CN101451544A - 一种处理机匣及压气机 - Google Patents

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Abstract

一种处理机匣，处理机匣上槽孔为非直线型，采用香蕉形结构或直线型与圆弧段连接结构。一种压气机，包含有处理机匣、转子叶片、静子叶片、轮盘、静子内环、轴；处理机匣包含有机匣壳体、处理环；其中静子叶片一端与静子内环连接，另一端与机匣壳体连接，轮盘一端与转子叶片连接，另一端与轴连接；处理环与机匣壳体连接；其特征在于：在机匣壳体、处理环中形成处理容腔，转子叶片旋转，气流由处理环流入，在处理容腔内循环，之后由处理环处流出。本发明，改变了传统机匣槽的结构，改善了性能，扩大了处理机匣的稳定工作裕度。可以应用于航空发动机轴流压气体研制工作，有良好的市场应用前景。

Description

一种处理机匣及压气机
技术领域
本发明涉及机械及气体动力学领域，特别提供了一种处理机匣及压气机。
背景技术
压力机处理机匣的功用是提高压气机的稳定工作裕度。它由环绕在转子叶尖外围机匣上的周向均匀分布的槽孔和槽孔外的驻室容腔组成。压气机流路内的气体由槽孔后段进入容腔，并向前流动，再由槽孔前段流回主流路。这一旁路回流，推迟了转子叶尖气流分离和叶片槽道堵塞的发生，扩大了压气机稳定工作边界，现有处理机匣的槽孔是直线型的，不能够满足前后段槽孔安装角有差异的设计要求。实施中常常是后段安装角最佳，前段安装角不合适；或对二者进行折衷，都偏离最佳状态，因而降低了处理机匣扩大稳定工作范围的效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有处理机匣的技术不足之处，提高处理机匣稳定工作裕度，特别提供一种处理机匣及压气机。
本发明提供了一种处理机匣，其特征在于：处理机匣上槽孔为非直线型，采用香蕉形结构或直线型与圆弧段连接结构。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔前后段采用直线型，中间采用圆弧段连接。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔前段可采用直线型，后段可采用圆弧型。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔前段可采用圆弧型，后段可采用直线型。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔宽度可为前窄后宽。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔宽度可为前宽后窄。
所述处理机匣，槽安装角范围为：当前后段为直线型时，安装角为直线水平倾斜角，当为非直线型时，安装角为圆弧中心线末端切线与水平线的倾斜角；前段安装角范围为：0～40度；后段安装角范围为：0～60度。
一种压气机，包含有处理机匣(1)、转子叶片(2)、静子叶片(3)、轮盘(4)、静子内环(5)、轴(6)；处理机匣(1)包含有机匣壳体(7)、处理环(8)；其中静子叶片(3)一端与静子内环(5)连接，另一端与机匣壳体(7)连接，轮盘(4)一端与转子叶片(2)连接，另一端与轴(6)连接；处理环(8)与机匣壳体(7)连接；在机匣壳体(7)、处理环(8)中形成处理容腔，转子叶片(2)旋转，气流由处理环(8)流入，在处理容腔内循环，之后由处理环(8)处流出。
图2为处理环上槽孔剖面及安装角示意图；图示为两段直线组成的槽孔。
处理机匣的气体回流，指的是起始于转子叶片叶尖槽道气体，通过处理槽后段槽孔进入处理容腔后部，在处理容腔内向前流动，到处理容腔前部，再通过处理槽前段槽孔回到主流路内，向下游流回到转子叶片叶尖区，从而形成一个完整的回流流路。处理机匣内的回流，并不是发生在压气机的所有工况下。在大流量最佳流动工况下，叶片槽道前段处的机匣内壁静压和上游机匣内壁静压大体均衡，由于数值未超过上游压力，上下游之间未形成压差，所以，没有气流流过容腔，即没有产生回流。当加大流量，超过最佳工况流量时，由于转子增压比下降，气流速度增加，下游壁面静压低于上游壁面静压，则气流可能通过上游处理槽孔被吸入处理容腔，并在处理容腔内正向向下游流动，经下游处理槽孔进入转子叶片槽道中。反之，当压气机流量减小、转子增压比增加，气流速度下降，转子叶尖叶背局部失速或分离，会加剧这种速度变化趋势，导致叶片槽道前段机匣内壁静压增加并超过上游，这个压差使气流通过下游槽孔进入容腔，再通过上游槽孔排到转子上游流路之中。这样在转子叶尖区—下游槽孔—容腔—上游槽孔—主流路(外壁区)—转子叶尖区形成回流。显然，回流流量会随下游反压的增加而增大。
由上可见，是否形成回流的关键在于上、下游槽孔之间的壁面静压差。下游槽孔壁面静压与气流总压、气流速度二者相关。气流总压取决于转子叶尖截面增压比、槽孔所处的叶片弦向位置。气流速度取决于转子叶尖截面扩散度以及气流是否出现局部失速、所处的周向位置。提出处理机匣下游槽孔的进气口在轴向上，应垂直流路壁面，以便于在不同的压气机工况下，能够有效地区别情况，或吸入低轴向速度的低能流体(壁面静压大)，或防止高轴向速度、高能流体进入(壁面静压小)。
处理机匣的这种回流作用是：当转子叶片叶尖在大攻角工况下工作，叶背出现局部失速时，回流能将叶背的低能流团吸入容腔，有利于消除失速分离、防止叶片槽道堵塞的发生。另一方面，由于回流气体能量高于主流路气体，增加了叶尖前缘相对速度，改善了转子叶尖进口流场结构，抑制了叶尖泄漏涡的发展。基于上述两个方面的作用，实现处理机匣推迟压气机失速和喘振，扩大压气机稳定工作裕度的功能。
有些处理机匣结构，只在叶尖附近设置处理槽孔，没有形成轴向回路的容腔或通孔，即没有轴向回流作用，但也显现了对压气机的扩稳功能。这类处理机匣处理槽具有一定的容积，它是利用周向回流作用，也就是利用处理槽对叶尖气流的吸入和排出，降低压气机叶尖的周向压力不均度。这种周向回流能在叶片气流排出处降低其负荷，减弱其叶尖泄漏涡，延缓压气机失速和喘振的发生。为强化周向回流的周向均压作用，处理槽外端和大的处理容腔相通，以获得更好的周向均压效果，提高压气机工作的稳定性。
本处理机匣具有轴向回流作用，也兼有周向回流作用，在这种综合回流作用下，实现了压气机扩稳功能。相对于叶片的最佳关联位置，应该是处理槽孔对准叶片周向压差最大的地方。
本发明的优点：结构采用香蕉型处理机匣槽孔，克服了直线型槽孔前后段槽孔安装角保持一致所引起的问题。根据组织压气机流路内转子叶片叶尖区气流流动结构的需要，沿轴向提出各个位置出的安装角要求，香蕉型曹孔完全能与之相匹配。这样，结构设计和流体动力计算相一致，将转子叶片叶尖区气流流畅结构最佳化，使香蕉型槽孔能实现最佳的扩大压气机稳定工作范围效果。
为加工方便，槽孔前后段可分别用直线型，中间用圆弧段连接，其最终结构仍为香蕉型。
附图说明
图1为处理机匣剖面图；
图2为处理环上槽孔剖面及安装角示意图；
图3为压气机剖面图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种处理机匣及压气机，处理机匣上槽孔为非直线型，采用香蕉形结构。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔宽度为前窄后宽或前宽后窄。
所述处理机匣，槽安装角范围为：安装角为圆弧中心线末端切线与水平线的倾斜角；前段安装角范围为：0～40度；后段安装角范围为：0～60度。
一种压气机，包含有处理机匣(1)、转子叶片(2)、静子叶片(3)、轮盘(4)、静子内环(5)、轴(6)；处理机匣(1)包含有机匣壳体(7)、处理环(8)；其中静子叶片(3)一端与静子内环(5)连接，另一端与机匣壳体(7)连接，轮盘(4)一端与转子叶片(2)连接，另一端与轴(6)连接；处理环(8)与机匣壳体(7)连接；在机匣壳体(7)、处理环(8)中形成处理容腔，转子叶片(2)旋转，气流由处理环(8)流入，在处理容腔内循环，之后由处理环(8)处流出。
实施例2
本实施例提供了一种处理机匣及压气机，处理机匣上槽孔前后段采用直线型，中间采用圆弧段连接。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔宽度为前窄后宽或前宽后窄。
所述处理机匣，槽安装角范围为：安装角为直线水平倾斜角；前段安装角范围为：0～40度；后段安装角范围为：0～60度。
一种压气机，包含有处理机匣(1)、转子叶片(2)、静子叶片(3)、轮盘(4)、静子内环(5)、轴(6)；处理机匣(1)包含有机匣壳体(7)、处理环(8)；其中静子叶片(3)一端与静子内环(5)连接，另一端与机匣壳体(7)连接，轮盘(4)一端与转子叶片(2)连接，另一端与轴(6)连接；处理环(8)与机匣壳体(7)连接；在机匣壳体(7)、处理环(8)中形成处理容腔，转子叶片(2)旋转，气流由处理环(8)流入，在处理容腔内循环，之后由处理环(8)处流出。
实施例3
本实施例提供了一种处理机匣及压气机，处理机匣上槽孔前段采用直线型，后段采用圆弧型。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔宽度为前窄后宽或前宽后窄。
所述处理机匣，槽安装角范围为：当前后段为直线型时，安装角为直线水平倾斜角，当为非直线型时，安装角为圆弧中心线末端切线与水平线的倾斜角；前段安装角范围为：0～40度；后段安装角范围为：0～60度。
一种压气机，包含有处理机匣(1)、转子叶片(2)、静子叶片(3)、轮盘(4)、静子内环(5)、轴(6)；处理机匣(1)包含有机匣壳体(7)、处理环(8)；其中静子叶片(3)一端与静子内环(5)连接，另一端与机匣壳体(7)连接，轮盘(4)一端与转子叶片(2)连接，另一端与轴(6)连接；处理环(8)与机匣壳体(7)连接；在机匣壳体(7)、处理环(8)中形成处理容腔，转子叶片(2)旋转，气流由处理环(8)流入，在处理容腔内循环，之后由处理环(8)处流出。
实施例4
本实施例提供了一种处理机匣及压气机，处理机匣上槽孔前段采用圆弧型，后段采用直线型。
所述处理机匣，处理机匣上槽孔宽度为前窄后宽或前宽后窄。
所述处理机匣，槽安装角范围为：当前后段为直线型时，安装角为直线水平倾斜角，当为非直线型时，安装角为圆弧中心线末端切线与水平线的倾斜角；前段安装角范围为：0～40度；后段安装角范围为：0～60度。
一种压气机，包含有处理机匣(1)、转子叶片(2)、静子叶片(3)、轮盘(4)、静子内环(5)、轴(6)；处理机匣(1)包含有机匣壳体(7)、处理环(8)；其中静子叶片(3)一端与静子内环(5)连接，另一端与机匣壳体(7)连接，轮盘(4)一端与转子叶片(2)连接，另一端与轴(6)连接；处理环(8)与机匣壳体(7)连接；在机匣壳体(7)、处理环(8)中形成处理容腔，转子叶片(2)旋转，气流由处理环(8)流入，在处理容腔内循环，之后由处理环(8)处流出。

Claims (8)

1、一种处理机匣，其特征在于：处理机匣上槽孔为非直线型，采用香蕉形结构或直线型与圆弧段连接结构。
2、按照权利要求1所述处理机匣，其特征在于：处理机匣上槽孔前后段可采用直线型，中间可采用圆弧段连接。
3、按照权利要求1所述处理机匣，其特征在于：处理机匣上槽孔前段可采用直线型，后段可采用圆弧型。
4、按照权利要求1所述处理机匣，其特征在于：处理机匣上槽孔前段可采用圆弧型，后段可采用直线型。
5、按照权利要求1所述处理机匣，其特征在于：处理机匣上槽孔宽度可为前窄后宽。
6、按照权利要求1所述处理机匣，其特征在于：处理机匣上槽孔宽度可为前宽后窄。
7、按照权利要求1所述处理机匣，其特征在于：槽安装角范围为：当前后段为直线型时，安装角为直线水平倾斜角，当为非直线型时，安装角为圆弧中心线末端切线与水平线的倾斜角；前段安装角范围为：0～40度；后段安装角范围为：0～60度。
8、一种压气机，包含有处理机匣1、转子叶片2、静子叶片3、轮盘4、静子内环5、轴6；处理机匣1包含有机匣壳体7、处理环8；其中静子叶片3一端与静子内环5连接，另一端与机匣壳体7连接，轮盘4一端与转子叶片2连接，另一端与轴6连接；处理环8与机匣壳体7连接；其特征在于：在机匣壳体7、处理环8中形成处理容腔，转子叶片2旋转，气流由处理环8流入，在处理容腔内循环，之后由处理环8处流出。
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