CN112832878A - 一种涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构 - Google Patents

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Abstract

本发明一种涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，包括在机匣内壁上设置的机匣凹腔，所述机匣凹腔包括左侧面、右侧面、顶面、前侧面和后侧面，右侧面为斜面形成引流斜槽，右侧面为斜面，后侧面上设置有若干等间距排列的梳状肋条，后侧面和梳状肋条形成混流器；梳状肋条沿流向布置，根据梳状肋条的间距调节混流效果，若干机匣处理结构在机匣周向均匀布置。本发明根据泄漏涡形成的机理及流向变化进行设计，在叶片转动时对叶尖间隙产生非定常激励，达到抑制泄漏流的效果。

Description

一种涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构
技术领域
本发明涉及一种涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，属于航空技术领域的发动机的涡轮泄漏流动控制方向。
背景技术
提高航空发动机涡轮性能水平是设计者不懈的追求，对涡轮中间隙泄漏流动的抑制可以有效降低流动损失，提高涡轮效率，使得发动机整体性能获得提升。然而传统的涡轮泄漏抑制多通过叶片叶尖型线进行处理，是一种定常控制方法，同时造成叶尖强度下降、更易损伤；一般的机匣处理方式又忽略掉了叶尖泄漏流的非定常和流向变化的基本特征。需要一种利用流体非定常特征，兼顾泄漏涡流向变化的非定常机匣处理方式，在对叶片不造成强度下降的同时，达到更好的泄漏流抑制效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，该设计结构根据泄漏涡形成的机理及流向变化进行设计，在叶片转动时对叶尖间隙产生非定常激励，达到抑制泄漏流的效果。
本发明通过如下技术方案实现。
一种涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，包括在机匣内壁上设置的机匣凹腔，所述机匣凹腔包括左侧面、右侧面、顶面、前侧面和后侧面，右侧面为斜面形成引流斜槽，右侧面为斜面，后侧面上设置有若干等间距排列的梳状肋条，后侧面和梳状肋条形成混流器；梳状肋条沿流向布置，根据梳状肋条的间距调节混流效果，若干机匣处理结构在机匣周向均匀布置。当叶片旋转时可对叶尖间隙形成周期性的非定常激励。
作为进一步优选的，机匣凹腔根据深度和宽度的不同产生不同的激励强度。
作为进一步优选的，机匣凹腔起始位置在叶片轴向长度1/3处，直至叶片尾缘附近结束；机匣凹腔的中心线方向沿流向，宽度沿流向逐渐变宽；机匣凹腔的深度不大于叶尖间隙的3倍，机匣凹腔的宽度不大于叶尖间隙的6倍。
作为进一步优选的，所述引流斜槽是在机匣上顺叶片旋转方向逐渐加深的斜槽，其最终深度与机匣凹腔的深度相同；引流斜槽的斜向角度不大于30°；引流斜槽的周向型线与叶片的中弧线一致。
作为进一步优选的，所述后侧面是在机匣上顺流向方向逐渐变浅的斜槽，后侧面的起始深度与机匣凹腔的深度相同；后侧面的起始位置紧接机匣凹腔之后。
作为进一步优选的，所述的梳状肋条均匀布置，其相互间距为叶尖间隙的1～2倍。
作为进一步优选的，不同机匣凹腔的周向间距可以对叶片间隙形成不同频率的非定常激励，激励的频率为f＝nπD/(60T)，该激励频率应等于叶尖泄漏涡非定常流动的特征频率(该频率可用实验或数值模拟手段获得)。
与现有技术相比，本发明的优点是：
第一，通过机匣处理可对叶尖间隙流动施加非定常激励。在涡轮旋转时会间断扫过机匣处理区域，从而形成非定常激励，机匣处理周向间距不同可获得不同的激励频率，从而利用非定常激励的“四两拨千斤”特点，起到更好的抑制间隙泄漏、减少流动损失的效果。
第二，契合泄漏流流向变化，形成更好的控制效果。沿流向具有不同强度的控制效果，契合泄漏流流向变化。涡轮泄漏流一般从叶片弦长1/3处产生，随流向向后逐渐增强；机匣凹腔亦沿流向逐渐加宽，从而沿流向对泄漏流的激励逐渐增强，提高控制效果。
第三，减弱泄漏涡在流道内破碎造成的流动损失。泄漏涡如果在流道内发生破碎，会严重影响流道内主流流动状态，造成流动损失。通过机匣凹腔和梳状肋条配合作用，使得泄漏涡吸入凹腔中并被梳状肋条整流，再汇入主流流道，从而避免了泄漏涡在流道内破碎造成的损失。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的平面图；
图3是本发明中间切面逆流向的立体图；
图4是本发明中间切面顺流向的立体图；
图中：1、机匣，2、机匣凹腔，3、梳状肋条；
201、左侧面，202、右侧面，203、顶面，204、前侧面，205、后侧面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
需要说明的是，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，不是旨在限制本发明。
如图1和图2所示，一种涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，包括在机匣1内壁上设置的机匣凹腔2，所述机匣凹腔2包括左侧面201、右侧面202、顶面203、前侧面204和后侧面205，右侧面202为斜面形成引流斜槽，右侧面202为斜面，后侧面205上设置有若干等间距排列的梳状肋条3，后侧面205和梳状肋条3形成混流器；梳状肋条3沿流向布置，根据梳状肋条3的间距t调节混流效果，若干机匣处理结构在机匣周向均匀布置。当叶片旋转时可对叶尖间隙形成周期性的非定常激励。
作为进一步优选的实施方案，机匣凹腔1根据深度h和宽度d的不同产生不同的激励强度。
作为进一步优选的实施方案，机匣凹腔2起始位置在叶片轴向长度1/3处，直至叶片尾缘附近结束；机匣凹腔2的中心线方向沿流向，宽度沿流向逐渐变宽；机匣凹腔2的深度h不大于叶尖间隙的3倍，机匣凹腔2的宽度d不大于叶尖间隙的6倍。
作为进一步优选的实施方案，所述引流斜槽是在机匣上顺叶片旋转方向逐渐加深的斜槽，其最终深度与机匣凹腔2的深度h相同；引流斜槽的斜向角度α不大于30°；引流斜槽的周向型线与叶片的中弧线一致。
作为进一步优选的实施方案，所述后侧面205是在机匣上顺流向方向逐渐变浅的斜槽，后侧面205的起始深度与机匣凹腔2的深度h相同；后侧面205的起始位置紧接机匣凹腔之后。
作为进一步优选的实施方案，所述的梳状肋条3均匀布置，其相互间距t为叶尖间隙的1～2倍。
作为进一步优选的实施方案，不同机匣凹腔2的周向间距T可以对叶片间隙形成不同频率f的非定常激励，激励的频率为f＝nπD/(60T)，该激励频率应等于叶尖泄漏涡非定常流动的特征频率该频率可用实验或数值模拟手段获得。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，包括在机匣(1)内壁上设置的机匣凹腔(2)，所述机匣凹腔(2)包括左侧面(201)、右侧面(202)、顶面(203)、前侧面(204)和后侧面(205)，右侧面(202)为斜面形成引流斜槽，右侧面(202)为斜面，后侧面(205)上设置有若干等间距排列的梳状肋条(3)，后侧面(205)和梳状肋条(3)形成混流器；梳状肋条(3)沿流向布置，根据梳状肋条(3)的间距(t)调节混流效果，若干机匣处理结构在机匣周向均匀布置。
2.根据权利要求1所述的涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，机匣凹腔(1)根据深度(h)和宽度(d)的不同产生不同的激励强度。
3.根据权利要求1所述的涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，机匣凹腔(2)起始位置在叶片轴向长度1/3处，直至叶片尾缘附近结束；机匣凹腔(2)的中心线方向沿流向，宽度沿流向逐渐变宽；机匣凹腔(2)的深度(h)不大于叶尖间隙的3倍，机匣凹腔(2)的宽度(d)不大于叶尖间隙的6倍。
4.根据权利要求1所述的涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，所述引流斜槽是在机匣上顺叶片旋转方向逐渐加深的斜槽，其最终深度与机匣凹腔(2)的深度(h)相同；引流斜槽的斜向角度(α)不大于30°；引流斜槽的周向型线与叶片的中弧线一致。
5.根据权利要求1所述的涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，所述后侧面(205)是在机匣上顺流向方向逐渐变浅的斜槽，后侧面(205)的起始深度与机匣凹腔(2)的深度(h)相同；后侧面(205)的起始位置紧接机匣凹腔之后。
6.根据权利要求1所述的涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，所述的梳状肋条(3)均匀布置，其相互间距(t)为叶尖间隙的1～2倍。
7.根据权利要求1所述的涡轮泄漏流控制的非定常机匣处理结构，其特征在于，不同机匣凹腔(2)的周向间距(T)可以对叶片间隙形成不同频率(f)的非定常激励，激励的频率为f＝nπD/(60T)，该激励频率应等于叶尖泄漏涡非定常流动的特征频率。
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