[发明专利]复合叶尖小翼

说明书

本发明提出的时一种复合叶尖小翼，其结构包括在叶片顶端吸力面侧设置叶尖小翼，并在叶顶表面设置若干分流槽；所述叶顶表面包括叶尖小翼和原来叶片的顶部这两个部分。本发明在保留常规叶尖小翼抑制间隙泄漏功能的同时，通过在叶顶表面增加的分流槽形成与叶顶泄漏流流向交叉的流动，减小从压力面侧直接越过叶顶的泄漏流量，同时经由出口角度不同的若干个分流槽将泄漏流拆分为若干股，在通道内形成若干个强度较小的泄漏涡，降低泄漏流与吸力面侧低能流的掺混损失，由此提高叶轮性能。

技术领域

本发明涉及一种复合叶尖小翼，本发明主要安装于转子叶片的顶端，用于抑制叶顶间隙区内自叶片压力面向叶片吸力面侧的泄漏流，以提高叶轮机械的性能；属于叶轮机械技术领域。

背景技术

叶轮机械是一种重要的机械设备，广泛应用于航空航天航海、能源动力等领域，是航空发动机、燃气轮机、增压器、离心泵等设备的核心部件，其性能制约着设备的总体性能；叶轮机械中转子叶片与其机匣间存在一定的径向间隙，以包容叶轮工作时由离心载荷及热载荷造成的叶片径向拉伸变形量，但同时也造成了从叶片压力面侧向吸力面侧的泄漏，使叶片两侧压差减小，降低了叶轮的做功能力，并且泄漏流与叶片吸力面侧低能流的掺混，又造成明显的掺混损失，上述种种均造成叶轮性能的显著下降；以常规航空涡轮发动机中的轴流涡轮为例，目前由于叶尖泄漏造成的损失占其涡轮级流动损失的1/3以上，间隙尺寸相对叶高每增大1%，涡轮效率下降1.5%，发动机耗油率增大3%，因此寻求合适的间隙泄漏流抑制措施，对提高叶轮机械的性能具有重要的意义，是当前叶轮机械领域的研究热点之一。

研究者针对叶顶间隙泄漏流提出了多种抑制措施，比较常见的有封严篦齿、叶尖小翼、叶顶处理、处理机匣、非定常激励等形式；封严篦齿具有较好地封严效果，但其结构较为复杂、制造成本高，因此在早期的航空发动机中应用的较多；而处理机匣和非定常激励需要庞大的附加设备（附加管路及电源等），封严效果较差且实际应用性不强；叶尖小翼和叶顶处理的结构相对简化，在航空发动机上得到了较多的尝试和应用，但其对泄漏的抑制效果不如篦齿封严有效。

叶尖小翼是一种常见的抑制叶尖泄漏的措施，其主要工作原理是通过增加叶顶间隙区流道的长度，来减小间隙区两侧的驱动压差，增大该处的流阻，从而减小间隙区内的泄漏流量，降低泄漏损失；同时研究者还发现，在叶片吸力面布置叶尖小翼，可将泄漏流推送至更加远离叶片表面的通道中部，从而减少泄漏流与吸力面侧低能流的相互作用，这也能降低流动损失，提高叶轮性能。

叶尖小翼是形状与叶片叶型相似但更为宽大的薄片结构，布置在叶片顶部，目前的技术方案中叶尖小翼在吸力面侧、压力面侧都有布置，也有在吸力面和压力面侧同时布置的；更为宽大的叶片顶部增加了叶顶间隙区流道的长度，这不仅增大了该区域内的流阻，同时降低了间隙流道两侧的压差，即减小了泄漏流的驱动力，以此原理来减小泄漏流量、降低泄漏损失；叶尖小翼宽度的增加可有效减小泄漏流量，但会造成额外的摩擦损失，因此过大的叶尖小翼宽度对叶轮性能的提升没有帮助；在较小的叶尖小翼宽度条件下，简单的流道结构对泄漏损失的抑制效果不是很显著，当前的研究结果表明叶尖小翼大约能提升叶轮效率的幅度不超过1%；但是，叶尖小翼具有简单的构造和较低的成本，特别适用于尺寸功率较小的小型航空发动机、燃气轮机等设备，因此发展一种结构简单可靠、抑制效果明显的叶尖小翼方案，对减少叶尖间隙泄漏、提升叶轮性能是十分有价值的。

发明内容

本发明提出了一种复合叶尖小翼，其目的旨在更好地抑制叶轮机械的叶顶间隙泄漏。

本发明的技术解决方案：一种复合叶尖小翼，其结构包括在叶片顶端吸力面侧设置叶尖小翼，并在叶顶表面设置若干分流槽；所述叶顶表面包括叶尖小翼和原来叶片的顶部这两个部分。