CN100436837C - 一种提高气动稳定性的叶栅布局 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可以提高压缩机气动稳定性的叶栅气动布局。为提高叶栅气动稳定性，本发明将沿周向的同一排叶片的前缘按轴向位置的前后不同相互交错排布，移动距离为叶片轴向弦长的5%～15%。位置后移叶片(2)沿轴向安装角α的变化范围在0°～-3°。当进口气流为大的正攻角时，气流在叶片通道中会受到正常位置叶片(1)的限制，位置后移叶片(2)前缘的气流攻角减小，推迟或消除了后移叶片(2)叶背的气流分离，使叶栅通道B的气体流动通畅。虽然叶栅通道A的气流因分离堵塞而向相邻的通道B分流，但后移叶片(2)的叶背表面附面层不易分离，遏制了分离区沿周向的传播，从而避免了旋转失速的发生，提高了叶栅的气动稳定性。

Description

一种提高气动稳定性的叶栅布局
(一)技术领域：
本发明涉及叶轮机械领域，是一种可以提高压缩机气动稳定性的叶栅气动布局。
(二)背景技术：
气动稳定性是轴流与离心压缩机最重要的性能参数之一。为此，人们已经在气动设计和结构设计上采取了许多设计方案来提高压缩机的气动稳定性。现有的轴流压缩机的叶片采用完全轴对称的、均匀布局的设计方案，即不论压缩机转子叶片还是静子叶片，沿圆周方向采用相同的基元叶型按照完全相同的轴向位置排列分布的。
对于这种轴对称的均匀布局，当进口气流攻角较大时，每个叶片叶背表面的气流附面层会同时发生分离，严重时导致旋转失速甚至喘振，并最终可能造成结构损坏。这种气动失稳现象，是压缩机叶栅设计时力求避免的问题。但对现有的对称均匀叶栅，所能挖掘的潜力很受局限。
(三)发明内容：
为克服现有技术中存在的叶栅气动稳定性难以有效提高的不足，本发明提出了一种提高气动稳定性的叶栅气动布局。
本发明所采取的技术方案是将沿周向，即X方向的同一排叶片的前缘按轴向，即Z方向位置的前后不同相互交错排布，轴向位置后移叶片的前缘相对于正常位置叶片的前缘沿压缩机轴线方向后移一段距离，移动的距离为叶片轴向弦长的5％～15％。本发明中位置后移叶片的叶型与正常位置叶片的叶型相同，并且位置后移叶片绕前缘点向叶盆方向旋转0°-3°，即以轴向定义的安装角α的变化范围在0°--3°之间。位置后移叶片与正常位置叶片交错排列时所构成的叶栅气流通道为两种不同的形式，即正常位置叶片的叶背与位置后移叶片的叶盆构成的叶栅气流通道A，以及正常位置叶片的叶盆与位置后移叶片的叶背构成的叶栅气流通道B。
在进口气流为大的正攻角情况下工作时，对称均匀叶栅的所有叶片叶背表面附面层将同时发生分离，严重时会导致旋转失速。但对于本发明所设计的叶栅，在进口气流同样为大的正攻角的条件下，由于气流在叶片通道中会受到正常位置叶片的限制作用，位置后移叶片前缘的气流攻角将减小。因此，位置后移叶片将在小的进口气流攻角条件下工作，其叶背表面附面层厚度薄，推迟或消除了叶背的气流分离，使叶栅通道B的气体流动保持通畅。对于叶栅通道A，由于正常位置叶片叶背附面层的气流分离使气流通道发生堵塞，这时，在叶栅通道A的进口处，气流将向相邻的叶栅通道B进行分流。在叶栅通道B中正常位置叶片的叶盆表面限制作用下，位置后移叶片的叶背表面附面层不易发生分离，通道B的气体流动保持通畅，其进口气流不会向相邻的叶片通道A分流，从而遏制了分离区沿周向的传播，避免了旋转失速的发生，提高叶栅的气动稳定性。
(四)附图说明：
附图1是交错叶栅的布局方案。
附图2是叶片对称均匀布局时叶栅流场分布；
附图3是正常位置叶片和位置后移叶片采用相同的安装角交错排布时叶栅流场分布；
附图4是正常位置叶片和位置后移叶片采用不相同的安装角交错排布时叶栅流场分布。
附图5是正常位置叶片和位置后移叶片采用不相同的安装角交错排布时叶栅流场分布。
附图中：1-正常位置叶片  2-位置后移叶片  3-流动分离区
(五)具体实施方式：
实施例一
本实施例将沿周向，即X方向的同一排叶片的前缘按轴向，即Z方向位置的前后不同相互交错排布。
轴向位置后移叶片2的前缘相对于正常位置叶片1的前缘沿压缩机轴线方向后移一段距离，移动的距离为叶片轴向弦长的7％，其中轴向弦长取正常位置叶片在轴向的宽度。本实施例中位置后移叶片2的叶型与正常位置叶片1的叶型完全相同，且安装角变化为0°。
实施例二
本实施例将沿周向，即X方向的同一排叶片的前缘按轴向，即Z方向位置的前后不同相互交错排布。
轴向位置后移叶片2的前缘相对于正常位置叶片1的前缘沿压缩机轴线方向后移一段距离，移动的距离为叶片轴向弦长的13％，其中轴向弦长取正常位置叶片在轴向的宽度，并且叶片2绕前缘点向着叶盆方向旋转了0.5°，即以轴向Z方向定义的安装角减小了0.5°。本实施例中位置后移叶片2的叶型与正常位置叶片1的叶型完全相同。
实施例三
本实施例将沿周向，即X方向的同一排叶片的前缘按轴向，即Z方向位置的前后不同相互交错排布。
轴向位置后移叶片2的前缘相对于正常位置叶片1的前缘沿压缩机轴线方向后移一段距离，移动的距离为叶片轴向弦长的10％，其中轴向弦长取正常位置叶片在轴向的宽度，并且叶片2绕前缘点向着叶盆方向旋转了3.0°，即以轴向Z方向定义的安装角减小了3.0°。本实施例中位置后移叶片2的叶型与正常位置叶片1的叶型完全相同。

Claims (4)

1.一种提高叶栅气动稳定性的叶栅布局，其特征在于把同一排叶栅的叶片按其前缘的轴向位置前后交错排布，位置后移叶片(2)的前缘在轴向比正常位置叶片(1)向后移动叶片轴向弦长的5％-15％。
2.如权利要求1所述一种提高叶栅气动稳定性的叶栅布局，其特征在于叶片轴向弦长取正常位置叶片(1)沿轴向的宽度。
3.如权利要求1所述一种提高叶栅气动稳定性的叶栅布局，其特征在于位置后移叶片(2)绕前缘点向叶盆方向旋转0°～3°，即以叶栅轴向定义的安装角α的变化范围在0°～-3°之间。
4.如权利要求1所述一种提高叶栅气动稳定性的叶栅布局，其特征在于正常位置叶片(1)和位置后移叶片(2)沿周向各自均匀等距排布。
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