叶在叶根和叶顶之间的高度，dm为第一转轴所在位置的刀叶厚度。
[0016]在一示例性实施例中，所述第一凸台位于所述叶根，所述第一凹槽位于所述轮毂，所述第一转轴连接在所述第一凸台，所述第二凸台位于所述叶顶，所述第二凹槽位于所述机匣，所述第二转轴连接在所述第二凸台。
[0017]在一示例性实施例中，所述第一凸台位于所述轮毂，第一凹槽位于所述叶根，所述第一转轴连接在所述第一凹槽，所述第二凸台位于所述机匣，所述第二凹槽位于所述叶顶，所述第二转轴连接在所述第二凹槽。
[0018]在一示例性实施例中，所述轮毂包括第一圆环壁，所述机匣包括第二圆环壁，所述第一圆环壁位于所述第二圆环壁内侧、并与所述第二圆环壁同轴设置，所述导叶包括多个，多个所述导叶均位于所述轮毂和所述机匣之间、并沿所述第一圆环壁的周向依次布置，所述叶根均朝向所述第一圆环壁，所述叶顶均朝向所述第二圆环壁。
[0019]本专利技术实施例提供的动力系统，包括上述任一实施例所述的导叶结构。
[0020]本专利技术实施例提供的导叶结构，由于第一凹槽和第一凸台均位于导叶的叶根和轮毂的转动配合处，而且第一凸台置于第一凹槽内、并与第一凹槽转动配合，因此g1并不随着导叶安装角的不同而增大，导叶的叶根和轮毂的转动配合处的端区间隙流动损失也就不会增大；由于第二凹槽和第二凸台均位于导叶的叶顶和机匣的转动配合处，而且第二凸台置于第二凹槽内、并与第二凹槽转动配合，因此g2并不随着导叶安装角的不同而增大，导叶的叶顶和机匣的转动配合处的端区间隙流动损失也就不会增大；因此，本申请导叶结构的气动性能和流动控制更好，而且结构简单。
[0021]本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
[0022]附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
[0023]图1为本申请一实施例所述的导叶结构的局部结构示意图；
[0024]图2为在叶根与轮毂之间为均匀间隙，叶顶与机匣之间为均匀间隙，无第一凸台、第一凹槽、第二凸台、第二凹槽、第一转轴和第二转轴的导叶结构的导叶静压分布图；
[0025]图3为图1所示导叶结构的立体结构局部示意图；
[0026]图4为图1所述的导叶结构在正负5
°
角度调节时的叶片喉道面积变化趋势图；
[0027]图5为图1所示导叶结构和图2所示导叶结构在正负5
°
角度调节时的效率值图，n为图1所示导叶结构在正负5
°
角度调节时的效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导叶结构，包括机匣、轮毂和导叶，所述导叶可转动地安装在所述机匣和所述轮毂之间；其特征在于：所述导叶的叶根和所述轮毂的转动配合处设有第一间隙损失控制结构，所述第一间隙损失控制结构包括第一凹槽和置于所述第一凹槽内的第一凸台，所述第一凸台和所述第一凹槽中的之一位于所述叶根、另一位于所述轮毂，且所述第一凸台和所述第一凹槽之间设有第一设定间隔g1；所述导叶的叶顶和所述机匣的转动配合处设有第二间隙损失控制结构，所述第二间隙损失控制结构包括第二凹槽和置于所述第二凹槽内的第二凸台，所述第二凸台和所述第二凹槽中的之一位于所述叶顶、另一位于所述机匣，且所述第二凸台和所述第二凹槽之间设有第二设定间隔g2。2.根据权利要求1所述的导叶结构，其特征在于，0＜g1＜0.1h，0＜g2＜0.1h；h为所述导叶在叶根和叶顶之间的高度。3.根据权利要求1所述的导叶结构，其特征在于，所述叶根和所述轮毂的转动配合处设有第一转轴，所述第一转轴连接在所述叶根的最大泄漏流区域；所述叶顶和所述机匣的转动配合处设有第二转轴，所述第二转轴连接在所述叶顶的最大泄漏流区域；其中，所述第一转轴和所述第二转轴关于所述导叶呈轴对称。4.根据权利要求3所述的导叶结构，其特征在于，0.5X
max
<X
R
<2X
max
，X
max
为最大泄漏流区域与所述导叶的前缘之间的距离，X
R
为第一转轴的轴线与所述导叶的前缘之间的距离。5.根据权利要求3所述的导叶结构，其特征在于，所述第一凸台为球面凸台，所述第一凹槽为球面凹槽，所述第一凸台的球心和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凯，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：