CN115853598B - 轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮及预旋增压供气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮及预旋增压供气系统，其中，包括增压叶轮本体和叶轮叶片，所述增压叶轮本体为环状，所述增压叶轮本体内设有流道；所述增压叶轮本体的一侧设有进气口，另一侧设有出气口；所述进气口和所述出气口均与所述流道连通；所述叶轮叶片安装在所述进气口处，所述叶轮叶片用于在所述增压叶轮本体旋转时，驱动空气进入所述流道。本发明能够对高半径进气预旋喷嘴的低压涡轮转子高效地进行冷气增压。

Description

轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮及预旋增压供气系统

技术领域

本发明涉及增压叶轮技术领域，具体涉及一种轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮及预旋增压供气系统。

背景技术

冷气增压叶轮是涡轮结构中重要的结构。现有技术中，公开了多种相关结构，如专利号为202011163888.2的文件公开的涡轮动叶冷却空气分段旋转增压叶轮，专利号为202010760082.5的文件公开的一种带冷却引气增压叶轮的涡轮转子，专利号为202011164899.2的文件公开的一种涡轮动叶冷却空气增压叶轮以及专利号为202010756476.3的文件公开的一种用于涡轮叶片冷却的旋转增压结构等。

在上述专利文件所公开的结构中，均是针对低半径位置进气预旋喷嘴所进行的设计，当与高半径位置进气预旋喷嘴匹配时，有的无法实现冷空气增加，如202010760082.5和202010756476.3号专利文件；有的与高半径位置进气预旋喷嘴匹配时，气流需要先冲击到增压叶轮上，然后沿径向向内流动，最后经过一个180度转弯后再变成径向向外流动，造成较大的流动损失，导致增压效果不佳，如202011163888.2号专利文件和202011164899.2号专利文件。

以上问题产生的主要原因在于，以上文件多应用于航空发动机及燃气轮机高压涡轮转子叶轮叶片的冷气增压，多采用低半径位置进气预旋喷嘴。而对于低压涡轮转子叶轮叶片的冷气增压，进气预旋喷嘴多采用高半径位置进气预旋喷嘴，上述各种结构则无法适配采用高半径位置设置进气预旋喷嘴的低压涡轮。

综上所述，如何对设置了高半径进气预旋喷嘴的低压涡轮转子进行高效的冷气增压，是本领域亟待解决的重要问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮及预旋增压供气系统，以解决现有技术中的不足，它能够对高半径进气预旋喷嘴的低压涡轮转子高效地进行冷气增压。

本发明提出了一种轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮，其中，包括，

增压叶轮本体，所述增压叶轮本体为环状，所述增压叶轮本体内设有流道；所述增压叶轮本体的一侧设有进气口，另一侧设有出气口；所述进气口和所述出气口均与所述流道连通；所述进气口的进气方向与所述增压叶轮本体的轴线平行；

叶轮叶片，所述叶轮叶片设置于所述流道内，所述叶片用于在所述叶轮本体旋转时，驱动空气由所述进气口进入，并沿径向向外流动。

如上所述的轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮，其中，可选的是，所述进气口为环形，所述叶轮叶片的数量为多个；

多个所述叶轮叶片沿所述进气口的方向呈圆周阵列分布。

如上所述的轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮，其中，可选的是，所述叶轮叶片沿径向向外的方向，均向顺时针方向倾斜或均向逆时针方向倾斜。

如上所述的轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮，其中，可选的是，所述出气口的旋转半径大于所述进气口的旋转半径。

如上所述的轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮，其中，可选的是，所述增压叶轮本体具有所述进气口的一侧设有篦齿环；

所述篦齿环的外周上设有篦齿；

所述篦齿环的半径大所述进气口的旋转半径。

如上所述的轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮，其中，可选的是，所述叶轮叶片由所述进气口弯扭并延伸至所述流道内，以使经所述叶轮叶片压缩的气流方向由轴向变为径向向外。

本发明还提出了一种冷气预旋增压供气系统，其中，包括涡轮盘、预旋喷嘴、涡轮叶片和如上述任一项所述的涡轮叶片冷气增压叶轮；

所述涡轮叶片通过榫头安装在所述涡轮盘的外周处；

所述涡轮盘上设有供气孔，其一端位于所述涡轮盘的端面，另一端位于所述涡轮盘的榫槽的根部；所述供气孔用于向所述涡轮叶片内供气；

所述增压叶轮本体固定安装在所述涡轮盘上，且所述增压叶轮本体上的出气口与所述供气孔连通。

如上所述的冷气预旋增压供气系统，其中，可选的是，所述供气孔沿远离所述增压叶轮本体的方向向外倾斜。

如上所述的冷气预旋增压供气系统，其中，可选的是，所述进气口正对所述预旋喷嘴。

如上所述的冷气预旋增压供气系统，其中，可选的是，所述榫头设置在所述涡轮叶片上，且与所述涡轮盘的榫槽连接；

所述供气孔与所述榫头连通。

与现有技术相比，本发明通过设置一体式的进气增压叶轮本体，将进气增压叶轮本体的进气口直接设置成轴向进气，且进气口正对预旋喷嘴，减少了气体在径向上流动距离，以及气体流动过程中的转向，能够大大减小气体的流动损失，提高增压效果。

附图说明

图1为本发明实施例1提出的增压叶轮的立体图；

图2为本发明实施例1提出的增压叶轮在另一视角下的立体图。

图3为本发明实施例1提出的增压叶轮的断面示意图；

图4为本发明实施例2提出的增压叶轮的安装结构示意图。

附图标记说明：

1-增压叶轮本体，2-涡轮盘，3-涡轮叶片，4-蜂窝结构；

11-进气口，12-叶轮叶片，13-篦齿环，14-篦齿；

21-供气孔，22-预旋喷嘴，23-榫头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对背景技术中所指出的问题，为了提高高半径设置的进气预旋喷嘴的低压涡轮转子进行高效的冷气增压，本发明提出了以下解决方案。

实施例1

请参照图1到图3，本实施例提出了一种轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮，其中：包括增压叶轮本体1和叶轮叶片12。所述增压叶轮本体1用于与涡轮叶片一同转动，通过增压叶轮本体1与叶轮叶片12的转动来实现对于空气的压缩。

所述增压叶轮本体1为环状，所述增压叶轮本体1内设有流道；所述增压叶轮本体1的一侧设有进气口11，另一侧设有出气口；所述进气口11和所述出气口均与所述流道连通。实施时，所述进气口11与所述增压叶轮本体1的中心线平行，即，可以实现轴向进气。由于预旋喷嘴是沿轴向出气的，将进气口11轴向设置且正对预旋喷嘴的出口，能够减少在增压叶轮本体1增压时的气流阻力。

所述叶轮叶片12设置在所述进气口11处，所述叶轮叶片12用于在所述增压叶轮本体1旋转时，驱动空气进入所述流道。具体实施时，所述进气口11为环形。具体实施时，所述叶轮叶片12与所述增加叶轮本体1一体设置。

具体实施时，增压叶轮本体1轴向进气，气体在由预旋喷嘴流入增压叶轮本体1的流道内时，由于进气口11正对预旋喷嘴，能够减少气体流动的能量损失，进而提高增压效率。本实施例提出的增压叶轮尤其适用于低压涡轮转子叶轮叶片的冷气增压，特别是设置了高半径位置进气预旋喷嘴的低压涡轮。

具体地，所述进气口11为环形，所述叶轮叶片12的数量为多个；多个所述叶轮叶片12沿所述进气口11的方向呈圆周阵列分布。实施时，所述进气口11的两侧可以设置翻边，以实现进气口11的轴向设置。

为了保证增压效果，所述叶轮叶片12沿径向向外的方向，均向顺时针方向倾斜或均向逆时针方向倾斜。叶轮叶片12的倾斜方向与增压叶轮本体1的设计旋转方向有关，只要能够保证增压叶轮本体1在随涡轮转动时，能够将气体压缩至流道即可。更具体地，所述叶轮叶片12由所述进气口11弯扭并延伸至所述流道内，以使经所述叶轮叶片12压缩的气流方向由轴向变为径向向外。即，叶轮叶片12采用了三维弯扭叶轮叶片造型，而非现有技术采用的等截面直叶轮叶片造型。通过这种叶轮叶片的造型方式，实现了轴向进气增压叶轮13轴向进气，并使气体沿径进入到流道。同时，所述出气口的旋转半径大于所述进气口11的旋转半径。如此，能使气流的方向变化尽可能地变小，有利于减少气流阻力。

在一种实现方式中，所述增压叶轮本体1具有所述进气口11的一侧设有篦齿环13，所述篦齿环13用于实现与其他部件上的蜂窝结构4配合。将增压叶轮本体1、篦齿环13以及紧固结构进行了一体化设计，使得轴向进气增压叶轮单个零件能够实现既对冷气进行增压，又与蜂窝结构4配合组成篦齿封严结构，还能方便地紧固在涡轮盘上，从而减少了零件数量，提高了结构刚性。更具体地，所述篦齿环13的外周上设有篦齿14；所述篦齿环13的半径大所述进气口11的旋转半径。更具体地，所述篦齿14沿所述篦齿环13的外周呈环形设置；所述篦齿14的数量为至少两个。

实施例2

本实施例是实施例1的一种具体应用，相同之处不再赘述，以下仅对不同之处予以说明。

请参照图4，本实施例提出了一种冷气预旋增压供气系统，其中，包括涡轮盘2、涡轮叶片3和如实施例1所公开的增压叶轮。

具体地，所述涡轮叶片3安装在所述涡轮盘2的外周上。所述涡轮盘2带动所述涡轮叶片3转动。更具体地，所述涡轮盘2上设有供气孔21，其一端位于所述涡轮盘2的端面，另一端位于所述涡轮盘2的外圆周面；所述供气孔21用于向所述涡轮叶片3内供气。所述增压叶轮本体1固定安装在所述涡轮盘2上，且所述增压叶轮本体1上的出气口与所述供气孔21连通。所述供气孔21与所述榫头23连通。具体实施时，所述进气口11正对预旋喷嘴22。更进一步地，还包括榫头23，所述榫头23设置在所述涡轮叶片3上，且与所述涡轮盘2固定连接。

在具体使用时，气体的流动方式为：冷气的流通路径是从预旋喷嘴22喷出后，沿轴向进入进气口11，经过流道之后，从供气孔21流到安装榫头23的榫槽根部，然后冷气通过榫头23内部的径向孔再流到涡轮叶片2内部，从而最终实现对涡轮叶片2的冷却。

在实施时，涡轮盘2沿径向从内到外分别为盘毂、腹板以及盘缘。盘毂左侧伸出带蜂窝结构的伸臂，与外部的篦齿环配合形成一个篦齿封严结构。涡轮叶片3通过榫头23安装在涡轮盘2盘缘的榫槽内。

在具体实施时，所述供气孔21沿远离所述增压叶轮本体1的方向向外倾斜。如此设置，能够有利于减少气流在经过所述供气孔21时的阻力。

通过以上结构，能够实现当预旋喷嘴22处于较高半径位置时增压叶轮的布置以及冷却空气高效率、低损失的增压的效果。具体地，本发明通过设置一体式的进气增压叶轮本体，将进气增压叶轮本体的进气口直接设置成轴向进气，且进气口正对预旋喷嘴，减少了气体在径向上流动距离，以及气体流动过程中的转向，能够大大减小气体的流动损失，提高增压效果。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所做的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种冷气预旋增压供气系统，其特征在于，包括涡轮盘（2）、预旋喷嘴、涡轮叶片（3）和轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮；

该轴向进气的涡轮叶片冷气增压叶轮包括，

增压叶轮本体（1），所述增压叶轮本体（1）为环状，所述增压叶轮本体（1）内设有流道；所述增压叶轮本体（1）的一侧设有进气口（11），另一侧设有出气口；所述进气口（11）和所述出气口均与所述流道连通；所述进气口（11）的进气方向与所述增压叶轮本体（1）的轴线平行；

叶轮叶片（12），所述叶轮叶片（12）设置于所述流道内，所述叶轮叶片（12）用于在所述增压叶轮本体（1）旋转时，驱动空气由所述进气口（11）进入，并沿径向向外流动；

所述叶轮叶片（12）由所述进气口（11）弯扭并延伸至所述流道内，以使经所述叶轮叶片（12）压缩的气流方向由轴向变为径向向外；

叶轮叶片（12）采用了三维弯扭叶轮叶片造型，通过三维弯扭叶轮叶片造型方式，实现涡轮叶片冷气增压叶轮的轴向进气，并使气体沿径向进入到流道；所述出气口的旋转半径大于所述进气口（11)的旋转半径；

所述进气口（11）为环形，所述叶轮叶片（12）的数量为多个；

多个所述叶轮叶片（12）沿所述进气口（11）的方向呈圆周阵列分布；

所述叶轮叶片（12）沿径向向外的方向，均向顺时针方向倾斜或均向逆时针方向倾斜；

所述增压叶轮本体（1）具有所述进气口（11）的一侧设有篦齿环（13）；

所述篦齿环（13）的外周上设有篦齿（14）；

所述篦齿环（13）的半径大所述进气口（11）的旋转半径；

所述涡轮叶片（3）通过榫头（23）安装在所述涡轮盘（2）的外周处；

所述涡轮盘（2）上设有供气孔（21），其一端位于所述涡轮盘（2）的端面，另一端位于所述涡轮盘（2）的榫槽的根部；所述供气孔（21）用于向所述涡轮叶片（3）内供气；

所述增压叶轮本体（1）固定安装在所述涡轮盘（2）上，且所述增压叶轮本体（1）上的所述出气口与所述供气孔（21）连通；

所述进气口（11）正对所述预旋喷嘴（22）。

2.根据权利要求1所述的冷气预旋增压供气系统，其特征在于，所述供气孔（21）沿远离所述增压叶轮本体（1）的方向向外倾斜。

3.根据权利要求1所述的冷气预旋增压供气系统，其特征在于，所述榫头（23）设置在所述涡轮叶片（3）上，且与所述涡轮盘（2）的榫槽连接；

所述供气孔（21）与所述榫头（23）连通。