CN102562666A - 一种非定常驻涡式处理机匣 - Google Patents

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袁巍
陆亚钧
王卓奇
李志平
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本发明涉及一种应用于叶轮机械领域中的轴流压气机的处理机匣，特别指一种能够提高轴流压气机稳定裕度并且不降低效率的非定常驻涡式处理机匣。该非定常驻涡式处理机匣由在叶片吸力面位置的喷气槽，桥式气流通道，以及在叶片压力面位置的吸气槽组成。该处理机匣针对叶尖前缘吸力面产生的泄漏流进行设计，使得每当叶片扫过时，吸气槽刚好在叶片中后部压力面附近，而喷气槽在叶片前缘吸力面附近，这样在吸气槽与喷气槽之间的形成压差来驱动流体由叶片下游向上游喷出，并且喷气槽的位置设置在叶片前缘吸力面附近，刚好对准叶尖泄露涡产生的区域，因此可以抑制泄露流的产生，进而提高压气机失速裕度，并且由于喷气方向与主流方向一致，减小了喷气与主流区的掺混损失，同时增大机匣壁面的附面层的动量，对压气机效率也起到正面效果。

Description

一种非定常驻涡式处理机匣
技术领域
本发明涉及一种应用于叶轮机械领域中的轴流压气机的处理机匣，特别指一种能够提高轴流压气机稳定裕度并且不降低效率的非定常驻涡式处理机匣。
背景技术
轴流压气机在叶轮机领域有着广泛的应用，具有效率高、功率大等特点，但其稳定工作范围往往较小，在小流量工况下易发生旋转失速以及喘振等不稳定工作现象，使压气机压比和效率急剧下降并无法工作，严重者直接导致压气机损坏。因此人们采取了多种不同的方法来推迟和抑制压气机旋转失速以及喘振的发生，以扩大其稳定工作范围。
处理机匣作为一种被动的压气机扩稳技术，由于其扩稳效果明显、结构简单而得到了广泛的应用。目前国内外很多先进的航空发动机所用压气机均采用了处理机匣技术。典型的处理机匣结构形式分为轴向槽式、周向槽式、叶片弦向槽式、自循环式等。
最新的研究表明，当压气机工作在小流量工况时，叶片尖部前缘吸力面会产生较大的泄露流动，这种泄漏流是导致压气机失速的重要原因。而处理机匣利用轴向上的压差来驱动流体由下游向上游喷出，吸除叶片表面的低能流团，进而提高压气机的稳定工作范围。然而，而传统的处理机匣在将气体由上游喷出时的角度往往与主流区流动方向相背，这就增大了流动掺混损失，使得处理机匣在扩稳的同时却降低了压气机的效率。
发明内容
针对上述处理机匣技术存在的缺点，本发明提供一种非定常驻涡式处理机匣，通过控制吸气以及喷气的方向，在机匣壁面形成非定常的流动驻涡，以更大程度的提高轴流压气机的稳定工作范围，并且不降低其效率。
本发明的技术解决方案如下：
一种非定常驻涡式处理机匣，其特征在于：所述非定常驻涡式处理机匣由在周向上距离叶片吸力面位置Xfront处的喷气槽，桥式气流通道，以及在周向上距离叶片压力面位置Xback处的吸气槽组成。
所述非定常驻涡式处理机匣，喷气槽在轴向上的投影角度αaxial的范围为：0～90度。
所述非定常驻涡式处理机匣，喷气槽在周向上的投影角度αcirc的范围为：0～90度。
所述非定常驻涡式处理机匣，喷气槽前缘在轴向上的投影位置Zfront与叶片轴向弦长Lblade的比值范围为：-0.5～0.5。
所述非定常驻涡式处理机匣，喷气槽在轴向上的投影长度Lfront与叶片轴向弦长Lblade的比值范围为：0.1～0.3。
所述非定常驻涡式处理机匣，喷气槽前缘在周向上的投影位置Xfront与叶片栅距Bblade的比值范围为：0～0.5。
所述非定常驻涡式处理机匣，喷气槽在周向上的投影长度Bfront与叶片栅距Bblade的比值范围为：0.1～0.3。
所述非定常驻涡式处理机匣，吸气槽在轴向上的投影角度βaxial的范围为：0～90度。
所述非定常驻涡式处理机匣，吸气槽在周向上的投影角度βcirc的范围为：0～90度。
所述非定常驻涡式处理机匣，吸气槽前缘在轴向上的投影位置Zback与叶片轴向弦长Lblade的比值范围为：0.5～0.1。
所述非定常驻涡式处理机匣，吸气槽在轴向上的投影长度Lback与叶片轴向弦长Lblade的比值范围为：0.1～0.3。
所述非定常驻涡式处理机匣，吸气槽前缘在周向上的投影位置Xback与叶片栅距Bblade的比值范围为：0～0.5。
所述非定常驻涡式处理机匣，吸气槽在周向上的投影长度Bback与叶片栅距Bblade的比值范围为：0.1～0.3。
所述非定常驻涡式处理机匣，其在轴向上的投影长度Lct与叶片轴向弦长Lblade的比值范围为：0.5～1.5。
所述非定常驻涡式处理机匣，其在径向上的投影高度Hct与叶片轴向弦长Lblade的比值范围为：0.1～0.3。
所述非定常驻涡式处理机匣，桥式气流通道在径向上的投影高度Hbridge与非定常驻涡式处理机匣径向上的投影高度Hct的比值范围为：0.1～0.5。
本发明的优点：由于本发明吸气槽与喷气槽相对位置的针对性，每当叶片扫过时，吸气槽刚好在叶片中后部压力面附近，而喷气槽在叶片前缘吸力面附近，这样在吸气槽与喷气槽之间的形成压差来驱动流体由叶片下游向上游喷出，并且喷气槽的位置设置在叶片前缘吸力面附近，刚好对准叶尖泄露涡产生的区域，因此可以抑制泄露流的产生，进而提高压气机失速裕度，并且由于喷气方向与主流方向一致，减小了喷气与主流区的掺混损失，同时增大机匣壁面的附面层的动量，对压气机效率也起到正面效果。
附图说明
图1为本发明的三维立体结构图(1：吸气槽，2：桥式气流通道，3：喷气槽)；
图2为本发明的子午视图(1：吸气槽，2：桥式气流通道，3：喷气槽，αaxial：为喷气槽在轴向上的投影角度，Lblade：为叶片轴向弦长，Zfront：为喷气槽前缘在轴向上的投影位置，Lfront：为喷气槽在轴向上的投影长度，βaxial：为吸气槽在轴向上的投影角度，Zback：为吸气槽前缘在轴向上的投影位置，Lback：为吸气槽在轴向上的投影长度，Hct：为非定常驻涡式处理机匣在径向上的投影高度，Hbridge：为桥式气流通道在径向上的投影高度)；
图3为图2的A-A截面示意图(1：喷气槽，2：吸力面，3：压力面，αcirc：为喷气槽在周向上的投影角度)；
图4为图2的B-B截面示意图(1：吸气槽，2：吸力面，3：压力面，βcirc：为吸气槽在周向上的投影角度)；
图5为本发明的周向展开视图(1：吸气槽，2：喷气槽，Lblade：为叶片轴向弦长，Bblade：为叶片栅距，Xfront：为喷气槽前缘在周向上的投影位置，Xback：为吸气槽前缘在周向上的投影位置，Bfront：为喷气槽在周向上的投影长度，Bback：为吸气槽在周向上的投影长度)；
图6为实壁机匣转子与非定常驻涡式处理机匣转子效率对比图；
图7为实壁机匣转子与非定常驻涡式处理机匣转子压比对比图；
具体实施方式
为更清楚的描述本发明，下面结合附图对本发明所描述的非定常驻涡式处理机匣进行典型实例说明。
图1为本发明的三维立体结构图，图中所示分别为叶片吸力面的喷气槽，桥式气流通道，叶片压力面的吸气槽。
图2为本发明的子午视图，图中Lblade为叶片尖部在轴向的弦长，根据发明内容所述方法，依次确定处理机匣的几何参数。
处理机匣在轴向上的投影长度Lct＝1.0Lblade；
处理机匣在径向上的投影高度Hct＝0.3Lblade；
桥式气流通道在径向上的投影高度Hbridge＝0.3Hct。
喷气槽在轴向上的投影角度αaxial＝60度；
喷气槽前缘在轴向上的投影位置Zfront＝0Lblade，即喷气槽前缘与叶片前缘轴向位置相同；
喷气槽在轴向上的投影长度Lfront＝0.2Lblade；
吸气槽在轴向上的投影角度βaxial＝60度；
吸气槽前缘在轴向上的投影位置Zback＝0.6Lblade；
吸气槽在轴向上的投影长度Lback＝0.2Lblade；
图3为图2的A-A截面示意图
喷气槽在周向上的投影角度αcirc＝45度；
图4为图2的B-B截面示意图
吸气槽在周向上的投影角度βcirc＝45度；
图5为本发明的周向展开视图
喷气槽前缘在周向上的投影位置Xfront＝0.05Bblade；
喷气槽在周向上的投影长度Bfront＝0.125Bblade；
吸气槽前缘在周向上的投影位置Xback＝0.05Bblade；
吸气槽在周向上的投影长度Bback＝0.125Bblade；
采用三维数值模拟程序对采用跨叶片压力面与吸力面的桥式自循环处理机匣的跨音速轴流压气机进行了数值模拟，对本发明的效果进行了验证。图6和图7所示是跨音速轴流压气机采用实壁机匣与采用非定常驻涡式处理机匣对比的性能图。图中可以看出，采用非定常驻涡式处理机匣的转子比实壁机匣转子的相对裕度扩大了17％，而效率并没有下降。

Claims (3)

1.一种非定常驻涡式处理机匣，其特征在于：定义叶片栅距为Bblade，所述非定常驻涡式处理机匣由在周向上距离叶片吸力面位置Xfront处的喷气槽，桥式气流通道，以及在周向上距离叶片压力面位置Xback处的吸气槽组成。
2.如权利要求1所述非定常驻涡式处理机匣，其特征在于所述的喷气槽前缘在周向上的投影位置Xfront与叶片栅距Bblade的比值范围为：0～0.5。
3.如权利要求1所述非定常驻涡式处理机匣，其特征在于所述的吸气槽前缘在周向上的投影位置Xback与叶片栅距Bblade的比值范围为：0～0.5。
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