[发明专利]压气机动叶叶尖小翼

说明书

技术领域

本发明涉及叶轮机械领域，具体涉及应用于各种压气机动叶的叶尖小翼的设计。

背景技术

在压气机中，动叶叶顶部位与机匣之间的叶尖间隙的几何尺寸同整个流道相比是非常小的，但它却对叶片流道内近20％区域的流动产生影响，尤其是尺寸比较小的压气机中，叶顶间隙具有以下几种不利影响：1)叶尖间隙的存在，会造成工作流体实际流量的减少，导致叶尖附近工作流体做功减少、通道堵塞及叶栅损失增加；2)叶尖泄漏会在动叶吸力面形成叶尖泄漏涡，叶尖泄漏涡与通道涡相互作用，使叶栅通道内流动更加复杂，流动损失增加，同时改变了气流出口角；3)由于转子相对于机匣壁面运动，引起机匣壁面附面层摩擦运动，形成擦流涡。由叶尖间隙带来的三种影响，都不同程度地改变了压气机叶栅内的流场分布，增加压气机内的气流流动损失。由叶尖间隙造成的流量损失和叶尖泄漏涡及叶尖擦流涡等二次流损失一般都在压气机总损失中占有相当大的比重，它们的增加都会导致压气机总损失的增加。如果在动叶顶部使用叶冠，则叶冠需和外机匣采用多重密封系统，而且叶冠在高速旋转下，离心力较大，会造成动叶所受应力的增加，从而在一定程度上降低压气机工作的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于各种压气机动叶的叶尖小翼的设计，这种设计能减少叶尖泄漏，降低叶尖泄漏涡、擦流涡对流道内流场影响，同时改善叶栅流场，提高压气机的效率，拓宽压气机的稳定工作范围。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

压气机动叶叶尖小翼主要由前缘翼4、压力面翼3、吸力面翼5和尾缘翼1或尾缘翼6组成，叶尖小翼7主要用于压气机动叶8，其安装位置为动叶顶端，连接方式可以采用和动叶一体加工生成，也可以单独加工叶尖小翼，然后通过焊接等方式与动叶连接；叶尖小翼7与压气机动叶8之间连接过渡，可以采用倒角过渡、圆角过渡或采用自由曲面光滑过渡；压力面翼3和吸力面翼5均可单独使用，也可与其它部分小翼组合使用，组合使用时，各小翼可以一体加工生成，也可单独加工，然后通过焊接等方式连接起来；吸力面翼5和压力面翼3是在压气机动叶叶型轮廓的基础上，在叶型前缘点A与尾缘点B之间沿圆周方向扩展出的翼片；吸力面翼5和压力面翼3的前缘点C和前缘点D位于压气机动叶叶型前缘点A或前缘点A与叶型最大厚度之间，吸力面翼5和压力面翼3的尾缘点E和尾缘点F位于尾缘点B或叶型最大厚度与尾缘点B之间，吸力面翼5或压力面翼3的前缘点与尾缘点的最佳位置需根据实际需求经计算与试验确定；吸力面翼5和压力面翼3沿其前缘到尾缘宽度可以相同，也可以不同，形状可以是规则形状，也可以是自由曲面构造的不规则形状；前缘翼4和尾缘翼与吸力面翼5及压力面翼3光滑连接，前缘翼4和尾缘翼1或尾缘翼6是吸力面翼5和压力面翼3在前缘和尾缘处的延伸，一般为采用自由曲面的光滑结构，尾缘翼也可以采用燕尾结构。叶尖小翼顶部具有和外机匣相同的曲率，以保证叶尖小翼在工作时和外机匣之间保持很小的均匀距离，减少压力面气流向吸力面泄漏。在叶尖小翼顶部与外机匣之间的间隙控制可以根据设计需要采用主动间隙控制或被动间隙控制，还可以在外机匣的内壁涂上一层易磨涂层，在叶尖小翼的顶部添加耐磨材料来控制外机匣与叶尖小翼顶部之间的泄漏损失。

本发明的有益效果是：在各种压气机动叶顶端采用叶尖小翼的设计，具有减小叶尖泄漏，控制叶尖泄漏涡和擦流涡的作用，同时能改善流体由叶根向叶尖串流所形成的二次流场，提高压气机的效率，拓宽压气机的稳定工作范围，且本发明相比叶冠，具有结构简单、重量轻、可靠性高等优点。

附图说明

图1是本发明压气机动叶与具有前缘翼、光滑结构尾缘翼的叶尖小翼顶视图。

图2是本发明压气机动叶与具有前缘翼、燕尾结构尾缘翼的叶尖小翼顶视图。

图3是本发明压气机动叶与叶尖小翼的三维视图。

图4是本发明压气机动叶与叶尖小翼沿流向的剖视图。

图5是不带叶尖小翼的叶尖流场结构示意图。

图6是本发明带叶尖小翼的叶尖流场结构示意图。

图中：1、光滑结构尾缘翼，2、叶型轮廓线，3、压力面翼，4、前缘翼，5、吸力面翼，6、燕尾结构尾缘翼，7、叶尖小翼，8、压气机动叶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细地描述：