CN106151113B - 一种自循环多级轴流压气机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自循环多级轴流压气机，包括：机匣、静子、转子和用于引气的引气管路，所述引气管道位于机匣上，所述引气管道一端的引气孔用于引出转子的叶尖泄露涡，所述引气管道另一端与静子上的主吹气管道相通，使引气管道中的气体由静子上的吹气孔吹出，用来吹除静子区域内的漩涡，填补尾迹区动量损失。本发明能够在对压气机气动性能影响较小的情况下，既能够扩大压气机稳定裕度，又能够降低静/转干涉噪声，同时降低下游叶片表面非定常载荷。

Description

一种自循环多级轴流压气机
技术领域
本发明涉及叶轮机械领域，尤其是一种自循环多级轴流压气机。
背景技术
随着航空事业的不断发展，对航空发动机的性能要求越来越高，近年来高负荷风扇/压气机的设计成为行业的焦点。众所周知，风扇/压气机的高负荷和宽的工作范围之间存在矛盾，对扩大其稳定裕度有更高的要求。于此同时航空发动机的空气系统需要从压缩系统中引气，用于发动机涡轮的冷却、进口防冰、飞机舱内空气调节等等，因此需要考虑引气对性能的影响。
此外，日益严重的航空噪声引起人们的普遍关注，航空噪声已成为噪声污染的重要来源，为了控制飞机噪声国际民航组织和各国的适航机构相继颁布了飞机的噪声适航标准。同时，降低噪声也是为了适应军机提高抗声疲劳及声隐身性能的需要。随着涡扇发动机涵道比越来越高，相应的发动机排气速度越来越低，风扇/压气机噪声逐渐成为发动机主要噪声。
专利CN104405685A提出了一种改善压气机性能的自循环与周向槽混合式处理机匣。周向槽把间隙泄漏流动切断成几部分，抑制间隙泄漏涡的发展，获得更高的稳定裕度；自循环处理机匣通过吸除叶片通道下游过厚的端壁附面层，通过喷气提高叶片进口轴向速度，减小进气攻角，抑制叶背附面层的分离，扩大了压气机稳定运行范围。
专利CN2011/102022351设计一种机匣参数可控的背腔穿孔板式处理机匣，然后进行控制规律的研究，建立处理机匣控制规律的数据库；通过实时监控压气机的工作状态参数，根据控制规律数据库调整处理机匣的可控参数，保证压气机系统在全转速范围内的失速裕度需求，能够稳定工作。
专利CN2008/10119396中提出了叶轮机技术领域带吸力边喷气的叶轮机械翼型。能填补翼型本体的速度亏损，减小尾迹区的速度脉动，减小翼型本体的尾迹宽度，减小与下游叶片的干涉，降低干涉噪声。
虽然前期技术在主要偏重于处理机匣、自循环和尾缘吹气叶型等，并进行了相关实验研究，也取得了一定的效果。但是自循环和处理机匣无法考虑噪声相关问题，而尾缘吹气需要单独的给出气源；同时在多级轴流压气机自循环引气时需要布置很复杂的管道，在管道设计和布置上会带来很大的难度，显然需要设计更加合理可靠的自循环方法。
发明内容
本发明将流动和噪声主动控制技术相结合，提出多级轴流压气机自引气-尾缘吹气结构，力求在对压气机气动性能影响较小的情况下，得到一种既能够扩大压气机稳定裕度，又能够降低静/转干涉噪声，同时降低下游叶片表面非定常载荷的方法。为未来航空发动机的扩稳和降噪提供了新的解决途径。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种自循环多级轴流压气机，包括：机匣、静子、转子、用于引气的引气管道和静子上的主吹气管道和吹气孔，所述引气管道位于机匣壁上，所述引气管道一端的引气孔用于引出转子的叶尖泄露涡，所述引气管道另一端的出气孔与静子上的主吹气管道相通，使引气管道中的气体由静子上的吹气孔吹出，所述引气孔位于转子叶尖尾缘处的机匣。
优选的，所述引气管道的出气孔与所述主吹气管道的入口连接，所述主吹气管道与所述吹气孔连接。
优选的，所述吹气孔为多个。
优选的，多个所述吹气孔沿静子叶高方向上等距离分布。
优选的，所述吹气孔的吹气方向与压气机内进口主气流的流向相同。
优选的，所述吹气孔的管径为1mm。
优选的，所述引气管道包括4段直线型管道。
优选的，所述引气管道的第一直管段与压气机内进口主气流的流向之间的夹角B范围为30°-60°。
优选的，所述夹角B为45°。
优选的，还包括引气流量控制装置，通过引气所述引气流量控制装置实现对引气和吹气流量的监测和控制。
本发明提供的一种自循环多级轴流压气机，解决了轴流压气机扩稳和降低静/转干涉噪声的问题，能够在对压气机气动性能影响较小的情况下，得到一种既能够扩大压气机稳定裕度，又能够降低静/转干涉噪声，同时降低下游叶片表面非定常载荷，为未来航空发动机的扩稳和降噪提供了新的解决途径。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1本发明自循环多级轴流压气机示意图
图2本发明机匣截面工作点工况中的静压分布云图
图3本发明机匣截面近失速点静压分布云图
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
如图1所示，一种自循环多级轴流压气机，包括：机匣5、静子1、转子2，和用于引气的引气管道7，所述引气管道一端的引气孔6位于转子叶尖尾缘处的机匣壁内，用于引出转子2的叶尖泄露涡，改善主流道流场，尤其是进喘振工作点处，从而实现压气机扩稳的目的。所述引气管道另一端的出气孔与静子1上的主吹气管道8相通，使引气管道7中的气体由静子上的吹气孔9吹出，所述吹气孔位于静子尾缘处，沿叶高均布。
如图2、3所示，以多级轴流压气机中的前三排叶片为例，进行工作点和近失速点三维流场计算。可以看出，在工作点工况中，转子尾缘后的静压约为(1.31-1.33)×105Pa，而进口导叶尾缘的静压约为0.85×105Pa。而在近失速点，转子尾缘后的区域的静压约为1.4×105Pa，进口导叶尾缘的静压约为0.876×105Pa，因此，引气孔位置设置在转子叶尖尾缘处的机匣壁面，无论是工作点还是近失速点都能保证相对较大的自引气驱动压力差，达到相对较大的自引气量。
参见图1，引气管道7包括4段直线型管道，每条管道首尾相接。所述引气管道的包含引气孔6的第一直管段与压气机进气主流路之间存在一夹角B，夹角B的范围为30°-60°，优选的，所述夹角B为45°。夹角B使引气流与主流路的主气流相互影响减弱，有助于相对平缓的从主流路引气，并且在引气点与进口导叶尾缘静压形成的引气的驱动力之外，增加了引气孔6沿引气管道方向的动压，实现增大最大引气量的效果。
引气管道7的出气孔与静子1中所述主吹气管道8的入口连接，所述主吹气管道与静子尾缘上的多个所述吹气孔9连通，使引气重新注回主流路，吹气孔出口的吹气方向与压气机内进口主气流的流向相同，从而填补静子尾迹区的动量亏损，尤其是填补尾迹区的总压损失，同时减小了上游静子1和转子2之间的相互干涉，实现降低静/转干涉噪声的效果。
吹气孔9在静子尾缘叶高方向上等距分布，从而减小尾缘吹气孔之间的相互干涉。所述吹气孔9的管径为1mm。
此外引气管道7的管径与引气流量相关，设置引气管道7的管径为10mm。在引气管道7上设置引气流量控制装置10，通过引气所述引气流量控制装置实现对引气和吹气流量的监测和控制。
本发明的自循环多级轴流压气机，解决了轴流压气机扩稳和降低静/转干涉噪声的问题，能够在对压气机气动性能影响较小的情况下，既能够扩大压气机稳定裕度，又能够降低静/转干涉噪声，同时降低下游叶片表面非定常载荷。
虽然本发明已经在上文中参照附图中所示的实施例进行了描述而使得本领域技术人员可容易地理解和实践本发明，但这些实施例仅为示例性的或优选的例子，本发明并不限定于上述的实施例，其能在不脱离本发明的主旨的范围内进行种种变形，从而得到各种代替例、修正例、变形例或改进例，这些也包含在权利要求所记载的技术范围中。

Claims (8)

1.一种自循环多级轴流压气机，包括：机匣(5)，静子(1)，转子(2)，其特征在于，还包括用于引气的引气管道(7)和静子上的主吹气管道和吹气孔，所述引气管道(7)位于机匣上，所述引气管道(7)一端的引气孔(6)用于引出转子(2)的叶尖泄露涡，所述引气管道(7)另一端的出气孔与静子(1)上的主吹气管道(8)相通，使引气管道中的气体由静子上的吹气孔(9)吹出，用来吹除静子区域内的漩涡，填补尾迹区动量损失，所述引气孔(6)位于转子叶尖尾缘处的机匣壁内；所述引气管道包括4段直线型管道，所述引气管道的包含引气孔(6)的第一直管段与压气机内进口主气流的流向之间的夹角B范围为30°-60°。
2.根据权利要求1所述的自循环多级轴流压气机，其特征在于，所述引气管道的出气孔与所述主吹气管道的入口连接，所述主吹气管道与所述吹气孔连接。
3.根据权利要求2所述的自循环多级轴流压气机，其特征在于，所述吹气孔为多个。
4.根据权利要求3所述的自循环多级轴流压气机，其特征在于，多个所述吹气孔在静子尾缘处，沿叶高方向上等距离分布。
5.根据权利要求1所述的自循环多级轴流压气机，其特征在于，所述吹气孔的吹气方向与压气机内进口主气流的流向相同。
6.根据权利要求5所述的自循环多级轴流压气机，其特征在于，所述吹气孔的管径为1mm。
7.根据权利要求1所述的自循环多级轴流压气机，其特征在于，所述夹角B为45°。
8.根据权利要求1所述的自循环多级轴流压气机，其特征在于，还包括引气流量控制装置(10)，通过所述引气流量控制装置实现对引气和吹气流量的监测和控制。
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