[发明专利]具有等离子激励布局的涡轮叶栅叶顶结构

说明书

具有等离子激励布局的涡轮叶栅叶顶结构，属于叶轮机械技术领域。本发明是为了解决涡轮叶片由于压力面和吸力面两侧压差的作用造成工质泄漏流动，并损失能量的问题。它包括叶顶及等离子体激励器，沿叶顶的吸力边布置等离子体激励器，等离子体激励器的裸露电极长度方向与吸力边平行；所述裸露电极的长度小于或者等于吸力边曲线的长度。本发明为一种主动流动控制的叶顶结构。

技术领域

本发明涉及具有等离子激励布局的涡轮叶栅叶顶结构，属于叶轮机械技术领域。

背景技术

由于涡轮叶栅叶顶与机匣之间间隙存在的必然性，在叶片压力面和吸力面两侧压差的作用下，在动叶顶部会形成从压力边到吸力边的泄漏流动。泄漏流动不仅会减少做功工质流量，减小气动负荷，还会造成较大的剪切损失以及掺混损失等。因此，一直以来对叶顶间隙泄漏流动的研究是叶轮机械领域研究重点之一。

目前，对间隙流动控制的研究分为主动控制和被动控制。其中，主动控制是考虑气流、力等方式的量的注入来阻碍间隙流动，主要包括外机匣喷气、叶顶喷气和等离子体激励器控制等方式。间隙流动的被动控制没有能量的额外注入，主要是通过对叶尖/外壳机匣的结构进行改变，以达到对间隙流动的抑制作用，主要包括采用现代密封结构、叶顶/机匣修型、翼梢小翼、叶顶肋条/凹槽等方式。

等离子体流动控制技术作为一种新型的主动流动控制技术，相较于传统的主动流动控制技术有着许多本质上的优势：它结构简单，具有较小的尺寸和较轻的重量，容易装配到物体的表面；对于流动反馈迅速灵敏，具有较高的带宽，能够在多变方案条件下工作，易于实现流动控制的自动化与智能化；较低的能量消耗，在非稳定方案下工作每厘米只需0.07-0.14瓦特；在流动控制中无附加质量输入，属于严格意义上的零质量流量控制，在待机状态下对流动无影响等。

发明内容

本发明目的是为了解决涡轮叶片由于压力面和吸力面两侧压差的作用造成工质泄漏流动，并损失能量的问题，提供了一种具有等离子激励布局的涡轮叶栅叶顶结构。

本发明所述具有等离子激励布局的涡轮叶栅叶顶结构，它包括叶顶及等离子体激励器，

沿叶顶的吸力边布置等离子体激励器，等离子体激励器的裸露电极长度方向与吸力边平行；所述裸露电极的长度小于或者等于吸力边曲线的长度。

所述等离子体激励器为多个，多个等离子体激励器沿叶顶的吸力边布置。

所述每个等离子体激励器的裸露电极包括多个电极分段，每个电极分段具有单独的控制开关。

本发明的优点：本发明提供了一种涡轮叶栅叶顶的主动流动控制方案，它通过在涡轮叶栅动叶顶部沿吸力边一侧布置等离子体激励器，来削弱涡轮叶片泄漏涡的形成和发展，使得泄漏涡与主流的掺混损失减小，有效降低了叶顶泄漏流量以及出口能量损失系数，对涡轮叶栅叶顶的泄漏流动产生明显的抑制作用，减小了能量损失。

附图说明

图1是本发明所述具有等离子激励布局的涡轮叶栅叶顶结构的结构示意图；图中用双向箭头示意出裸露电极的长度方向，与裸露电极相邻靠近吸力边的虚线框示意性的表示一个植入电极。

图2是等离子体激励器的构造示意图；

图3是等离子体激励器的数学模型示意图；

图4是裸露电极包括多个电极分段的示意图；

图5是采用本发明的等离子体激励与无等离子体激励方案的涡轮叶栅叶顶出口截面能量损失系数径向分布对比图；

图6是采用本发明的等离子体激励与无等离子体激励方案的叶栅性能参数对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明：