CN102705256A - 一种非对称双圆弧斜槽处理机匣 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在轴流压气机转子叶尖端区的非对称双圆弧斜槽处理机匣。该非对称双圆弧斜槽处理机匣的设计首先以圆弧斜槽处理机匣为基础，加入圆弧槽底结构，使得处理机匣在径向和轴向均为圆弧结构，并且在周向上采用非对称结构，将周向360°分为两个处理区和两个非处理区，两个处理区分别为106°和74°，并用两个90°的非处理区分割开来。这样一方面双圆弧结构避免了矩形和梯形设计所带来的较大的流动损失，另一方面非对称结构能够对不同旋涡同时产生耦合激励作用，从而使得压气机裕度大幅度提升的同时，效率并不降低。

Description

一种非对称双圆弧斜槽处理机匣

技术领域

本发明涉及一种提高压气机稳定裕度的装置，尤其是指一种能明显提高压气机稳定裕度而同时其峰值效率并不降低的非对称双圆弧斜槽处理机匣。 

背景技术

压气机广泛运用在航空发动机和工业生产中。随着压气机级负荷系数的不断提高，压气机的不稳定流动表现得日益为突出，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。图1-图2给出了两种典型的处理机匣结构形式。 

如图1所示，轴向斜槽处理机匣是在机匣上沿压气机的轴向开槽，其槽深方向与压气机的径向成一定夹角。当槽深方向对准来流方向时，无论来流是均匀流或发生进口畸变，稳定裕度都有较大改善。但这类处理机匣的缺点是，稳定裕度的改善以损失压气机的效率为代价。 

如图2所示，弦向斜槽处理机匣是在机匣上沿叶尖基元的弦向开槽，槽深方向可以有不同的夹角。在均匀来流情况下，稳定裕度的增长仅次于轴向斜槽处理机匣，对压气机效率的损失也比轴向斜槽少一些。 

总结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总是以绝热效率的降低为代价。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。 

传统的处理机匣之所以会降低压气机的峰值效率，其中一个很重要的原因便是处理槽的几何结构设计和分布的不合理。传统的处理机匣的处理槽在R(径向)和Z(轴向)两个方向中至少有一个为矩形或梯形设计，这种非流线型的设计必然在处理槽的角区造成较大的旋涡损失。而在整体周向上采用轴对称设计也无法对不同旋涡同时产生耦合激励作用。 

因此，如何从优化处理槽的几何结构和非轴对称设计出发，设计出一种处理槽内流动损失较小的处理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，本发明提供一种非对称双圆弧斜槽处理机匣，该处理机匣的特征是：处理槽在R方向(径向)加入圆弧槽底的设计；处理槽在θ方向(周向)采用圆弧型设计；在Z方向(轴向)上处理槽的后端与转子叶尖基元级中弧线的方向大致相同，处理槽的前端沿轴向。在整个周向上采取非对称性设计。 

这种非对称双圆弧斜槽处理机匣的设计方法如下： 

(1)非对称双圆弧斜槽处理机匣处理槽数目N一般取转子叶片数的2～4倍； 

(2)处理槽轴向投影长度L_H的确定 

处理槽的总的轴向投影长度L_H，其初步取值在一定范围变化： 

L_H＝0.7L_b～1.3L_b

上式中L_b为转子叶尖基元级叶型的轴向弦长。 

(3)根据经验，处理槽径向倾斜角Alpha取40°-60°范围 

(4)处理槽在R方向(径向)采用椭圆型 

椭圆的长轴即为处理槽前后端的距离，槽深a(1/2椭圆短轴的长度)＝0.3～0.5L_H

(5)处理槽在θ方向(周向)采用圆弧型 

(6)处理槽的搭接量取35％ 

(7)处理机匣的敞开比为50％ 

(8)总的处理槽分为两个处理区，分别为106°和74°，分别由两个90°的非处理区相隔。 

这种结构的处理槽在各个方向上都比较圆滑，避免了传统处理槽在某个方向上矩形或梯形的设计，能够减少处理槽的流动损失，而非对称设计能够对压气机内的不同旋涡同时产生耦合激励作用，因而在大幅提高压气机的失速裕度的同时，峰值效率并不降低。 

附图说明

图1为轴向斜槽处理机匣示意图； 

图2为弦向斜槽处理机匣示意图； 

图3为本发明实施的示意图(L_b为转子叶尖基元级叶型的轴向弦长)； 

图4为本发明在θ(周向)、Z(轴向)、R(径向)方向的视图和整个周向上处理槽的分布(L_H为处理槽轴向投影长度，L_b为转子叶尖基元级叶型的轴向弦长，Alpha为处理槽径向倾斜角，a为槽深，A-A为沿该面的剖视图，B视图为上视图)， 

图5为本发明应用于某跨声速压气机单转子设计转速实验所得的特性线。 

具体实施方式

以某跨声速压气机单转子为例来说明本发明的具体实施方式，该压气机转子与静子的设计参数见表1和表2所示。由于转角较大，静子采用串列设计。 

表1跨声速轴流压气机转子         表2跨声速轴流压气机静子设计参数 

根据发明内容中的设计方法进行如下设计： 

(1)确定全周处理槽的数目N＝88，去掉非处理区中的44个槽，在剩下的106°和74°处理区分别安置26个处理槽和18个处理槽。 

(2)处理槽的轴向投影长度L_H＝1.085×35mm＝38mm，L_b＝35mm 

(3)处理槽径向倾斜角Alpha取45° 

(4)处理槽在R(径向)椭圆型的长轴及L_H＝1.085×35mm＝38mm，1/2短轴a＝14mm 

(5)处理槽在Z(轴向)采用圆弧型，处理槽的搭接量取35％，处理机匣的敞开比为50％。 

Claims (2)

1.一种非对称双圆弧斜槽处理机匣，其特征在于本发明所述非对称双圆弧斜槽处理机匣的轴向和径向均采用圆弧结构设计，并在周向上采用非对称设计。

2.如权利要求1所述的非对称双圆弧斜槽处理机匣，其特征在于处理槽在径向的椭圆的长轴为处理槽前后端的距离，短轴为槽深a的2倍，a为0.3～0.5L_H，L_H为处理槽总的轴向投影长度。非对称结构为106°和74°两个处理区，分别由两个90°非处理区相隔。

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