一种适用于1MW等级空气向心涡轮的叶轮的制作方法

技术领域：

本实用新型属于叶轮技术领域，具体涉及一种适用于1mw等级空气向心涡轮的叶轮。

背景技术：
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空气布雷顿循环动力发电系统是一种新型发电装置，主要功能是实现空气布雷顿循环的热-电转换，集成于标准集装箱内。向心涡轮是影响空气布雷顿循环装置的核心部件，其性能对循环装置起着至关重要的作用，而叶轮又是影响空气向心涡轮输出功率与效率的关键部件。目前国内1mw功率等级空气向心涡轮叶轮产品尚属空白，因此，研发设计一种应用于1mw功率等级空气向心涡轮的叶轮已成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：
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本实用新型为解决国内尚无1mw功率等级空气向心涡轮叶轮的缺陷，提供了一种适用于1mw等级空气向心涡轮的叶轮，该叶轮具有气动效率高，强度满足校核标准，能够在变工况条件下安全高效运行。

本实用新型采用的技术方案在于：一种1mw等级空气向心涡轮的叶轮，包括设有中心孔的轮盘和均匀周向布设在轮盘表面上的叶轮叶片，在每相邻两个叶轮叶片之间形成气道，且轮盘与叶轮叶片为一体结构，所述叶轮叶片的线型为变截面叶片，其截面积由根部至顶部逐渐减小，叶轮叶片均包括叶根和叶顶，叶轮叶片的入口半径r1为175.5mm，叶轮叶片的出口根部半径r2为36mm，叶轮叶片的出口顶部半径r3为134mm；叶轮叶片的入口叶片高度z1为37mm，叶轮叶片的轴向长度z2为105mm；叶轮叶片的进口边、叶轮叶片的出口边与轴线z轴所构成的两个轴面的夹角称为叶片包角dθ，且叶片包角dθ为18.2°，叶轮叶片的入口区域、叶轮叶片的出口区域在子午面型线与轴向方向的夹角分别为入口倾角α1和出口倾角α2，且入口倾角α1为90°，出口倾角α2为10°；所述叶轮叶片的入口区域与轮盘的进气侧圆周线的切线方向的夹角为入口叶片角β1，且入口叶片角β1为90°；叶轮叶片出气侧区域与轮盘出气侧圆周线的切线方向的夹角为出口叶片角β2，将叶轮叶片的叶根截面定义为截面a-a、50％叶高截面定义为截面b-b、叶顶截面定义为截面c-c，且随截面a-a至截面c-c的截面高度变化，出口叶片角β2的取值变化范围为62.52°～27.41°。

优选地，所述截面a-a处的出口叶片角β21为62.52°。

优选地，所述截面b-b处的出口叶片角β22为39.73°。

优选地，所述截面c-c处的出口叶片角β23为27.41°。

优选地，所述叶轮叶片的数量为13个。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型是在以一维、准三维、全三维气动、热力分析计算该叶轮的全三维设计，叶轮气动效率高，气动损失小，可有效减缓流线的斜率变化剧烈程度，提高做功能力，将本实用新型的叶轮应用到向心透平后，该透平总体气动效率可达89.1％，同时也弥补了目前国内1mw功率等级空气向心涡轮叶轮产品的空白。

2、本实用新型该叶轮叶片的型面光顺，压力面与吸力面的斜率与曲率光顺，计算精度高，使安全性和高效性有机结合。

3、本实用新型的叶轮叶片强度满足校核标准，可在变工况下安全高效运行，具有广阔的市场前景。

附图说明：

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为叶轮叶片的立体示意图；

图3为叶轮叶片的子午面型线示意图；

其中：1轮盘、2叶轮叶片。

具体实施方式：

如图1至图3所示，本实用新型为一种1mw等级空气向心涡轮的叶轮，包括设有中心孔的轮盘1和均匀布设在轮盘1表面上的叶轮叶片2，使每相邻两个叶轮叶片2之间形成气道，叶轮叶片2的入口半径r1为175.5mm，叶轮叶片2的出口根部半径r2为36mm，叶轮叶片2的出口顶部半径r3为134mm；叶轮叶片2入口叶片高度z1为37mm，叶轮叶片2的轴向长度z2为105mm；

所述叶轮叶片2的线型为变截面叶片，其截面积由根部至顶部逐渐减小，各截面的叶型曲线为空间曲线，叶轮叶片2均包括叶根和叶顶。

叶轮叶片2的进口边、叶轮叶片2的出口边与轴线z轴所构成的两个轴面的夹角称为叶片包角dθ，且叶片包角dθ为18.2°；

叶轮叶片2的入口区域在子午面型线与轴向方向的夹角为入口倾角α1，且入口倾角α1为90°；叶轮叶片2的出口区域在子午面型线与轴向方向的夹角为出口倾角α2，且出口倾角α2为10°，当出口倾角α2为10°时，可有效减缓流线的斜率变化剧烈程度，降低流动损失，提高做功能力；所述叶轮叶片2的入口区域与轮盘1的进气侧圆周线的切线方向的夹角为入口叶片角β1，且入口叶片角β1为90°；叶轮叶片2出气侧区域与轮盘1出气侧圆周线的切线方向的夹角为出口叶片角β2，将叶轮叶片2的叶根截面定义为截面a-a、50％叶高截面定义为截面b-b、叶顶截面定义为截面c-c，且随截面a-a至截面c-c的截面高度变化，出口叶片角β2的取值变化范围为62.52°～27.41°。

进一步地，所述截面a-a处的出口叶片角β21为62.52°，入口叶片角β1为90°。

进一步地，所述截面b-b处的出口叶片角β22为39.73°，入口叶片角β1为90°。

进一步地，所述截面c-c处的出口叶片角β23为27.41°，入口叶片角β1为90°。

进一步地，在综合考虑叶片强度、工质流动均匀性与摩擦损失等因素，所述叶轮叶片2的数量选定为13个，且以z轴为旋转轴全周向均匀分布。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：

1.一种1mw等级空气向心涡轮的叶轮，包括设有中心孔的轮盘(1)和均匀周向布设在轮盘(1)表面上的叶轮叶片(2)，在每相邻两个叶轮叶片(2)之间形成气道，且轮盘(1)与叶轮叶片(2)为一体结构，所述叶轮叶片(2)的线型为变截面叶片，其截面积由根部至顶部逐渐减小，其特征在于，所述叶轮叶片(2)包括叶根和叶顶，

叶轮叶片(2)的入口半径r1为175.5mm，叶轮叶片(2)的出口根部半径r2为36mm，叶轮叶片(2)的出口顶部半径r3为134mm；叶轮叶片(2)的入口叶片高度z1为37mm，叶轮叶片(2)的轴向长度z2为105mm；叶轮叶片(2)的进口边、叶轮叶片(2)的出口边与轴线z轴所构成的两个轴面的夹角称为叶片包角dθ，且叶片包角dθ为18.2°，叶轮叶片(2)的入口区域、叶轮叶片(2)的出口区域在子午面型线与轴向方向的夹角分别为入口倾角α1和出口倾角α2，且入口倾角α1为90°，出口倾角α2为10°；所述叶轮叶片(2)的入口区域与轮盘(1)的进气侧圆周线的切线方向的夹角为入口叶片角β1，且入口叶片角β1为90°；叶轮叶片(2)出气侧区域与轮盘(1)出气侧圆周线的切线方向的夹角为出口叶片角β2，将叶轮叶片(2)的叶根截面定义为截面a-a、50％叶高截面定义为截面b-b、叶顶截面定义为截面c-c，且随截面a-a至截面c-c的截面高度变化，出口叶片角β2的取值变化范围为62.52°～27.41°。

2.如权利要求1所述的一种1mw等级空气向心涡轮的叶轮，其特征在于：所述截面a-a处的出口叶片角β21为62.52°。

3.如权利要求1所述的一种1mw等级空气向心涡轮的叶轮，其特征在于：所述截面b-b处的出口叶片角β22为39.73°。

4.如权利要求1所述的一种1mw等级空气向心涡轮的叶轮，其特征在于：所述截面c-c处的出口叶片角β23为27.41°。

5.如权利要求1至4任一所述的一种1mw等级空气向心涡轮的叶轮，其特征在于：所述叶轮叶片(2)的数量为13个。

技术总结
本实用新型公开了一种适用于1MW等级空气向心涡轮的叶轮，属于叶轮技术领域，为解决国内尚无1MW功率等级空气向心透平叶轮的缺陷所提出，其包括轮盘和均匀布设在轮盘表面上的叶轮叶片，并限了定叶轮叶片的入口半径R1、叶轮叶片的出口根部半径R2、叶轮叶片的出口顶部半径R3、叶轮叶片的入口叶片高度Z1、叶轮叶片的轴向长度Z2、叶片包角dθ、入口倾角α1、出口倾角α2、入口叶片角β1的具体数值，且出口叶片角β2的取值变化范围，随截面A‑A至截面C‑C的截面高度变化。本实用新型的叶轮气动效率高，气动损失小，可有效减缓流线的斜率变化剧烈程度，提高做功能力，可在变工况下安全高效运行，具有广阔的市场前景。

技术研发人员：冯永志;李翔宇;王颖;姜东坡;冀文慧;葛春醒;周驰;张华杰;单维佶;苑馨予;杜珮瑶
受保护的技术使用者：哈电发电设备国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2020.05.06
技术公布日：2020.11.17