CN106286394B - 一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置 - Google Patents

一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106286394B
CN106286394B CN201610895514.7A CN201610895514A CN106286394B CN 106286394 B CN106286394 B CN 106286394B CN 201610895514 A CN201610895514 A CN 201610895514A CN 106286394 B CN106286394 B CN 106286394B
Authority
CN
China
Prior art keywords
shrinkage joint
compressor
shrinkage
communication type
joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610895514.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106286394A (zh
Inventor
周小勇
赵庆军
崔伟伟
赵巍
徐建中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Original Assignee
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Engineering Thermophysics of CAS filed Critical Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority to CN201610895514.7A priority Critical patent/CN106286394B/zh
Publication of CN106286394A publication Critical patent/CN106286394A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106286394B publication Critical patent/CN106286394B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/403—Casings; Connections of working fluid especially adapted for elastic fluid pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置，在压气机机匣壁面沿周向开设多个离散收缩缝，缝深方向沿着压气机的径向；收缩缝沿轴向截面积逐渐增大，并且收缩缝后端宽度和前端宽度的比值沿径向逐渐降低；同时，收缩缝后部沿径向截面积逐渐缩小，收缩缝前部沿径向截面积逐渐增大；在各收缩缝的后部之间开设连接通道，将离散收缩缝连通。从叶片通道下游进入收缩缝的亚音气流在缝内的径向和轴向收缩流道内加速后，从上游重新射入叶片通道，有利于吹除叶顶低能泄漏流。各个收缩缝内的流体能够通过连接通道进行交换，不同位置收缩缝内的回流量可根据叶顶周向压力分布自我调整，从而能够有效降低不同周向位置的堵塞，提高压气机的稳定工作范围。

Description

一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种压气机机匣处理流动控制方法及装置，尤其涉及一种连通式收缩缝机匣处理流动控制方法及装置，可用于提高压气机的稳定工作范围，属于叶轮机械领域。
背景技术
航空运输需求的不断增长对航空发动机的推重比提出了更高的要求。随着航空发动机向高推重比方向发展，压气机的级数逐渐减少，单级负荷不断提高。高负荷压气机进口相对马赫数较大，激波和边界层相互作用容易诱发大面积的流动分离。同时，高负荷压气机叶顶压力面和吸力面之间的压差较大，叶顶间隙泄漏流的强度较大。这都使得高负荷压气机更容易发生旋转失速等流动不稳定现象。
根据压气机的特性，压气机存在不稳定工作的边界。当压气机在不稳定工作边界左边工作时，压气机内会出现旋转失速和喘振等不稳定工况。不稳定工况通常最初通常表现为旋转失速，并可能进一步发展成喘振。当压气机进入不稳定工况时，压气机内的气流沿周向或轴向发生脉动，严重时会造成发动机熄火，零部件发生严重损坏。因此，压气机需要具有足够的稳定工作范围，以避免旋转失速和喘振等不稳定工况的出现。
在压气机的气动设计过程中，可以通过采用宽弦长小展弦比设计、采用大稠度和采用弯掠叶片等方法提高压气机的稳定工作范围。为了进一步拓宽压气机的失速裕度，可以采用机匣处理、叶顶喷气和边界层抽吸等流动控制方法。机匣处理是一种有效的压气机失稳被动控制方法。研究人员已提出了多种机匣处理结构，包括多孔机匣处理、周向槽机匣处理、缝式机匣处理和自适应流通机匣处理等。通常认为机匣处理和压气机叶顶流场之间的动量和质量的交换能有效地降低泄漏涡和边界层分离引起的堵塞，从而能够提高压气机的稳定工作范围。
压气机叶顶区域的压差是机匣处理内流动的驱动力。各种机匣处理结构具有不同的特点，如周向槽机匣处理主要利用压气机叶顶区域周向的压差，轴向缝机匣处理和自适应流通机匣处理主要利用叶顶区域轴向的压差。如果某种机匣处理结构能有效利用压气机叶顶区域的压差，对压气机叶顶区域的流体进行有效的输运，缓解叶顶区域的流动堵塞，则该种机匣处理结构能获得较好的扩稳效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法及装置，对压气机叶顶区域的流体进行有效的输运，以抑制叶顶区域的低能流体，推迟压气机失速的发生，提高压气机的稳定工作范围。
本发明为解决其技术问题所采用的技术解决方案为：
一种压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：所述流动控制方法包括：
SS1.在压气机动叶顶部对应的机匣壁面上开设若干沿周向均匀分布的离散收缩缝，各离散收缩缝之间具有一定的周向间隙，其中，对于各单独的收缩缝来说，
缝深的方向与压气机的径向方向一致；
沿压气机轴向方向，收缩缝的截面积逐渐增大，并且收缩缝的后端宽度和前端宽度的比值从收缩缝底部到收缩缝顶部逐渐降低，其中，所述压气机轴向方向为压气机来流方向；
沿压气机径向方向，收缩缝后端的截面积逐渐减小，收缩缝前端的截面积逐渐增大，其中，所述压气机径向方向为压气机半径增大的方向；
从叶片通道下游进入收缩缝内的亚音气流在缝内的径向和轴向收缩流道经历加速过程后，从上游重新进入叶片通道，能对叶顶泄漏流起到有效的吹除作用。
SS2.在所述若干沿周向均匀分布的离散收缩缝之间开设连接通道，所述连接通道设置在各收缩缝的后部用以将各收缩缝连通，为各收缩缝提供流体交换的通道。在各收缩缝之间压差的驱动下，进入收缩缝内的流体能够进入连接通道内，连接通道对流体进行输运，流体从连接通道内流出后再经过收缩缝从叶片通道上游的低压区域重新射入主流。不同收缩缝内的回流量可根据叶顶周向压力分布自我调整，从而能够有效缓解叶顶不同周向位置的流动堵塞。
优选地，所述的收缩缝的轴向长度为0.5-1.5倍叶顶轴向弦长。
优选地，所述的收缩缝需要覆盖50％-100％叶顶轴向弦长。
优选地，所述单个叶片通道对应的周向范围内收缩缝的个数为1-10个。
优选地，所述的收缩缝前端面顶部宽度和底部宽度之比在1.05-5范围内。
优选地，所述的收缩缝后端面底部宽度和顶部宽度之比为1.05-5范围内。
优选地，所述的收缩缝某一径向位置的后端宽度和前端宽度之比在1.05-5范围内。
优选地，所述的位于收缩缝之间的通道将各个收缩缝连通，相邻收缩缝之间连接通道的个数为1-10个。
优选地，所述的连接通道和收缩缝之间的接口位于缝的周向侧壁面上。
根据本发明的另一方面，还提供了一种压气机连通式倾斜缝机匣处理控制装置，包括压气机动叶和压气机机匣，其特征在于：
--在收缩压气机动叶的顶部对应的压气机机匣壁面上开设若干沿周向均匀分布的离散收缩缝，各离散收缩缝之间具有一定的周向间隙，其中，对于各单独的收缩缝来说，
缝深的方向与压气机径向方向一致；
沿压气机轴向方向，收缩缝的截面积逐渐增大，并且收缩缝的后端宽度和前端宽度的比值从收缩缝底部到收缩缝顶部逐渐降低；
沿压气机径向方向，收缩缝后端的截面积逐渐减小，收缩缝前端的截面积逐渐增大；
其中，所述压气机轴向方向为压气机来流方向，所述压气机径向方向为压气机半径增大的方向。
--在所述若干沿周向均匀分布的离散收缩缝之间开设连接通道，所述连接通道设置在各收缩缝的后部用以将各收缩缝连通，为各收缩缝提供流体交换的通道。
本发明所提出的用于压气机扩稳的连通式收缩缝机匣处理方法及装置，其有益效果为：亚音速气流在收缩缝内沿径向和轴向流动的过程中，可在收缩流道内实现有效的加速，这增强了从缝内进入叶片通道的流体对低能泄漏流的吹除能力。此外，各个收缩缝内的流体能够通过连接通道进行交换，不同位置收缩缝内的回流量可根据叶顶周向压力分布自我调整，从而能够有效降低不同周向位置的流动堵塞。该机匣处理结构能够有效地利用压气机叶顶区域和机匣处理结构内部的压差，对叶顶区域的流体进行输运，从而有效抑制压气机叶顶区域的低能泄漏流，提高压气机的失速裕度。
附图说明
图1是压气机连通式收缩缝机匣处理控制装置的子午面结构图。
图2为图1中的A-A截面结构图。
图3为图1中的B-B截面结构图。
图4为图1中的C-C截面结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
下面结合附图和具体的实施例对本发明的目的、技术方案及优点进行详细说明。
图1给出了压气机连通式收缩缝机匣处理控制装置的子午面结构图。压气机连通式倾斜缝机匣处理控制装置包括：压气机动叶1，压气机机匣2，收缩缝3和相邻收缩缝3之间的连接通道4。旋转的压气机动叶1和压气机机匣2之间存在一定的间隙。在压气机动叶1的叶顶压力面和吸力面之间压差的作用下，气流经过叶顶间隙形成泄漏流，泄漏流是引起压气机旋转失速的重要原因。在压气机动叶1的叶顶对应压气机机匣2的壁面沿圆周方向开设若干个离散的收缩缝3，并利用连接通道4将各离散收缩缝3进行周向连通，能够使叶顶泄漏流的强度减小，从而达到提高压气机稳定工作范围的目的。
收缩缝3位于叶顶-2.5％到102.5％轴向弦长范围内，收缩缝3的深度为收缩缝轴向长度的1/3，单个叶片通道对应的周向范围内收缩缝的个数为3个。在叶顶上、下游压差的作用下，收缩缝内能够形成回流流动，叶顶下游的高压流体进入收缩缝内，流体在收缩缝的作用下向上游输运，然后在叶顶上游重新射入叶片通道，能够吹除叶顶低能泄漏流，缓解叶顶区域的堵塞。
图2为图1中的A-A截面结构图。收缩缝3前端沿压气机径向的截面积逐渐增大，即Lt1>Lb1。收缩缝前端面的顶部宽度和底部宽度之比Lt1/Lb1＝2。收缩缝前端流体沿负径向从收缩缝顶部向底部输运的过程中，可在收缩流道内逐渐加速。
图3为图1中的B-B截面结构图。收缩缝后端沿径向的截面积逐渐缩小，即Lb2>Lt2。收缩缝后端面的底部宽度和顶部宽度之比Lb2/Lt2＝1.33。收缩缝后部流体沿径向从缝底部向顶部输运的过程中，可在收缩流道内逐渐加速。
图4为图1中的C-C截面结构图。收缩缝3沿轴向的截面积逐渐增大，即Lz2>Lz1。收缩缝3顶部的后端宽度和前端宽度之比Lt2/Lt1＝1.5；收缩缝底部的后端宽度和前端宽度之比Lb2/Lb1＝4。收缩缝3的后端宽度和前端宽度之比从顶部到底部逐渐增大。流体沿负轴向从收缩缝后部向前部输运的过程中，同样可在收缩流道内实现加速。
从叶顶下游进入上述收缩缝3内的亚音气流在缝内沿径向和轴向流动过程中，在收缩流道内逐渐加速。流体在收缩缝内的收缩流道内加速后进入叶片通道，有利用吹除和激励叶顶低能泄漏流，抑制叶顶前部堵塞区的形成。
此外，采用位于收缩缝3后部的周向通道4将相邻收缩缝3连通。不同收缩缝3内的回流量能够根据叶顶的周向压力分布自我调整。后部位于高压区的收缩缝内的流体能够通过连接通道4进入后部位于低压区的收缩缝内，提高后部压力较低的收缩缝内的回流量，这有利于降低叶顶不同周向位置的流动堵塞，提高扩稳效果。
离散收缩缝3和连接通道4的个数以及几何参数需要根据具体的应用对象进行选取和优化，以更有效地提高压气机失速裕度，并且尽量降低压气机的效率和压比损失。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：所述流动控制方法包括：
SS1.在压气机动叶顶部对应的机匣壁面上开设若干沿周向均匀分布的离散收缩缝，各离散收缩缝之间具有一定的周向间隙，其中，对于各单独的收缩缝来说，
缝深的方向与压气机的径向方向一致；
沿压气机轴向方向，收缩缝的截面积逐渐增大，并且收缩缝的后端宽度和前端宽度的比值从收缩缝底部到收缩缝顶部逐渐降低，其中，所述压气机轴向方向为压气机来流方向；
沿压气机径向方向，收缩缝后端的截面积逐渐减小，收缩缝前端的截面积逐渐增大，其中，所述压气机径向方向为压气机半径增大的方向；
从叶片通道下游进入收缩缝内的亚音气流在缝内的径向和轴向收缩流道经历加速过程后，从上游重新进入叶片通道，能对叶顶泄漏流起到有效的吹除作用；
SS2.在所述若干沿周向均匀分布的离散收缩缝之间开设连接通道，所述连接通道设置在各收缩缝的后部用于将各收缩缝连通，为各收缩缝提供流体交换的通道；在各收缩缝之间压差的驱动下，进入收缩缝内的流体能够进入连接通道内，连接通道对流体进行输运，流体从连接通道内流出后再经过收缩缝从叶片通道上游的低压区域重新射入主流；不同收缩缝内的回流量可根据叶顶周向压力分布自我调整，从而能够有效缓解叶顶不同周向位置的流动堵塞。
2.根据权利要求1所述的压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：所述的收缩缝的轴向长度为0.5-1.5倍叶顶轴向弦长。
3.根据权利要求1所述的压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：所述的收缩缝需要覆盖50％-100％叶顶轴向弦长。
4.根据权利要求1所述的压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：单个叶片通道对应的周向范围内收缩缝的个数为1-10个。
5.根据权利要求1所述的压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：所述的收缩缝前端面顶部宽度和底部宽度之比在1.05-5范围内。
6.根据权利要求1所述的压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：所述的收缩缝后端面底部宽度和顶部宽度之比为1.05-5范围内。
7.根据权利要求1所述的压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：所述的收缩缝某一径向位置的后端宽度和前端宽度之比在1.05-5范围内。
8.根据权利要求1所述的压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：位于收缩缝之间的连接通道将各个收缩缝连通，相邻收缩缝之间连接通道的个数为1-10个。
9.根据权利要求1所述的压气机连通式收缩缝机匣处理流动控制方法，其特征在于：所述的连接通道和收缩缝之间的接口位于缝的周向侧壁面上。
10.一种压气机连通式倾斜缝机匣处理控制装置，包括压气机动叶和压气机机匣，其特征在于：
--在收缩压气机动叶的顶部对应的压气机机匣壁面上开设若干沿周向均匀分布的离散收缩缝，各离散收缩缝之间具有一定的周向间隙，其中，对于各单独的收缩缝来说，
缝深的方向与压气机径向方向一致；
沿压气机轴向方向，收缩缝的截面积逐渐增大，并且收缩缝的后端宽度和前端宽度的比值从收缩缝底部到收缩缝顶部逐渐降低；
沿压气机径向方向，收缩缝后端的截面积逐渐减小，收缩缝前端的截面积逐渐增大；
其中，所述压气机轴向方向为压气机来流方向，所述压气机径向方向为压气机半径增大的方向；
--在所述若干沿周向均匀分布的离散收缩缝之间开设连接通道，所述连接通道设置在各收缩缝的后部用以将各收缩缝连通，为各收缩缝提供流体交换的通道。
CN201610895514.7A 2016-10-14 2016-10-14 一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置 Active CN106286394B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610895514.7A CN106286394B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610895514.7A CN106286394B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106286394A CN106286394A (zh) 2017-01-04
CN106286394B true CN106286394B (zh) 2018-08-10

Family

ID=57718676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610895514.7A Active CN106286394B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106286394B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114562472B (zh) * 2021-11-18 2023-08-25 中国航空发动机研究院 一种压气机测试结构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102162472A (zh) * 2011-05-03 2011-08-24 北京航空航天大学 一种多圆弧斜槽处理机匣
CN102265039A (zh) * 2008-12-23 2011-11-30 斯奈克玛 具有优化腔体的压缩机外壳
CN102817873A (zh) * 2012-08-10 2012-12-12 势加透博（北京）科技有限公司 航空发动机压气机的梯状间隙结构
CN104373388A (zh) * 2014-11-15 2015-02-25 中国科学院工程热物理研究所 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法
CN204371782U (zh) * 2014-12-12 2015-06-03 常州环能涡轮动力股份有限公司 微型涡喷发动机离心压气机的进气机匣
CN105298923A (zh) * 2014-06-17 2016-02-03 中国科学院工程热物理研究所 压气机前缝后槽式机匣处理扩稳装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2408546B (en) * 2003-11-25 2006-02-22 Rolls Royce Plc A compressor having casing treatment slots

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102265039A (zh) * 2008-12-23 2011-11-30 斯奈克玛 具有优化腔体的压缩机外壳
CN102162472A (zh) * 2011-05-03 2011-08-24 北京航空航天大学 一种多圆弧斜槽处理机匣
CN102817873A (zh) * 2012-08-10 2012-12-12 势加透博（北京）科技有限公司 航空发动机压气机的梯状间隙结构
CN105298923A (zh) * 2014-06-17 2016-02-03 中国科学院工程热物理研究所 压气机前缝后槽式机匣处理扩稳装置
CN104373388A (zh) * 2014-11-15 2015-02-25 中国科学院工程热物理研究所 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法
CN204371782U (zh) * 2014-12-12 2015-06-03 常州环能涡轮动力股份有限公司 微型涡喷发动机离心压气机的进气机匣

Also Published As

Publication number Publication date
CN106286394A (zh) 2017-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107965465B (zh) 一种压气机吸气式离散倾斜缝机匣处理控制装置及方法
CN103742450B (zh) 一种具有马蹄形扩压通道的叶片式扩压器
CN104373388B (zh) 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法
CN107228095A (zh) 一种改善转子叶尖及静子角区流动的自适应压气机
CN102817873B (zh) 航空发动机压气机的梯状间隙结构
CN103994101B (zh) 基于多级轴流压气机轮毂端壁自循环抽吸喷气装置及方法
CN103807201B (zh) 一种控制压气机静子角区分离的组合抽吸布局方法
CN108661947B (zh) 采用康达喷气的轴流压气机叶片及应用其的轴流压气机
CN104454656B (zh) 一种带背腔开孔式周向槽机匣处理流动控制方法
CN108953232A (zh) 一种非轴对称分布静叶轴流式压气机
CN106870461A (zh) 压气机机匣及应用其的轴流压气机
CN106286394B (zh) 一种压气机连通式收缩缝机匣处理方法及装置
CN110886724B (zh) 一种轴向缝式处理机匣
CN209444376U (zh) 采用自适应康达喷气的叶片
CN102606529B (zh) 用于航空发动机压气机的处理机匣结构
CN106382260B (zh) 一种压气机弦向凹槽导流片式机匣处理方法及装置
CN100458179C (zh) 改进端区堵塞的轮毂造型方法
CN105156361B (zh) 叶根开设等宽圆弧槽的压气机静子叶栅
CN105298923B (zh) 压气机前缝后槽式机匣处理扩稳装置
CN105156356B (zh) 叶根开设等宽折线槽的压气机静子叶栅
CN105240322B (zh) 一种轴流式压气机静子叶栅
CN105927589B (zh) 低掺混损失的轴向缝机匣实现方法
CN114893429B (zh) 基于激波减速效应的压气机间隙泄漏流控制方法及压气机
CN204284005U (zh) 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构
CN115749969A (zh) 一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant