CN107165864B - 一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多级轴流压气机,公开了一种转静叶联合调节的多级轴流压气机,包括目标转子叶片、下游静子叶片、下游静子叶片轮盘、目标转子叶片轮盘及与发动机轴同步旋转的转子轮盘引流腔结构;通过射流气体导流腔中导向叶片使得引流气体具有与转子相同的牵连速度,并进一步通过射流槽分别作用于目标转子叶片端区及叶尖。根据多级压气机逐级加压的特点,在下游静子组合抽吸槽与目标转子端区及叶尖形成自适应的抽吸及附壁射流,有效抑制了多级压气机转静子三维角区分离流动,改善了转子叶尖泄漏流动,有效防止了由于三维角区分离及叶尖处前缘溢流、尾缘反流造成的旋转失速,增强了目标转子的旋转稳定性,提高了裕度,拓宽了压气机的稳定工作工况范围。

Description

一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机
技术领域
本发明涉及多级轴流压气机领域,特别涉及一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机。
背景技术
压气机是航空燃气涡轮发动机的核心组成部件,由多级转子和静子顺序交错排列组成,其功用是提高气体压升;在压气机内部的流动中,由于流动空间小,流体所承受的逆压梯度作用强,具有复杂的涡系结构;位于静子端区的角区分离结构及位于转子叶尖的泄漏流结构是压气机内部主要的二次流结构,是压气机内部流动损失和堵塞的主要来源,对压气机的压比、效率、裕度等性能具有至关重要的影响,严重时会引起压气机的失速和喘振,带来灾难性后果;经过几十年的研究,众多科研工作者们已经对压气机角区分离流动及叶尖泄漏流动有了较深的认识,但由于其空间的局限性,流动的复杂性,目前还未能很好地根据已有的研究结果实现压气机内流动的有效控制;尤其是充分利用压气机内流动逐级增压的特点,通过某种自循环调节机构,同时利用并改善不利于性能的流动结构,达到改善压气机性能的目的。
对压气机转静子端区而言,三维角区分离/失速所造成的流动拥堵使得压气机性能急剧下降;现代航空发动机的发展对压气机性能提出了更高要求,尤其是单级负荷的增大以及更宽的有效工作范围;然而随着压气机负荷的增大,三维角区分离程度急剧增大,有效工作攻角范围急剧缩减;目前,针对压气机转静子叶片三维角区分离与失速的流动控制技术,从是否额外引入能量,可以分为主动控制技术和被动控制技术两大类:主动控制技术主要有等离子体激励,附面层吹吸技术、合成射流等;被动控制技术主要有旋涡发生器、翼刀、端壁造型等;主动控制技术中附面层抽吸技术具有适应范围广,收益明显的特点,但需要额外引入能量,不易于工程实现;现有的传统被动控制技术,不具有自适应性,有效工作的工况范围往往有限,未能解决工程上下一代高负荷压气机角区分离的问题。
对压气机转子叶尖而言,叶尖泄漏流动对压气机的稳定工作状态有着重要影响,转子叶尖前缘溢流及尾缘反流是压气机发生失速的两个先兆,通过在转子叶尖合理引入射流,可有效改善转子叶尖的泄漏流动,提高转子的失速裕度,起到较好的扩稳效果;传统的转子叶尖吹气技术多是主动控制,需额外引入能量,不利于工程实现;亦有采用自流通机匣的方案,但其射流出口沿周向间歇性阵列分布,无法形成周向均匀的射流,对旋转稳定性造成干扰。
研究手段的进步使得现代研究者们对压气机内部流动机理及性能特征的认识逐渐提升,其设计思路也对应发生了重大变化;压气机的研究出现了由局部单排甚至单个叶片/叶型的研究向全局多排叶片研究的转变,由孤立关注单排叶片设计工况性能到关注全局匹配后有效工况及性能特点的转变;因此,充分利用压气机逐级增压的流动特点,实现不同级间的自适应流场调控,是改善压气机流场结构,提升新一代高负荷压气机性能的一大策略。
发明内容
(一)待解决的技术问题
本发明的目的在于,提供一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,在目标转子叶片下游的静子叶片端壁及吸力面布置有组合抽吸槽,在目标转子叶片轮毂侧吸力面及叶尖处吸力面均布置有与主流方向一致的切向射流槽,并通过与目标转子同步旋转的引气腔结构将抽吸槽所接的抽吸气体稳压腔与射流槽所接的射流气体导流腔连接起来;在射流气体导流腔中导向叶片的作用下,引流气体获得与转子相同的牵连速度,并通过目标转子轮毂侧射流槽、叶尖射流槽作用于目标转子端区及叶尖;在不同流动工况下,利用多级压气机逐级加压的特点,靠自身压差形成自适应的抽吸、射流,解决传统附面层抽吸、射流控制所需要额外引入能量问题,将主动控制化为被动控制;在非设计工况,目标转子叶片下游的静子角区抽吸量与目标转子叶片射流槽的射流流量可通过抽吸槽、射流槽当地的压力实现自适应调节,在改善多级轴流压气机转静子端区三维角区分离的同时,改善了转子叶尖流场,避免了旋转失速等的过早发生,提高了压气机裕度,拓宽了压气机的稳定工作工况范围。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,包括目标转子叶片、下游静子叶片、下游静子叶片轮盘、目标转子叶片轮盘及与发动机轴同步旋转的转子轮盘引流腔结构;所述目标转子叶片与机匣间具有叶顶间隙,在目标转子叶片吸力面布置有轮毂侧射流槽和叶尖射流槽;所述下游静子叶片位于目标转子叶片下游,并带有抽吸槽结构;所述下游静子叶片的抽吸槽连接有抽吸气体稳压腔并通过抽吸气体引流腔与所述转子轮盘引流腔间通过密封机构连接;所述转子轮盘引流腔中的气体进入射流气体导流腔并通过射流气体导向叶片的作用与转子获得同样的牵连速度,在目标转子叶片轮毂侧射流槽及叶尖射流槽的导向作用下,在目标转子叶片轮毂端区及叶尖形成附壁的切向射流;所述带抽吸槽的下游静子叶片位于目标转子叶片下游,可紧邻目标转子叶片后方或者与目标转子叶片间隔有多个交替布置的转静子叶排,所述下游静子叶片轮毂与紧位于其上游的转子叶片轮毂间具有篦齿密封结构;所述下游静子叶片吸力面机匣侧、轮毂侧均沿展向布置有多个抽吸槽,每个抽吸槽的宽度为叶片弦长的2%,高度不超过叶片展向高度的20%,所述下游静子叶片机匣端壁、轮毂端壁在靠近吸力面侧沿流向自25%轴向弦长到尾缘处布置有单个抽吸槽,槽宽为2%到5%倍的叶片弦长值。
其中,所述下游静子叶片在轮毂侧端壁所布置的抽吸槽由轮毂侧端壁抽吸槽导管I、轮毂侧端壁抽吸槽导管II分别与下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连接;所述下游静子叶片在轮毂侧吸力面所布置的抽吸槽由轮毂侧吸力面抽吸槽导管I、轮毂侧吸力面抽吸槽导管II分别与下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连接;所述下游静子叶片在机匣侧端壁所布置的抽吸槽由机匣侧端壁抽吸槽导管I、机匣侧端壁抽吸槽导管II分别与下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连接;所述下游静子叶片在机匣侧吸力面所布置的抽吸槽由机匣侧吸力面抽吸槽导管I、机匣侧吸力面抽吸槽导管II分别与下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连接;所述下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连通位于下游静子叶片轮毂中的抽吸气体稳压腔。
其中,所述抽吸气体稳压腔以及与其连接的抽吸气体引流腔为相对于机匣静止的全环通腔,并通过密封结构和与目标转子叶片同轴旋转的转子轮盘引流腔连接,所述转子轮盘引流腔上游连接有流道截面渐缩的射流气体导流腔;所述射流气体导流腔中布置有射流气体导向叶片,所述射流气体导向叶片所约束形成的流道数目与目标转子叶片数目一致,且其出口位于目标转子叶片与目标转子叶片轮盘连接处,分别与位于目标转子叶片内部的目标转子叶片轮毂侧射流槽导管、目标转子叶片叶尖射流槽导管相连接。
其中,所述射流气体导流腔位于目标转子叶片轮盘内部;所述目标转子叶片轮盘在与目标转子叶片数目相等的射流气体导流腔外,相邻的射流气体导流腔之间具有中空的转子叶片轮盘腔结构;所述目标转子叶片轮盘下游侧具有加强结构强度的转子叶片轮盘肋板;所述射流气体导流腔内的射流气体导向叶片采用曲率光滑过渡设计,并沿圆周方向环向阵列分布。
其中,所述目标转子叶片轮毂侧射流槽位于目标转子叶片轮毂侧端区,展向起始位置为目标转子叶片吸力面与目标转子叶片轮盘端壁交接处,展向高度不大于目标转子叶片全叶片高度的20%;所述目标转子叶片轮毂侧射流槽出口处沿流向与目标转子叶片吸力面采用大曲率圆弧光滑过渡,且流向起始位置位于目标转子叶片吸力面侧分离区之前;所述目标转子叶片轮毂侧射流槽出口处宽度与出口处用于和目标转子叶片吸力面过渡的圆弧半径的比值不大于0.05,以满足科恩达条件,形成自适应的附壁射流;所述目标转子叶片叶尖射流槽位于目标转子叶片叶尖处,展向起始位置为目标转子叶片叶尖,向叶中延伸的展向高度不大于目标转子叶片全叶片高度的10%;所述目标转子叶片叶尖射流槽出口处沿流向与目标转子叶片吸力面采用大曲率圆弧光滑过渡,且流向起始位置位于目标转子叶片叶尖泄漏流体卷吸形成的旋涡之前;所述目标转子叶片叶尖射流槽出口处宽度与出口处用于和目标转子叶片吸力面过渡的圆弧半径的比值不大于0.05,以满足科恩达条件,形成自适应的附壁射流。
(三)有益效果
本发明提供的多级轴流压气机,具有以下有益效果:
(1)设置转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,利用多级压气机逐级加压的特点,通过在目标转子端区及叶尖与下游静子叶片端区的压差作用形成自适应的抽吸、射流,避免了传统压气机转静子叶片中针对三维角区或叶尖泄漏流动的附面层抽吸、转子端区或叶尖射流等主动控制方法需要额外引入能量问题,将主动控制转变为被动控制。
(2)设置转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,通过与发动机轴同步旋转的转子轮盘引流腔结构采用密封结构连接抽吸气体引流腔、下游静子叶片抽吸气体稳压腔与射流气体导流腔、目标转子叶片轮毂侧射流槽、目标转子叶片叶尖射流槽,使得下游静子叶片角区的抽吸量与目标转子端区及叶尖的射流流量可通过抽吸槽、射流槽出口的当地压力差值实现自适应调节;通过位于射流气体导流腔中导向叶片的作用,使得引流气体获得与转子相同的牵连速度,并进一步通过目标转子叶片轮毂侧射流槽、目标转子叶片叶尖射流槽导向后分别作用于目标转子叶片端区及叶尖,在转子叶片吸力面形成附壁的科恩达射流;在通过自适应抽吸有效抑制多级压气机静子端区三维角区分离流动的同时,在目标转子叶片端区及叶尖形成自适应的附壁射流以削弱目标转子叶片端区的分离流动及叶尖的泄漏流动,避免了由于端区分离、叶尖前缘溢流或尾缘反流导致的旋转失速等的过早发生,改善了传统自流通处理机匣控制转子叶尖流动时的周向不均匀性,避免传统被动控制方法有效作用范围有限的问题,增加了转子叶片的旋转稳定性,提高了压气机裕度,拓宽了压气机的稳定工作工况范围。
附图说明
图1为一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机的剖视图;
图2为图1中A-A截面及B-B截面示意图;
图3为图1中C-C截面示意图;
图4为图3中C-C截面的局部放大图;
图5为图1中D-D或E-E截面示意图;
图6为本发明专利的另一种实施方案剖视图。
图中,1:发动机轴;2:下游静子轮盘轴承;3:轴承座;4:下游静子轮盘肋板;5:密封机构;6:下游静子轮盘;7:抽吸气体引流腔;8:下游静子抽吸气体稳压腔;9:下游静子叶片轮毂;10:下游静子叶片轮毂端壁抽吸槽;11:下游静子叶片轮毂侧吸力面抽吸槽;12:下游静子叶片轮毂端壁;13:下游静子叶片内部气流导管I;14:下游静子叶片内部气流导管II;15:下游静子叶片机匣侧吸力面抽吸槽;16:下游静子叶片尾缘;17:下游静子叶片机匣端壁抽吸槽;18:机匣;19:下游静子叶片;20:下游静子叶片机匣端壁;21:下游静子叶片压力面;22:下游静子叶片前缘;23:中间级转子叶片;24:中间级转子叶片叶顶间隙;25:中间级转子叶片叶尖;26:篦齿密封结构;27:中间级转子叶片轮盘;28:转子轮盘引流腔;29:中间级静子叶片轮毂;30:中间级静子叶片;31:目标转子叶片尾缘;32:目标转子叶片;33:目标转子叶片叶顶间隙;34:目标转子叶片叶尖;35:目标转子叶片前缘;36:目标转子叶片轮毂侧射流槽;37:目标转子叶片轮盘;38:目标转子叶片轮盘肋板;39:射流气体导向叶片;40:射流气体导流腔;41:射流气体导流腔入口;42:下游静子叶片吸力面;43:下游静子叶片机匣侧吸力面抽吸槽导管I;44:下游静子叶片机匣侧吸力面抽吸槽导管II;45:下游静子叶片轮毂侧吸力面抽吸槽导管I;46:下游静子叶片轮毂侧吸力面抽吸槽导管II;47:下游静子叶片机匣侧端壁抽吸槽导管I;48:下游静子叶片机匣侧端壁面抽吸槽导管II;49:下游静子叶片轮毂侧端壁面抽吸槽导管I;50:下游静子叶片轮毂侧端壁面抽吸槽导管II;51:目标转子叶片压力面;52:目标转子叶片吸力面;53:轮毂侧射流槽出口;54:目标转子叶片叶尖射流槽;55:叶尖射流槽出口;56:目标转子叶片叶尖射流槽导管;57:目标转子叶片轮毂侧射流导管;58:目标转子叶片轮盘腔;59:射流腔分流隔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1:
如图1所示,本发明的多级轴流压气机,包括目标转子叶片32、下游静子叶片19、下游静子叶片轮盘6、目标转子叶片轮盘37及与发动机轴1同步旋转的转子轮盘引流腔28结构;目标转子叶片32与机匣18间具有叶顶间隙33,通过带有射流气体导流腔40的目标转子叶片轮盘37与发动机轴1连接;下游静子叶片19与机匣18间无缝连接,具有机匣端壁20结构;下游静子叶片19与下游静子叶片轮毂9间无缝连接,具有轮毂端壁12结构;下游静子叶片轮盘6相对于机匣18静止,通过下游静子轮盘轴承2与发动机轴1连接,通过密封结构5与目标转子叶片轮盘37连接;当目标转子叶片32与带抽吸槽的下游静子叶片19间包含中间级转子叶片23排时,转子叶片23排通过中间级转子叶片轮盘27与目标转子轮盘引流腔28外腔体连接并同轴旋转;带抽吸槽的下游静子叶片轮毂9与紧位于其上游的转子叶片轮盘27间具有篦齿密封结构26。
如图5所示,在带抽吸槽的下游静子叶片19的吸力面42机匣侧端区、轮毂侧端区及机匣端壁20、轮毂端壁12布置有组合抽吸,10,11,17,15结构;位于下游静子叶片机匣侧吸力面抽吸槽15有多个,均位于下游静子叶片吸力面42机匣18侧角区,以一定的轴向弦长间隔均匀分布,其宽度取为2%的静子叶片19中径处弦长,其展向高度不超过静子叶片19总高度的20%;位于下游静子叶片轮毂侧吸力面的抽吸槽11有多个,均位于下游静子叶片吸力面42轮毂9侧角区,以一定的轴向弦长间隔均匀分布,其宽度取为2%的静子叶片19中径处弦长,其展向高度不超过下游静子叶片19总高度的20%;位于下游静子叶片机匣侧吸力面的抽吸槽15与位于下游静子叶片轮毂侧吸力面的抽吸槽11可具有不同的展向高度。在下游静子叶片机匣端壁20靠近下游静子叶片吸力面42处具有下游静子叶片机匣端壁抽吸槽17结构,抽吸槽17的宽度取为下游静子叶片19中径处叶片弦长的2%,抽吸槽17的流向位置起始于静子叶片19吸力面42侧角区分离点前(约25%轴向弦长位置之前),终止于下游静子叶片尾缘16处;在下游静子叶片轮毂端壁12靠近下游静子叶片吸力面42处同样具有下游静子叶片轮毂端壁抽吸槽10结构,抽吸槽10的宽度取为下游静子叶片19中径处叶片弦长的2%,抽吸槽10的流向位置起始于静子叶片19吸力面42侧角区分离点前(约25%轴向弦长位置之前),终止于下游静子叶片尾缘16处。下游静子叶片机匣侧吸力面抽吸槽15通过机匣侧吸力面抽吸槽导管I43和机匣侧吸力面抽吸槽导管II44分别与下游静子叶片19内部气流导管I13、下游静子叶片内部气流导管II14连接;下游静子叶片轮毂侧吸力面抽吸槽11通过轮毂侧吸力面抽吸槽导管I45和轮毂侧吸力面抽吸槽导管II46分别与下游静子叶片内部气流导管I13、下游静子叶片19内部气流导管II14连接;下游静子叶片机匣端壁抽吸槽17通过机匣侧端壁抽吸槽导管I47、机匣侧端壁面抽吸槽导管II48分别与下游静子叶片内部气流导管I13、下游静子叶片内部气流导管II14连接;下游静子叶片轮毂端壁抽吸槽10通过轮毂侧端壁抽吸槽导管I49、轮毂侧端壁面抽吸槽导管II50分别与下游静子叶片19内部气流导管I13、下游静子叶片内部气流导管II14连接。
如图1所示,下游静子叶片19内部气流导管I13、气流导管II14与下游静子叶片轮毂9内部的抽吸气体稳压腔8连接,抽吸气体稳压腔8具有环腔结构,并通过同样环列布置的位于下游静子轮盘6内部的抽吸气体引流腔7通过密封结构5和与发动机轴1同步旋转的转子轮盘引流腔28连接;转子轮盘引流腔28的另一侧接有射流气体导流腔40,引流气体从射流气体导流腔入口41流入,进入被射流气体导向叶片39分隔的与目标转子叶片32数目相等的射流气体导流腔40流道,并在导向叶片39的作用下获得与目标转子叶片32相同的牵连速度同时旋转加功;为保持较大的总压恢复系数,射流气体导向叶片39与射流气体导流腔40所形成的流道为渐缩型流道且采用光滑曲率过渡;为了减轻目标转子叶片轮盘37的重量并加强其37刚度,在转子轮盘37射流气体导流腔40之外的区域设置有如图4所示的中空的目标转子叶片轮盘腔58及如图1所示的目标转子叶片轮盘肋板38;从射流气体导流腔40流出的引流气体在图4所示的射流腔分流隔59作用下分为两路,分别进入目标转子叶片轮毂侧射流导管57和目标转子叶片叶尖射流槽导管56,并在目标转子叶片轮毂侧射流槽36和目标转子叶片叶尖射流槽54的导向作用下,在目标转子吸力面52端区及目标转子叶尖34处形成自适应切向射流;如图2所示的射流槽出口53,55宽度t与射流槽与目标转子叶片吸力面52过渡的圆弧半径R的比值不大于0.05,使得射流满足科恩达效应,从而紧贴目标转子叶片的吸力面52表面。
在多级轴流压气机工作时,来自于目标转子叶片32上游静子的气流作用于目标转子32,经过目标转子32进一步做功增压后,经过中间级30,23叶排流向带抽吸槽的下游静子19。由于多级轴流压气机逐级增压的特点,位于下游的叶片通道具有比上游叶片通道更大的静压,因此在下游静子叶片19通道与上游目标转子32通道压差的作用下,位于下游的抽吸气体稳压腔8具有比上游目标转子叶片轮毂侧射流槽出口53、叶尖射流槽出口55处更大的压力。压差的作用使得下游静子叶片机匣侧吸力面抽吸槽15、轮毂侧吸力面抽吸槽11,下游静子叶片机匣端壁抽吸槽17、轮毂端壁抽吸槽10吸入下游静子叶片吸力面42端区的低能流体,进而抑制下游静子叶片通道的三维角区分离流动,减弱因此造成的流动堵塞及损失,增大下游静子叶片19的扩压能力。该部分高压流体通过抽吸槽导管43-50进入下游静子叶片19内部气流导管13,14,汇聚到抽吸气体稳压腔8中,通过位于下游静子轮盘内部的抽吸气体引流腔7由密封结构5与和发动机轴1同步旋转的转子轮盘引流腔28连接,并在位于目标转子轮盘37内的带射流气体导向叶片39的导流腔40中获得与目标转子叶片32一致的牵连速度同时旋转加功,经过射流腔分流隔59分为两路分别进入目标转子叶片轮毂侧射流导管57和目标转子叶片叶尖射流槽导管56,在目标转子叶片吸力面轮毂侧射流槽36及叶尖射流槽54的作用下形成自适应的附壁射流,作用于目标转子叶片吸力面52端区及叶尖34,改善了目标转子叶片32端区的三维角区分离流动及目标转子叶尖34的泄漏流动,有效防止了由于三维角区分离及叶尖处前缘溢流、尾缘反流造成的旋转失速,增强了目标转子的旋转稳定性,提高了裕度,拓宽了压气机的稳定工作工况范围。
实施例2:
如图6所示,本实施例与实施例1基本相同,所不同之处在于带抽吸槽的下游静子紧位于目标转子叶片下游,两者之间无叶片排结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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保护范围之内。

Claims (5)

1.一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,其特征在于:包括目标转子叶片、下游静子叶片、下游静子叶片轮盘、目标转子叶片轮盘及与发动机轴同步旋转的转子轮盘引流腔结构;所述目标转子叶片与机匣间具有叶顶间隙,在目标转子叶片吸力面布置有轮毂侧射流槽和叶尖射流槽;所述下游静子叶片位于目标转子叶片下游,并带有抽吸槽结构;所述下游静子叶片的抽吸槽连接有抽吸气体稳压腔并通过抽吸气体引流腔与所述转子轮盘引流腔间通过密封机构连接;所述转子轮盘引流腔中的气体进入射流气体导流腔并通过射流气体导向叶片的作用与转子获得同样的牵连速度,在目标转子叶片轮毂侧射流槽及叶尖射流槽的导向作用下,在目标转子叶片轮毂端区及叶尖形成附壁的切向射流;所述带抽吸槽的下游静子叶片位于目标转子叶片下游,可紧邻目标转子叶片后方或者与目标转子叶片间隔有多个交替布置的转静子叶排,所述下游静子叶片轮毂与紧位于其上游的转子叶片轮毂间具有篦齿密封结构;所述下游静子叶片吸力面机匣侧、轮毂侧均沿展向布置有多个抽吸槽,每个抽吸槽的宽度为叶片弦长的2%,高度不超过叶片展向高度的20%,所述下游静子叶片机匣端壁、轮毂端壁在靠近吸力面侧沿流向自25%轴向弦长到尾缘处布置有单个抽吸槽,槽宽为2%到5%倍的叶片弦长值。
2.如权利要求1所述的一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,其特征在于,所述下游静子叶片在轮毂侧端壁所布置的抽吸槽由轮毂侧端壁抽吸槽导管I、轮毂侧端壁抽吸槽导管II分别与下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连接;所述下游静子叶片在轮毂侧吸力面所布置的抽吸槽由轮毂侧吸力面抽吸槽导管I、轮毂侧吸力面抽吸槽导管II分别与下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连接;所述下游静子叶片在机匣侧端壁所布置的抽吸槽由机匣侧端壁抽吸槽导管I、机匣侧端壁抽吸槽导管II分别与下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连接;所述下游静子叶片在机匣侧吸力面所布置的抽吸槽由机匣侧吸力面抽吸槽导管I、机匣侧吸力面抽吸槽导管II分别与下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连接;所述下游静子叶片内部气流导管I、下游静子叶片内部气流导管II连通位于下游静子叶片轮毂中的抽吸气体稳压腔。
3.如权利要求2所述的一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,其特征在于,所述抽吸气体稳压腔以及与其连接的抽吸气体引流腔为相对于机匣静止的全环通腔,并通过密封结构和与目标转子叶片同轴旋转的转子轮盘引流腔连接,所述转子轮盘引流腔上游连接有流道截面渐缩的射流气体导流腔;所述射流气体导流腔中布置有射流气体导向叶片,所述射流气体导向叶片所约束形成的流道数目与目标转子叶片数目一致,且其出口位于目标转子叶片与目标转子叶片轮盘连接处,分别与位于目标转子叶片内部的目标转子叶片轮毂侧射流槽导管、目标转子叶片叶尖射流槽导管相连接。
4.如权利要求3所述的一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,其特征在于,所述射流气体导流腔位于目标转子叶片轮盘内部;所述目标转子叶片轮盘在与目标转子叶片数目相等的射流气体导流腔外,相邻的射流气体导流腔之间具有中空的转子叶片轮盘腔结构;所述目标转子叶片轮盘下游侧具有加强结构强度的转子叶片轮盘肋板;所述射流气体导流腔内的射流气体导向叶片采用曲率光滑过渡设计,并沿圆周方向环向阵列分布。
5.如权利要求4所述的一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机,其特征在于,所述目标转子叶片轮毂侧射流槽位于目标转子叶片轮毂侧端区,展向起始位置为目标转子叶片吸力面与目标转子叶片轮盘端壁交接处,展向高度不大于目标转子叶片全叶片高度的20%;所述目标转子叶片轮毂侧射流槽出口处沿流向与目标转子叶片吸力面采用大曲率圆弧光滑过渡,且流向起始位置位于目标转子叶片吸力面侧分离区之前;所述目标转子叶片轮毂侧射流槽出口处宽度与出口处用于和目标转子叶片吸力面过渡的圆弧半径的比值不大于0.05,以满足科恩达条件,形成自适应的附壁射流;所述目标转子叶片叶尖射流槽位于目标转子叶片叶尖处,展向起始位置为目标转子叶片叶尖,向叶中延伸的展向高度不大于目标转子叶片全叶片高度的10%;所述目标转子叶片叶尖射流槽出口处沿流向与目标转子叶片吸力面采用大曲率圆弧光滑过渡,且流向起始位置位于目标转子叶片叶尖泄漏流体卷吸形成的旋涡之前;所述目标转子叶片叶尖射流槽出口处宽度与出口处用于和目标转子叶片吸力面过渡的圆弧半径的比值不大于0.05,以满足科恩达效应条件,形成自适应的附壁射流。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108108549B (zh) * 2017-12-15 2021-10-01 中国航发沈阳发动机研究所 一种平面叶栅轴向速度密流比控制方法
CN108443236A (zh) * 2018-03-05 2018-08-24 清华大学 一种压气机静叶角区分离控制装置及其控制方法
CN111271322B (zh) * 2018-12-05 2020-12-29 中国航发商用航空发动机有限责任公司 可调静叶以及压气机
CN112483439B (zh) * 2020-11-13 2022-07-22 绍兴上虞上立风机有限公司 一种高压升风机
CN114876838B (zh) * 2021-02-05 2023-08-18 中国航发商用航空发动机有限责任公司 一种用于叶轮可调静叶的叶尖间隙调节结构及使用该结构的叶轮和压气机
CN114506443B (zh) * 2022-02-23 2023-06-23 北京航空航天大学 具备导引结构的叶片、转子以及叶片设计方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10233032A1 (de) * 2002-07-20 2004-01-29 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsarbeitsmaschine mit integriertem Fluidzirkulationssystem
DE102004030597A1 (de) * 2004-06-24 2006-01-26 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsarbeitsmaschine mit Aussenradstrahlerzeugung am Stator
CN101092978A (zh) * 2007-07-30 2007-12-26 北京航空航天大学 多级轴流压气机静子内引气增效防喘扩稳装置
CN103994101B (zh) * 2013-02-19 2016-04-20 中国科学院工程热物理研究所 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
CN105927560B (zh) * 2016-06-28 2018-09-04 中国科学院工程热物理研究所 一种具有扩稳增效装置的压气机
CN106151113B (zh) * 2016-07-01 2018-07-24 中航空天发动机研究院有限公司 一种自循环多级轴流压气机
CN106870465B (zh) * 2017-02-24 2019-08-02 中国科学院工程热物理研究所 一种压气机、燃气轮机及压气机扩稳增效方法

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