一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮的制作方法

1.本发明创造属于涡轮领域，尤其是涉及一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮。


背景技术：

2.在内燃机研发领域中，废气涡轮增压是一种用来提高内燃机升功率与燃油经济性、降低废气与噪声污染的常见技术。在涡轮增压器中，涡轮的主要任务是负责回收排气能量并驱动压气机做功。因此，涡轮效率的高低直接关系到涡轮增压器对发动机废气能量的利用率以及增压器对发动机的供气能力，涡轮的强度寿命直接关系到涡轮增压器的使用寿命与使用安全度。在径流涡轮中，叶片尾缘附近的二次流动与根部应力集中是影响涡轮效率与强度寿命的主要原因之一，需要一种能够有效抑制叶片尾缘二次流、降低尾缘根部应力集中程度的设计方案。
发明创造内容
3.有鉴于此，本发明创造旨在提出一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮，以便在叶片尾缘附近抑制近壁面低动量流体的二次迁移、增大叶片与轮轴的联结面积以及叶片与轮轴联结处的曲率半径，从而抑制径流涡轮尾缘二次流提高涡轮效率、降低尾缘根部应力水平增强涡轮安全性。
4.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
5.一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮，其特征在于：包括轮轴、轮背与叶片，轮轴设置在轮背的中部，轮轴与轮背之间通过若干均匀分布的叶片进行连接，所述叶片尾缘与轮轴之间形成过渡部，所述过渡部为鱼鳍状，所述过渡部用于改善尾缘流场。
6.进一步的，s1截面内，叶片尾缘过渡段附近型线曲率半径由过渡部起始点到叶片尾缘顶点逐渐降低；各相对叶高截面处，鳍状过渡部的流向长度均大于过渡部最大曲率半径处的叶片宽度。
7.进一步的，s2截面内，叶片尾缘顶点连线投影的坡度由叶顶到叶根逐渐降低；鳍状的过渡部区域内，叶片尾缘顶点连线投影的切线与下子午线的交点，均处于端部叶型在下子午线的投影范围内；0％～10％相对叶高范围内，尾缘顶点投影线坡度范围为(1：∞，1：5]。
8.相对于现有技术，本发明创造所述的一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮具有以下优势：
9.(1)本发明创造所述的一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮，在叶片尾缘附近抑制近壁面低动量流体的二次迁移、增大叶片与轮轴的联结面积以及叶片与轮轴联结处的曲率半径，从而抑制径流涡轮尾缘二次流提高涡轮效率、降低尾缘根部应力水平增强涡轮安全性。
10.(2)本发明创造所述的一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮，实现尾缘附近涡轮叶片与转子轮轴之间的良好过渡。
附图说明
11.构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
12.图1为本发明创造实施例所述的一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮示意图；
13.图2为本发明创造实施例所述的涡轮s2截面尾缘投影线造型示意图；
14.图3为本发明创造实施例所述的涡轮s1截面端部叶型示意图示意图；
15.图4为本发明创造实施例所述的叶片示意图1；
16.图5为本发明创造实施例所述的叶片示意图2；
17.图6为本发明创造实施例所述的叶片局部示意图1；
18.图7为本发明创造实施例所述的叶片局部示意图2。
19.附图标记说明：
20.1、轮背；2、轮轴；3、叶片；4、尾缘线。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
25.一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮，如图1-图7所示，包括轮轴2、轮背1与叶片3，轮轴2设置在轮背1的中部，轮轴2与轮背1之间通过若干均匀分布的叶片3进行连接，所述叶片3尾缘与轮轴2之间形成过渡部，所述过渡部为鱼鳍状，所述过渡部用于改善尾缘流场。
26.优选的，s1截面内；令叶片3根部附近尾缘直径降低、令叶片3厚度由叶片3中下游到叶片3尾缘逐步降低并保证过渡段叶片3型线曲率半径沿流向平缓减小，从而在叶根附近降低尾缘附近流道流通面积的变化幅度、减小尾缘圆弧与上游两侧型线连接处两条切线之间的夹角，实现流体由尾缘上游至叶栅出口之间的良好过渡；s1截面内，过渡段型线曲率半径的分布规律可以通过基于包括但不限于双曲、三角、指数、幂、对数以及贝塞尔等函数以
及相关复合函数的控制方程进行调节；各相对叶高截面处，鳍状过渡段的流向长度均大于过渡段最大曲率半径处的叶片3宽度。
27.优选的，s2截面内，叶片3尾缘顶点连线投影的坡度由叶顶到叶根逐渐降低；过渡段尾缘顶点连线投影的曲率半径分布规律可以通过基于包括但不限于双曲、三角、指数、幂、对数以及贝塞尔等函数以及相关复合函数的控制方程进行调节；
28.鳍状的过渡部区域内，叶片3尾缘顶点连线投影的切线与下子午线的交点，均处于端部叶型在下子午线的投影范围内；0％～10％相对叶高范围内，尾缘顶点投影线坡度范围为(1：∞，1：5]；令叶片3尾缘顶点连线投影线的几何坡度在根部附近由叶展中部到叶片3根部逐渐降低并保证投影线曲线平稳改变，从而在叶根附近降低尾缘线4与下端壁之间的夹角，实现尾缘附近涡轮叶片3与转子轮轴2之间的良好过渡。
29.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮，其特征在于：包括轮轴、轮背与叶片，轮轴设置在轮背的中部，轮轴与轮背之间通过若干均匀分布的叶片进行连接，所述叶片尾缘与轮轴之间形成过渡部，所述过渡部为鱼鳍状，所述过渡部用于改善尾缘流场。2.根据权利要求1所述的一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮，其特征在于：s1截面内，叶片尾缘过渡段附近型线曲率半径由过渡部起始点到叶片尾缘顶点逐渐降低；各相对叶高截面处，鳍状过渡部的流向长度均大于过渡部最大曲率半径处的叶片宽度。3.根据权利要求1所述的一种采用鳍状尾缘造型的径流涡轮，其特征在于：s2截面内，叶片尾缘顶点连线投影的坡度由叶顶到叶根逐渐降低；鳍状的过渡部区域内，叶片尾缘顶点连线投影的切线与下子午线的交点，均处于端部叶型在下子午线的投影范围内；0％～10％相对叶高范围内，尾缘顶点投影线坡度范围为(1：∞，1：5]。

技术总结
本发明提供了一种鳍状尾缘造型的径流涡轮。所述涡轮轮盘的主要结构为轮背、轮轴与叶片，所述叶片尾缘采用鱼鳍状过渡段过渡至轮轴，所述尾缘的造型特征为过渡段在S1截面内采用小尾缘半径与尾缘上游型线曲率平缓过渡的造型方法、在S2截面内采用尾缘顶点投影曲线坡度由叶顶到叶根逐渐减小的分布规律。相对于传统径流涡轮叶片尾缘，本发明所采用的鳍状尾缘造型可以在增强涡轮强度的同时，有效抑制叶片尾缘二次流、提高涡轮效率。提高涡轮效率。提高涡轮效率。


技术研发人员：薛兴旭 杨磊 王翠翠 丁占铭 葛炜 王依宁
受保护的技术使用者：中国北方发动机研究所（天津）
技术研发日：2022.09.30
技术公布日：2022/12/29