[实用新型]一种能提高叶片高周疲劳寿命的流道

说明书

技术领域

本实用新型属于涡轮增压领域，具体涉及一种能提高叶片高周疲劳寿命的流道。

背景技术

涡轮增压是增压发动机中最常见的增压系统之一，涡轮增压利用废气驱动，在相同的单位时间里，能够把更多的空气或空气与燃油的混合气强制挤入气缸进行燃烧，因此能在相同的气缸容量下产生较自然进气发动机更大的动力输出。

在增压器运行过程中，内部的叶片受到气流压力变化产生的激振力，当增压器运行在某一转速时，转速的高阶阶次（Order）与叶片模态频率相近，叶片发生共振，受到应力急剧增大，由于叶片模态频率较高，在短时间内叶片经历大量循环，达到叶片疲劳寿命，容易发生断裂。如图1中为叶片在高周疲劳下发生断裂的图片。

因此，需要对现有技术中的增压器进行改进，克服以上缺陷。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型提供了一种能提高叶片高周疲劳寿命的流道。

本实用新型通过以下技术方案实现。

一种能提高叶片高周疲劳寿命的流道，包括流道本体，所述流道本体的舌尖处设有凸出部。

相比于现有技术，本申请通过修改流道舌尖附近的几何形状，改变了叶片旋转一周的压力分布，从而使叶片共振点压力幅值降低，最终降低叶片高周疲劳风险。

作为优选，所述凸出部为圆弧状凸出部或椭圆弧状凸出部。

作为优选，所述圆弧状凸出部的直径为29mm~32mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型改变现有技术中增压器流道的设计，改变了叶片旋转一周的压力分布，从而降低叶片高周疲劳风险。

附图说明

图1为现有技术中叶片断裂的图。

图2为现有技术中的流道的CFD分析图。

图3为本实用新型中的流道的CFD分析图。

图4为现有技术中的流道的示意图。

图5为本实用新型的流道的示意图。

图6为现有技术中的流道的三维图。

图7为本实用新型的流道的三维图。

图8为叶片旋转一周的压力分布图。

图9为将压力变化进行傅立叶变换得到频率压力幅值图。

图10为增压器叶片模态频率与其转速在运行范围内发生共振的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本实用新型做进一步描述。

一种能提高叶片高周疲劳寿命的流道，包括流道本体1，所述流道本体1的舌尖处设有凸出部11，所述凸出部11可以为圆弧状凸出部或椭圆弧状凸出部，本实施方式中，凸出部11为圆弧状凸出部，其直径为29mm~32mm，优选为30.5mm。

具体来看，图1所示的照片是高周疲劳状态下叶片破损的试剂照片，图1中椭圆圈所示为断裂的叶片，现有技术中的流道气压变化与叶片发生共振时，叶片承受的压力幅值较大，叶片具有较大高周疲劳风险，易断裂。

图2所示为现有技术中的流道的CFD分析图，图3所示为本实用新型中的流道的CFD分析图，要使叶片发生振动，需要以叶片响应频率为加载频率施加力，并作用于叶片上。CFD分析得到的叶尖周向压力分布可视为叶片旋转一周叶尖随时间的压力变化，每个叶片通过流道舌尖处压力变化最大，从图2与图3的对比可以看出，本实用新型的流道舌尖处设有凸出部，使得压力分布梯度合理，降低了高周疲劳风险。

图4为现有技术中的流道的示意图，图5为本实用新型的流道的示意图，其具有流道本体1与设于舌尖处的凸出部11。

图6为现有技术中的流道的三维图，图7为本实用新型的流道的三维图，其舌尖处设有凸出部。

图8为叶片旋转一周的压力分布图，可见经过改进后的流道中的叶片的压力分布更加均衡。图9为将压力变化进行傅立叶变换得到频率压力幅值图，从图9中可以看出，在增压器运行Order范围内，本实用新型的流道中的压力幅值小于现有技术中的压力幅值。

图10为某型增压器叶片模态频率与其转速在运行范围内发生共振的示意图（Campbell图）。对气流旋转一周的压力变化进行傅立叶变换得到频率压力幅值，高阶阶次时的转速可能在增压器运行范围之内（如10中order4-8），在叶片模态频率mode线与增压器转速高阶order线交点（转速低于增压器最高转速范围内），叶片发生共振。

综上所述，本实用新型的流道结构，改变了叶片旋转一周的压力分布，从而使叶片共振点压力幅值降低，最终降低叶片高周疲劳风险。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。