CN101418821A - 同时开有蜂窝孔和轴向斜槽的非轴对称组合处理机匣 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在轴流压气机上的同时开有蜂窝孔和轴向斜槽的非轴对称组合处理机匣。该非轴对称组合处理机匣由一个以上开有轴向斜槽的处理区A和一个以上开有蜂窝孔的处理区B组成。处理区A和B相间分布。该非轴对称组合处理机匣的设计考虑到了轴流压气机发生失速时的非轴对称流场，对压气机转子的叶尖区流场产生非定常激励作用，并能取得比传统的轴对称结构的处理机匣技术更好的效果，除了能明显扩大压气机的稳定裕度外，还能保证压气机的绝热效率不降低甚至提高。

Description

同时开有蜂窝孔和轴向斜槽的非轴对称组合处理机匣

技术领域

本发明涉及一种提高航空发动机用压气机的稳定裕度的装置，尤其是指一种能明显提高压气机稳定裕度而又具有较高绝热效率的同时开有蜂窝孔和轴向斜槽的非轴对称组合处理机匣。

背景技术

压气机大量运用在航空发动机和工业生产中。但是在压气机的设计发展过程中，压气机的不稳定流动，如旋转失速、喘振等，极大地限制了压气机性能的进一步提升。发生旋转失速时，存在一个或多个低能失速团沿压气机周向旋转，压气机的性能会突然下降，流量、压比和效率均降至最低点，并且会对压气机叶片产生周期性的激振力，甚至引起喘振的发生，危害极大。因此人们采取了很多方法来推迟压气机发生旋转失速等不稳定现象，以扩大其稳定工作裕度。

为了扩大压气机的稳定裕度，国内外工作者做了很多研究工作。处理机匣技术的扩稳效果被认为非常明显，且实用性很强，因而得到了比较广泛的应用。目前国内外很多先进航空发动机机所用的压气机均采用了这项技术。传统的处理机匣技术，存在这样的缺点：在提高压气机的稳定裕度的同时，不得不付出降低压气机的绝热效率的代价。这种代价通常为1％—3％左右。在航空发动机上，压气机的绝热效率的下降意味着燃油消耗会更多。

如前所述，当压气机发生旋转失速时，会产生一个或多个低能失速团沿周向旋转，由此产生沿周向变化和传播的强烈气流脉动。此时的压气机流场是典型的非轴对称流场。而传统的处理机匣都是轴对称分布的单一处理槽结构，没有考虑到压气机发生旋转失速时流场的严重非轴对称性是其一大缺点。而压气机的这种非轴对称特性反映了一种比较强烈的非定常流动状态。

因此，如何从压气机流场的非轴对称性出发，结合某些机匣的优点，设计成能发挥各自优势并且产生不同非定常激励的组合机匣成为本发明所述工作的初衷。

发明内容

针对上述传统处理机匣技术存在的缺点，本发明提供一种非轴对称结构的组合处理机匣，其特征是该非轴对称处理机匣包含一个以上开有轴向斜槽的处理区A和一个以上开有蜂窝孔的处理区B，处理区A和B相间分布，且沿处理机匣的周向为非轴对称分布形式，处理区B中的蜂窝孔呈紧密排列。

图1为轴对称结构的轴向斜槽处理机匣示意图，它能大幅度的增加压气机的稳定裕度，但是给压气机带来的效率损失也很大。图2为轴对称结构的蜂窝处理机匣示意图，它对于压气机的效率损失比较少，但是对压气机的稳定裕度的增加有限。

本发明所述非轴对称组合处理机匣同时开有蜂窝孔和轴向斜槽，兼有轴对称结构蜂窝处理机匣和轴对称结构轴向斜槽处理机匣二者的优点，既能较大幅度的增加压气机的稳定裕度，又对压气机的绝热效率有好处。

在本发明所述的非轴对称组合处理机匣中，处理区A所对应的扇形角之和α相对于的处理区B所对应的扇形角之和β的比值为α/β＝1/5～5。

本发明所述的非轴对称组合处理机匣在压气机中的位置为在压气机转子叶片尖部的上方，并在轴向上相对叶片有相当于转子叶尖弦长50％的前伸量。该处理机匣在设计过程中考虑到了压气机内部流场的非定常性，特别针对轴流压气发生旋转失速时的非轴对称流场设计了开有非轴对称分布的处理槽。

从处理机匣对压气机流场的非定常激励频率分析，可以看到本发明所述的非轴对称处理机匣对压气机流场的激励频率是多频率的，而传统的轴对称结构处理机匣对压气机流场的激励频率为单一频率。因此，本发明所述的非轴对称处理机匣相对传统轴对称结构的处理机匣来说，具有不同的非定常作用机理。

这种结构能够对压气机的叶尖流场产生明显的非定常激励作用，使得流场变得更为有序，因而能取得与传统处理机匣不同的效果，除了能显著提高压气机的稳定裕度之外，还具有比轴对称轴向斜槽处理机匣更高的绝热效率。

附图说明

图1为典型的具有轴对称结构的轴向斜槽处理机匣示意图；

图2为典型的具有轴对称结构的蜂窝处理机匣示意图；

图3为本发明所述的非轴对称组合处理机匣的典型实施例的轴剖视图；

具体实施方式

为更清楚描述本发明，下面结合附图对本发明所述的非轴对称组合处理机匣的典型实施例进行说明。

图3为本发明所述的非轴对称组合处理机匣的典型实施例的轴剖视图。此非轴对称组合处理机匣由两个处理区A和两个处理区B组成。处理区A内开有如图1所示结构的多个等间距分布的轴向斜槽1。处理区B内开有如图2所示结构的多个蜂窝孔2。

在处理区A中，多个等间距的轴向斜槽1能对压气机的叶尖区流场产生很强的激励作用，能使流场变得更有序；而在处理区B中，多个蜂窝孔2对压气机的叶尖区流场的激励作用很小，能对压气机的叶尖泄漏流产生缓冲。

在图3中，两个处理区A的周向长度一样，其所对应的扇形角α₁和α₂均为90度。在两个处理区A内等间距地各开有9个轴向斜槽1，此处理槽的结构形式如图1所示。在两个处理区B内开有多个紧密分布的蜂窝孔2，如图2所示的蜂窝孔结构形式，其所对应的扇形角β₁和β₂分别为118度和72度。这个实施例所述的处理区A和处理区B对应的扇形角之和的比值为(α₁+α₂)/(β₁+β₂)＝1。

熟悉本领域的技术人员，可以想到两种处理区A和B的个数可以不必为2个，处理区A内的轴向斜槽1的个数也可以不必为9个。更关键的是，处理区A所对应的扇形角之和α相对于的处理区B所对应的扇形角之和β的比值可以为1/5到5之间的任意值。

Claims (2)

1、一种同时开有蜂窝孔和轴向斜槽的非轴对称结构的组合处理机匣，其特征是该非轴对称处理机匣包含一个以上开有轴向斜槽的处理区A和一个以上开有蜂窝孔的处理区B，处理区A和B相间分布，且沿处理机匣周向为非轴对称分布形式，处理区A中的轴向斜槽为等间距排列。

2、如权利要求1所述的非轴对称组合处理机匣，其特征在于所述的处理区A所对应的扇形角之和α相对于所述的处理区B所对应的扇形角之和β的比值为α/β＝1/5～5。

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