[发明专利]一种抑制流动分离的汽轮机仿生叶型

说明书

本发明公开了一种抑制流动分离的汽轮机仿生叶型，通过在原有叶型基础上对前缘修型设计实现，在叶片前缘控制线上设有多个高度为d的平滑突起，平滑突起与叶片前缘表面采用半径为r的球面平滑过渡，该叶片平均弦长为l、叶高为h。在电站汽轮机带部分负荷运行时，叶片处于负攻角状态下工作，仿生化平滑突起叶型可以对流体施加更多扰动，促进叶栅前缘分离区域内流体与主流流体间能量交换，加速流体再附着过程，从而抑制负攻角引起压力面流动分离的现象，提高叶型在变工况时的效率及安全性。

技术领域

本发明属于电力装备制造与节能减排领域，涉及一种电站汽轮机叶型，具体涉及一种抑制流动分离的汽轮机仿生叶型。

背景技术

2016年底，在我国发电装机容量中，火力发电机组及核能发电机组占约66.32％，这些机组都采用汽轮机作为原动机。为配合电网调峰运行，大型火电机组不得不经常处于变负荷状态运行；为配合可再生能源的接入，核电机组甚至也面临调峰的需求。作为发电站能量转化的关键装置，汽轮机性能尤其是变工况时的性能对发电厂的经济性和安全性具有巨大影响。因此，提高大型汽轮机在变工况运行状态下的效率及其安全性，对提升我国大型动力设备的自主设计和制造能力具有重要的现实意义。与此同时，仿生翼型设计方兴未艾，其在船舵、飞机机翼、风机叶片等外流流体力学部件上的应用具有良好效果，是目前热门研究课题。然而，现有文献未见仿生翼型在电站汽轮机等内流设备的应用。

发明内容

针对上述背景现状，本发明的目的是基于仿生学原理设计了一种电站用汽轮机叶型，通过抑制变工况运行时的汽流流动分离，从而提高大型汽轮机的效率及其安全性。

本发明另一目的是提供一种对现有汽轮机叶型进行仿生化改进的方法，能够解决现有汽轮机叶型在变负荷工况下效率偏低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种抑制流动分离的汽轮机仿生叶型，其特征在于：在叶片前缘控制线上设有多个高度为d的平滑突起，平滑突起与叶片前缘表面采用半径为r的球面平滑过渡，该叶片平均弦长为l、叶高为h。

作为改进，所述平滑突起高度d满足3％l≤d≤8％l，平滑突起间距m满足3％h≤m≤12％h。

作为改进，平滑突起与前缘控制线之间采用曲率半径r的圆弧相切连接，构成新的前缘控制线，曲率半径r满足7％l≤r≤20％l。

作为改进，平滑突起与叶片表面平滑融合的球面半径r满足7％l≤r≤20％l。

作为改进，多个平滑突起在叶片前缘控制线上均匀分布。

本发明的有益效果是：

本发明在现有汽轮机叶型的基础上，借鉴自然环境中鲸鱼等生物鳍片前缘的凸起状结构，通过对叶片前缘进行仿生化设计，从而达到抑制变工况运行时汽流流动分离的目的。由于无需对现有叶型进行大幅度调整，具有研发周期短、成本低、与原叶型安全特性相似等优势。模拟验证结果显示，相对原叶型，改进叶型在低负荷工况下通过延缓流动分离的发生，从而达到更高的相对内效率。

附图说明

图1是本发明汽轮机仿生叶型结构示意图。

图2是本发明汽轮机仿生叶型上尺寸注释示意图。

图3是本发明具体实施方式中原叶型叶栅流场示意图。

图4是本发明具体实施例1中采用仿生学原理的汽轮机仿生叶型叶栅流场示意图。

1-尾缘控制线，2-前缘控制线，3-平滑突起，4-叶片。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：