[发明专利]一种抑制燃气轮机透平叶片前缘马蹄涡的结构

说明书

本发明公开了一种抑制燃气轮机透平叶片前缘马蹄涡的结构，包括在透平叶片前缘上游的端壁上布置的若干微尺度沟槽结构，各微尺度沟槽结构的形状、轴向位置及相邻的间距相同。本发明基于沟槽结构降低流阻、吸附近壁面流动的机理，通过抑制前缘流动分离，减小通道内马蹄涡强度，降低二次流损失，提高透平整体性能。

技术领域

本发明涉及燃气轮机轴流透平领域，具体涉及一种抑制燃气轮机透平叶片前缘马蹄涡的结构。

背景技术

透平是将高温燃气的热能转化为机械能，并通过旋转方式输出机械功的装置，是燃气轮机的关键部件之一。在透平叶栅端部由于周向、径向和轴向压力梯度的作用会产生与主流方向不一致的二次流。二次流的存在使近端壁位置产生较大的二次流损失，占透平通道总损失的30％～50％。为了达到提高燃气透平气动性能的设计目标，当前燃气透平普遍采用提高叶片负荷的设计方法，随着叶片负荷的不断提高，叶间通道的横向压力差也随之提高，这一因素导致端区横向流加强，涡轮端部流动更加复杂，端区二次流动损失进一步增大。

二次流由一系列复杂的涡结构组成，如图1所示，前缘滞止区是整个二次流的产生位置，该位置流动状态的改善也能够使流道二次流结构得到抑制，其中在前缘滞止区中生成的马蹄涡影响范围最大，能量最强，因此，抑制前缘马蹄涡的发展对降低二次流损失尤为重要。根据已有研究，抑制马蹄涡的方法有改变前缘形状、改变前缘端壁造型、增加射流等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制燃气轮机透平叶片前缘马蹄涡的结构，基于沟槽结构降低流阻、吸附近壁面流动的机理，通过抑制前缘流动分离，减小通道内马蹄涡强度，降低二次流损失，提高透平整体性能。

本发明采用如下的技术方案来实现：

一种抑制燃气轮机透平叶片前缘马蹄涡的结构，包括在透平叶片前缘上游的端壁上布置的若干微尺度沟槽结构，各微尺度沟槽结构的形状、轴向位置及相邻的间距相同。

本发明进一步的改进在于，微尺度沟槽结构的横截面是矩形、三角形或半圆形，其对称轴与流线方向一致。

本发明进一步的改进在于，微尺度沟槽结构的起点距透平叶片前缘距离为S，终止点距透平叶片前缘距离为T，其中，S的取值范围为20％C～60％C，T的取值范围为2％C～20％C，C表示叶片轴向弦长。

本发明进一步的改进在于，微尺度沟槽结构靠近压力面侧与叶片前缘的距离为L，L的取值范围为5％C～20％C。

本发明进一步的改进在于，微尺度沟槽结构的宽度为W，W的范围为0.1％C～1.5％C。

本发明进一步的改进在于，微尺度沟槽结构的深度为H，H的范围为0.1％C～1.8％C。

本发明进一步的改进在于，各条微尺度沟槽结构之间的间距为G，G的范围为0.1％C～1％C。

本发明进一步的改进在于，微尺度沟槽结构的数量为N，N的范围为5～20。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供了一种抑制燃气轮机透平叶片前缘马蹄涡的结构，在透平通道端壁采取如上所述的沟槽处理后，透平通道端壁横向压力梯度有所降低，叶片前缘流动分离现象有所抑制，削弱了马蹄涡的发展，从而减小了二次流损失。因此，本发明有别于以往的其它方法，此方法采用的结构形式简单、效果明显、实施方便，同时由于尺度较小，额外带来的气动损失较小。

附图说明

图1为本发明的透平通道端壁的沟槽结构三维示意图。

图2为本发明的俯视图

图3为本发明的剖面视图。

具体实施方式