[发明专利]一种可调涡轮导向叶片端壁结构、机匣端壁结构及涡轮

说明书

本申请公开了一种可调涡轮导向叶片端壁结构，所述端壁结构为多段式回转面结构，所述多段式回转面结构为：自叶片旋转轴线至叶片边缘延伸的多段线为基线，所述基线以叶片旋转轴线为中心向叶片偏转方向回转构成回转面。本申请的具有端壁结构的可调涡轮导向叶片及内外机匣采用等距分段回转面端壁设计，保证了涡轮导向叶片转动过程中间隙均匀，变化小，降低了泄漏损失；机匣上设计型槽，增加了气流流动阻力，形成气流涡旋，减小导向叶片安装角变化引起的附加损失，有效提升了涡轮效率；多段直线圆弧拟合回转面结构设计简单，适用于不同扩张角度的子午流道设计，更能提高涡轮性能，生产工艺性可行，具有更为广阔的工程应用价值。

技术领域

本申请属于变循环发动机技术领域，特别涉及一种可调涡轮导向叶片端壁结构、机匣端壁结构及涡轮。

背景技术

变循环发动机是一种通过改变发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置来改变其热力循环特性的发动机。变几何涡轮是变循环发动机的最主要部件之一，通过涡轮导向叶片喉道面积的改变来控制发动机的流量，调节发动机工作点，使发动机的性能与效率最大化。

变几何涡轮虽然会提高燃气轮机整体的机动性和变工况下的适应能力，但由于其特殊的结构以及工作过程，变几何涡轮相比定几何涡轮会产生一些额外的损失。如图1所示，常规定几何涡轮叶片叶身2与缘板1(流道面)为一体结构，而为了使可调导向叶片在控制的角度下实线转动，叶片端部必须留有一定的间隙以防止叶片端壁4和机匣壁面3发生刮碰或者卡滞，如图2所示。导向叶片端部间隙的大小直接影响着泄漏损失，角度调节过程中间隙的变化势必会使损失增加。

压气机通过可调静子叶片以防止压气机喘振及减轻旋转失速所带来的影响。静子叶片端壁与机匣壁面(即流道面)形状近似，沿发动机中心线回转形成。压气机静子叶片为实心薄叶片，作为冷端部件，温度的影响只在选取叶片材料性能参数时加以考虑，其旋转过程中的最小间隙可达0.05～0.1mm。

涡轮可调导向叶片的设计难度远大于压气机可调静子叶片，近年来随着高性能发动机涡轮前温度的不断提升，涡轮导向叶片均为气冷空心厚叶片，叶片几何形状和结构形式复杂，工作条件恶劣，需要确保涡轮可调导向叶片在高温、高压工作环境下灵活可靠工作。由于涡轮导向叶片叶身各截面扭转角度和流道上、下端壁倾角均大于压气机静子叶片，按照常规端壁叶片设计，其最大偏转角度下的径向间隙远大于压气机静子叶片。在角度调节过程中，涡轮导向叶片端壁与机匣壁面(即流道面)之间的间隙会发生显著改变，使得漏气损失增加，降低涡轮效率。

由于涡轮导向叶片各截面扭转角度较大，按照常规导向叶片端壁设计，导向叶片安装角变化过程中间隙变化较大，需要一种新型有效的可调涡轮导向叶片端壁结构控制端部间隙泄漏损失。

发明内容

本申请的目的是提供了一种可调涡轮导向叶片端壁结构、机匣端壁结构及涡轮，以解决上述任一问题。

本申请的技术方案是：一种可调涡轮导向叶片端壁结构，所述端壁结构为多段式回转面结构，所述多段式回转面结构为：自叶片旋转轴线至叶片边缘延伸的多段线为基线，所述基线以叶片旋转轴线为中心向叶片偏转方向回转构成回转面。

本申请中，所述多段线至少为三段，且至少包括一段直线和一段圆弧。

本申请还提供了一种可调涡轮机匣端壁结构，所述机匣端壁具有如上所示的多段式回转面结构相匹配的多段式回转面型槽，且所述多段式回转面型槽的基线与叶片端部的多段式回转面基线相同。

本申请还提供了一种可调导向涡轮，所述可调导向轮涡包括机匣和导向叶片，所述机匣具有如上所述的多段式回转面型槽，所述导向叶片具有如上所述的端壁结构，且所述导向叶片延伸入所述机匣中。