一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构的制作方法

1.本实用新型属于燃气轮机轴流透平领域，具体涉及一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构。


背景技术：

2.燃气轮机作为一种动力源，广泛应用于航空、船舶动力、发电等方面。在高压、高温、高速等恶劣条件下工作的燃气透平是燃气轮机的关键部件之一，随着现代燃气轮机性能的不断提升，对燃气透平的设计提出了更高的要求。透平通道内部流场具有强三维型和非定常性，复杂的流动引起了各种损失。其中，二次流损失可达总流动损失的30％～50％，是流动损失的重要组成。因此，研究新的减小二次流损失的措施、提出降低二次流损失的方法在工程实践中具有重要意义。
3.在透平通道中，二次流现象通常表现为各种涡系结构，如马蹄涡、通道涡等，并且主要集中于端区内，这些涡系的生成和发展不仅与透平叶栅的几何参数有关，而且也受来流条件、流场品质等气动参数的影响。根据已有研究，减小二次流的方法有改变前缘形状、端壁翼刀和非对称端壁等，这些方法都是通过改变端区漩涡结构来减小损失。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，基于凹槽结构降低流阻、吸附近壁面流动的机理，通过降低透平通道端壁横向压力梯度，减小通道内马蹄涡和通道涡强度，降低二次流损失，提高透平整体性能。
5.本实用新型采用如下的技术方案来实现：
6.一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，该凹槽结构设置在透平通道端壁，凹槽结构的横截面为对称图形，其对称轴与流线方向一致，凹槽结构由若干条几何相同的微尺度凹槽组成，各条微尺度凹槽的轴向位置及相邻的间距相同。
7.本实用新型进一步的改进在于，凹槽结构的横截面为矩形、三角形或半圆形。
8.本实用新型进一步的改进在于，凹槽结构在透平通道端壁上的起点距透平叶片前缘距离为s，终止点距透平叶片尾缘距离为t，其中，s的取值范围为10％c～50％c，t的取值范围为10％c～40％c，c表示叶片轴向弦长。
9.本实用新型进一步的改进在于，凹槽结构最左侧与叶片吸力面的距离为l，l的取值范围为2％d～5％d，d表示叶栅栅距。
10.本实用新型进一步的改进在于，凹槽结构的各条微尺度凹槽的宽度为w，w的范围为 0.2％d～2％d，d表示叶栅栅距。
11.本实用新型进一步的改进在于，凹槽结构的各条微尺度凹槽之间的间距为g，g的范围为0.1％d～1％d。
12.本实用新型进一步的改进在于，凹槽结构的各条微尺度凹槽的深度为h，h的范围为 0.2％d～2％d。
13.本实用新型进一步的改进在于，凹槽结构的微尺度凹槽的数量为n，n的范围为10～30。
14.本实用新型至少具有如下有益的技术效果：
15.本实用新型提供了一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，在透平通道端壁采取如上所述的凹槽处理后，透平通道端壁横向压力梯度有所降低，削弱了马蹄涡和通道涡的发展，从而减小了二次流损失。因此，本实用新型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
16.图1为透平通道内近壁面涡系的示意图。
17.图2为本实用新型的透平通道端壁的凹槽结构三维示意图。
18.图3为本实用新型的俯视图。
19.图4为本实用新型的剖面视图。
20.图5为本实用新型矩形微尺度沟槽的横截面示意图。
21.图6为本实用新型三角形微尺度沟槽的横截面示意图。
22.图7为本实用新型半圆形微尺度沟槽的横截面示意图。
具体实施方式
23.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
24.如图1至图7所示，本实用新型提供的一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，通过在透平叶栅通道端壁添加凹槽结构，降低透平通道端壁横向压力梯度，减小通道内马蹄涡和通道涡强度，降低二次流损失。凹槽结构的横截面为对称图形，其对称轴与流线方向一致，凹槽结构由若干条几何相同的微尺度凹槽组成，各条微尺度凹槽的轴向位置及相邻的间距相同。
25.透平叶片轴向弦长为c，叶栅栅距为d。在本实施实例中，取叶片轴向弦长c为100mm，叶栅栅距d为80mm。
26.在本实施实例中，所添加的凹槽结构的横截面为矩形。
27.所添加的凹槽结构起点距透平叶片前缘距离s的取值范围为5％c～30％c，在本实施实例中，优选s为20％c，即20mm。
28.所添加的凹槽结构终止点距透平叶片尾缘距离t的取值范围为10％c～40％c，在本实施实例中，优选t为15％c，即15mm。
29.所添加的凹槽结构最左侧距透平叶片吸力面距离l的取值范围为2％d～5％d，在本实施实例中，优选l为2％d，即1.6mm。
30.所添加的凹槽结构的各条微尺度凹槽的宽度w的取值范围为0.2％d～2％d，在本实施实例中，优选w为1％d，即0.8mm。
31.所添加的凹槽结构的各条微尺度凹槽之间的间距g的取值范围为0.1％d～1％d，在本实施实例中，优选h为0.8％d，即0.64mm。
32.所添加的凹槽结构的各条微尺度凹槽的深度h的取值范围为0.2％d～2％d，在本实施实例中，优选h为1％d，即0.8mm。
33.所添加的凹槽结构的微尺度凹槽的数量n的取值范围为10～30，在本实施实例中，优选 n为10。
34.在本实施实例中，在透平通道端壁采取如上所述的凹槽结构后，透平通道端壁横向压力梯度降低，通道内马蹄涡和通道涡强度被抑制，二次流损失降低，透平整体性能得到提高。
35.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。


技术特征：
1.一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，其特征在于，该凹槽结构设置在透平通道端壁，凹槽结构的横截面为对称图形，其对称轴与流线方向一致，凹槽结构由若干条几何相同的微尺度凹槽组成，各条微尺度凹槽的轴向位置及相邻的间距相同。2.根据权利要求1所述的一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，其特征在于，凹槽结构的横截面为矩形、三角形或半圆形。3.根据权利要求1所述的一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，其特征在于，凹槽结构在透平通道端壁上的起点距透平叶片前缘距离为s，终止点距透平叶片尾缘距离为t，其中，s的取值范围为10％c～50％c，t的取值范围为10％c～40％c，c表示叶片轴向弦长。4.根据权利要求1所述的一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，其特征在于，凹槽结构最左侧与叶片吸力面的距离为l，l的取值范围为2％d～5％d，d表示叶栅栅距。5.根据权利要求1所述的一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，其特征在于，凹槽结构的各条微尺度凹槽的宽度为w，w的范围为0.2％d～2％d，d表示叶栅栅距。6.根据权利要求1所述的一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，其特征在于，凹槽结构的各条微尺度凹槽之间的间距为g，g的范围为0.1％d～1％d。7.根据权利要求1所述的一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，其特征在于，凹槽结构的各条微尺度凹槽的深度为h，h的范围为0.2％d～2％d。8.根据权利要求1所述的一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，其特征在于，凹槽结构的微尺度凹槽的数量为n，n的范围为10～30。

技术总结
本实用新型公开了一种降低燃气轮机透平端壁二次流损失的凹槽结构，该凹槽结构设置在透平通道端壁，凹槽结构的横截面为对称图形，其对称轴与流线方向一致，凹槽结构由若干条几何相同的微尺度凹槽组成，各条微尺度凹槽的轴向位置及相邻的间距相同。本实用新型基于凹槽结构降低流阻、吸附近壁面流动的机理，通过降低透平通道端壁横向压力梯度，减小通道内马蹄涡和通道涡强度，降低二次流损失，提高透平整体性能。体性能。体性能。


技术研发人员：段静瑶 肖俊峰 高松 李园园 于飞龙 上官博 闫安
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2020.11.20
技术公布日：2021/10/8