一种降低扰流损失的拉筋结构

摘要

本发明公开一种降低扰流损失的拉筋结构，在拉筋结构的气流前驻点处，沿其径向开设有楔形槽道或矩形槽道，其中拉筋结构是剖面为圆柱形或椭圆形的环形结构。其中，拉筋结构的开槽长度为L＝0.05R‑0.15R，所述R为拉筋半径或椭圆短轴的一半；楔形的倾斜角度α＝0‑3°，且当α＝0°时为矩形槽道。该拉筋结构，通过拉筋开槽，采用合成射流的方式在拉筋尾部低能流体区域注入高能流体，从而提高拉筋抵抗逆压梯度的能力，故尾部涡脱落被抑制程度提高；同时由于拉筋气流前驻点处开槽，极大程度上降低了拉筋流动阻力，有效的提高透平叶片效率；该拉筋结构同时降低了叶片附加质量，从而降低附加离心力载荷，有效的提高安全运行裕度。

权利要求

1.一种降低扰流损失的拉筋结构，其特征在于：在拉筋结构的气流前驻点处，开设有槽道，其沿径向具有楔形槽道或矩形槽道的特征，沿周向具有斜向开槽的特征，其中拉筋结构是剖面为圆柱形或椭圆形的环形结构；

楔形槽道或矩形槽道的开槽长度为L＝0.05R-0.15R，R为拉筋半径或椭圆短轴的一半；

楔形槽道的倾斜角度0°＜α≤3°，且当α＝0°时为矩形槽道；

斜向开槽的吸力面切槽角度γ与压力面切槽角度β分别为拉筋与叶片相交区域叶片型线的切线角度，斜向开槽的单边槽道长度a＝0.2N-0.3N，其中，N为拉筋弧长。

2.根据权利要求1所述的一种降低扰流损失的拉筋结构，其特征在于：斜向开槽的开槽起始点距离型线最短距离b与距离干摩擦面最短距离c满足以下条件：b≥0.1N，c≥0.1N，所述N为拉筋弧长。

说明书

一种降低扰流损失的拉筋结构

技术领域：

[0001] 本发明属于透平机械领域，具体涉及一种降低扰流损失的拉筋结构。背景技术：

[0002] 透平机械，是以连续流动的流体为工质，通过与叶片的相互作用，将流体能量转换成机械能的动力机械，是能源动力系统中的核心部件，在国民经济与国防事业均是不可或缺的组成部分。叶片在能量转换中起着至关重要的作用，因此其安全性与高效性在整个能源化工领域一直以来都备受关注。

[0003] 透平叶片在工作中会受到气流激振力，从而产生叶片振动，而降低叶片振动的关键措施主要有两方面：(1)考虑频率避开率，避免产生共振；(2)采用叶片阻尼结构，如阻尼凸台，阻尼拉筋，阻尼围带等，通过阻尼耗散振动能量，从而降低叶片振动。其中采用叶片阻尼拉筋结构，广泛应用于降低长叶片的振动，图1为整圈叶片阻尼拉筋结构示意图。

[0004] 阻尼拉筋不同于阻尼凸台及阻尼围带结构，其存在于叶片流道结构中。阻尼拉筋结构表面附近存在逆压梯度，导致拉筋表面流体产生流动分离，而尾迹涡的脱落对流场会产生大的扰动；同时阻尼拉筋结构前缘产生流动阻力，因此不可避免的造成额外的流动损失，这在极大程度上降低了透平机械运行效率，因此如何降低拉筋导致的透平机械流动损失一直被国内外学者广泛关注。另外，阻尼拉筋的使用，尤其对于受到较大激振力的长叶片，为了能够较好的抑制振动，阻尼拉筋尺寸势必会相应增加，不仅会影响流场的稳定性，更导致叶片附加质量的增加，从而离心载荷加重，影响叶片的安全运行。发明内容：

[0005] 本发明的根据现有阻尼拉筋的不足，提出了一种降低扰流损失的拉筋结构。在保证现有拉筋降低叶片振动效果的同时，在很大程度上改善了拉筋附近流动状态，抑制尾迹涡的脱落，从而提高透平机械的效率；另外，在一定程度上减小了附加叶片质量，从而降低离心载荷，提高安全运行裕度，具有广阔的应用前景。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

[0007] 一种降低扰流损失的拉筋结构，在拉筋结构的气流前驻点处，开设有槽道，沿其径向开设有楔形槽道或矩形槽道，其中拉筋结构是剖面为圆柱形或椭圆形的环形结构。

[0008] 本发明进一步的改进在于：拉筋结构的开槽长度为L＝0.05R-0.15R，R为拉筋半径或椭圆短轴的一半；楔形槽道的倾斜角度α＝0-3°，且当α＝0°时为矩形槽道。

[0009] 本发明进一步的改进在于：此外，拉筋结构沿其周向还开设有斜向开槽，斜向开槽的吸力面切槽角度γ与压力面切槽角度β分别为拉筋与叶片相交区域叶片型线的切线角度，单边槽道长度a＝0.2N-0.3N，其中，N为拉筋弧长。

[0010] 本发明进一步的改进在于：开槽起始点距离型线最短距离b与距离干摩擦面最短距离c满足以下条件：b≥0.1N，c≥0.1N，所述N为拉筋弧长。

[0011] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0012] 1、本发明提出对拉筋结构进行开槽，采用合成射流的方式为拉筋尾部低能流体区域注入高能流体，从而提高拉筋抵抗逆压梯度的能力，故尾部涡脱落被抑制程度提高。

[0013] 2、开槽区域位于拉筋结构气流前驻点，而前驻点区域为流动最大阻力区域，因此本发明在很大程度上降低了拉筋导致的流动阻力。

[0014] 3、开槽径向长度与周向长度相对拉筋尺寸较小，因此对现有拉筋结构的强度影响较小；周向开槽的角度最大程度上与该处区域气流角度保持一致，降低槽道流体的攻角损失，提高流动效率。

[0015] 4、该拉筋结构降低了叶片附加质量，从而降低附加离心力载荷，有效的提高安全运行裕度。

[0016] 5、在具体叶片设计时，可根据实际运行情况，方便调节a，b，c，R，L，α，β，γ等参数，实现透平机械通流效率与保证叶片减振效果及拉筋强度的最优值。附图说明：

[0017] 图1为带有整圈拉筋的透平叶片三维图；

[0018] 图2为单只阻尼拉筋叶片示意图；

[0019] 图3a为常规阻尼拉筋区域示意图；

[0020] 图3b为本发明阻尼拉筋区域示意图；

[0021] 图4为本发明阻尼拉筋区域A-A剖视图；

[0022] 图5为本发明阻尼拉筋区域B-B剖视图。具体实施方式：

[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0024] 参照图1，图2所示，分别给出了带阻尼拉筋结构的转圈阻尼叶片与单只阻尼叶片结构。该阻尼叶片包括叶身，叶根与阻尼拉筋结构。

[0025] 参照图3a，图3b所示，分别给出了常规阻尼拉筋结构与本发明阻尼拉筋结构。本发明在常规阻尼拉筋结构基础上开设楔形或矩形槽道。主气流通过拉筋绕流向下游流动，另一小部分气流通过拉筋结构楔形或矩形槽道，采用合成射流的方式汇入主流中，从而为拉筋附近绕流的尾部低能流体区域注入高能流体，因此拉筋尾部区域压力相对常规拉筋有所提高，从而提高拉筋抵抗逆压梯度的能力，故尾部涡脱落被抑制程度提高。开槽区域位于拉筋结构气流前驻点，此处由于拉筋阻碍的原因导致该驻点气流速度为0，因此气流前驻点附近的区域为流动最大阻力区域，本发明在气流前驻点区域开设槽道，在很大程度上降低了拉筋导致的流动阻力。同时开设楔形或矩形槽道，使得附加叶片质量降低，从而降低叶片附加离心载荷。

[0026] 参照图4所示，给出了拉筋结构A-A剖面图。拉筋周向为斜向开槽，吸力面切槽角度γ与压力面切槽角度β分别为拉筋与叶片相交区域叶片型线的切线角度。通过合理的切槽角度，可以使得气流通过槽道时，尽可能降低攻角损失，从而提高通槽内部流动效率。单边槽道长度a＝0.2N-0.3N，开槽起始点距离型线最短距离b与距离干摩擦面最短距离c满足以下条件：b≥0.1N，c≥0.1N，其中N为拉筋弧长。即在保证拉筋强度的同时，又尽可能的提高槽道流动面积，从而在更大范围内抑制尾迹涡脱落，降低逆压梯度，改善流动状况。

[0027] 参照图5所示，给出了拉筋结构B-B剖面图。拉筋径向开槽位置位于拉筋前驻点区域，开槽长度为L＝0.05R-0.15R，所述R为拉筋半径或椭圆短轴的一半；楔形槽道的倾斜角度α＝0-3°，且当α＝0°时为矩形槽道。限制径向开槽长度同样是为了在保证拉筋强度的同时，尽可能提高流动效率；同时采用可以调节的倾斜角度，这可以根据不同的实际运行工况选择合适的开槽角度，从而使得逆压梯度降低，有效控制尾迹涡。