[实用新型]一种抑制径流涡轮叶顶间隙流损失的减阻-射流耦合结构有效
申请号: | 201821496890.X | 申请日: | 2018-09-13 |
公开(公告)号: | CN208870647U | 公开(公告)日: | 2019-05-17 |
发明(设计)人: | 王星;陈海生;李文;朱阳历;张雪辉;胡东旭 | 申请(专利权)人: | 中储国能(北京)技术有限公司 |
主分类号: | F01D11/08 | 分类号: | F01D11/08;F01D25/24 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 径流涡轮 射流 射流结构 叶顶间隙 减阻 仿生减阻结构 本实用新型 耦合结构 涡轮 机匣 叶轮 压缩空气储能 航空航天 交通运输 气动效率 射流流量 实际工况 涡轮叶轮 下游区域 有效控制 做功能力 方向角 混流式 区域机 射流孔 向心式 突起 凹坑 进口 | ||
本实用新型涉及一种抑制径流涡轮叶顶间隙流损失的减阻‑射流耦合结构,仿生减阻结构布置在涡轮叶轮进口区域机匣表面;机匣射流结构布置在叶轮下游区域。其中仿生减阻结构包括:仿生减阻突起、凹坑、沟槽等;机匣射流结构包括:射流缝、射流孔等,射流方向角、射流流量、射流结构的几何尺寸根据实际工况确定和调整。涡轮类型为向心式、混流式等。本实用新型能有效控制径流涡轮叶顶间隙流损失,提高径流涡轮气动效率和做功能力,增加涡轮对能量的利用率,可广泛用于航空航天、交通运输、压缩空气储能等多个领域,尤其适用于高压径流涡轮。
技术领域
本实用新型涉及流体机械中的径流涡轮领域,涉及一种抑制径流涡轮叶顶间隙流损失的减阻-射流耦合结构,具体地说是一种将多种泄漏流损失控制技术耦合的径流涡轮。
背景技术
径流涡轮应用十分广泛,结构型式也多种多样,为工业生产、民众生活提供电力和动力。为了使单位体积的设备在同等热力参数下尽可能多的输出机械能,就需要提高径流涡轮的效率。作为旋转机械的一种,径流涡轮的叶轮与机匣存在相对运动,二者之间势必存在间隙,而这种间隙结构使径流涡轮中的工质产生叶顶间隙流动损失,并且这种损失是径流涡轮的流动损失的重要组成部分,因此采用合适的技术手段控制径流涡轮叶顶间隙流损失是提高径流涡轮效率的重要途径。
目前,控制径流涡轮间隙流损失的主要技术手段是减小间隙尺寸,但这种方法受叶轮与机匣的几何形状、加工及安装精度、振动位移等因素影响,为防止叶轮与机匣碰撞摩擦,在实际应用中间隙尺寸不可能太小,应用受到限制。针对轴流式涡轮的间隙流损失控制技术虽然很多,诸如叶顶射流、叶顶等离子体控制、叶尖小翼结构、叶顶沟槽结构等。但应用在径流式涡轮上还存在如下问题:一、径流式涡轮叶顶间隙流场结构复杂,采用单一控制手段难以有效减少间隙流损失。径流涡轮的间隙流主要可分为由机匣和叶轮顶部间相对运动所引起的“刮削流”和叶片顶部压力面和吸力面两侧压差产生的“泄漏流”两种。并且这两种流动的主导作用随叶轮进口段、中间段和出口段位置的不同而存在差异:(1)进口段区域叶轮叶片与机匣间相对速度高,机匣相对运动引起的刮削流对间隙流损失较大;(2)中间段区域工质所处半径减小,相对流动速度较低,刮削作用减弱,泄漏流影响增加;(3)出口段区域工质基本沿轴向方向运动,半径进一步减小,泄漏流起主要影响。二、径流叶轮加工结构特殊,与轴流涡轮差异较大。常规轴流涡轮的叶片厚度大,因此在常规轴流叶顶位置加工沟槽、射流/抽吸孔等较为容易。但径流涡轮外径尺寸和叶片厚度小,因此在叶顶位置加工沟槽、钻取射流/抽吸孔等结构存在困难。综上所述,需要针对径流涡轮结构和加工特点,采用多种间隙流损失控制手段相结合的方法实现径流涡轮效率的提高。
实用新型内容
为解决径流式涡轮叶顶间隙流种类多、损失大、运行效率低、做功能力弱的问题,本实用新型公开了一种抑制径流涡轮叶顶间隙流损失的减阻-射流耦合结构,该技术解决了径流涡轮间隙流损失大的问题,满足了径流涡轮高效运行的需求,促进了径流涡轮在高效运行系统上的应用。该技术使径流涡轮运行效率更高,同时具有加工方便、造价低等特点,具有广阔的应用前景。
为达到上述目的,本实用新型的技术解决方案如下:
一种抑制径流涡轮叶顶间隙流损失的减阻-射流耦合结构,所述径流涡轮包括径流叶轮和机匣,所述径流叶轮同轴布置在所述机匣中,所述径流叶轮沿其周向均匀分布多个径流叶片,所述径流叶片的顶部与所述机匣之间存在叶顶间隙,其特征在于,
所述径流涡轮进口处的机匣内表面沿其周向布置有仿生减阻结构,所述仿生减阻结构用以减少由于所述径流叶片的顶部与所述机匣之间的相对运动引起的刮削流所导致的壁面摩擦损失;
所述径流涡轮出口处的机匣内表面沿其周向布置有射流结构,所述射流结构用以喷射气流以改变所述径流涡轮出口处叶顶间隙泄漏涡的分布特征,利用叶顶间隙泄漏涡低压特征提高涡轮叶片的载荷和做功能力,通过改变泄漏流与主流掺混特征减少叶顶间隙泄漏涡损失。
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