CN113323917B - 一种无背腔缝式压气机处理机匣及压气机 - Google Patents

Abstract

本申请属于机械压气机技术领域，具体包括一种无背腔缝式压气机处理机匣及压气机，包括处理环和设于处理环内的气室，所述处理环内沿其周向方向均匀间隔设置有处理缝，所述处理缝的子午投影包括依次设置的前缘面、上缘面、尾缘面，所述上缘面为二次曲线，所述上缘面靠近尾缘面一端的深度大于靠近前缘面一端的深度。具有减少压气机重量同时保证压气机良好工作性能的技术效果。

Description

一种无背腔缝式压气机处理机匣及压气机

技术领域

本申请属于机械压气机技术领域，特别涉及一种无背腔缝式压气机处理机匣及压气机。

背景技术

在高负荷风扇/压气机的设计过程中，不可避免的会遇到裕度不足的问题，需要采取一些相应的扩稳手段来保证风扇/压气机的稳定工作范围。机匣处理已成为当今世界上用于扩大压气机稳定工作范围的重要手段之一。

近年来，带有环形背腔的轴向(斜)缝式处理机匣获得大量研究。该处理机匣从结构上主要由两部分组成，一部分为带有槽孔的处理环，另一部分为气室，处理环与气室形成封闭的腔体。该形式的处理机匣优点在于不但可以提高风扇/压气机的失速裕度，同时在设计合理的情况下，也可以减小由处理机匣带来的效率损失；其突出的缺点在于结构相对复杂，背腔尺寸大，影响压气机外廓尺寸，增加较多重量，不利于航空发动机工程应用。因此急需一种能够高效扩稳同时结构简单、重量较轻、工程适用性强的处理机匣形式。

发明内容

本申请的目的是提供了一种无背腔缝式压气机处理机匣及压气机，以解决现有技术中设置背腔导致重量大、尺寸大的技术问题。

本申请的技术方案是：一种无背腔缝式压气机处理机匣，包括处理环和设于处理环内的气室，所述处理环内沿其周向方向均匀间隔设置有处理缝，所述处理缝的子午投影包括依次设置的前缘面、上缘面、尾缘面，所述上缘面为二次曲线，所述上缘面靠近尾缘面一端的深度大于靠近前缘面一端的深度。

优选地，所述处理环包括第一半环和第二半环，所述处理缝包括连通设置的设于第一半环上的前槽孔和设于第二半环上的后槽孔，所述前槽孔与轴向夹角γ1，所述后槽孔与轴向夹角为γ2。

优选地，所述处理缝径向最大厚度为6-12mm。

优选地，所述处理缝最大径向宽度为H1，所述处理缝的前缘面的径向最大宽度为H2，所述H2/H1＝0.3-0.7。

优选地，所述前缘面的径向倾角为65-95°，所述后缘面的径向倾角为70-110°。

优选地，所述处理缝的轴线宽度为Δ，所述前缘面外端至转子尖部轴向距离为Δ1，所述处理缝最大径向宽度位置至转子尖部轴线距离为Δ3，所述Δ1/Δ＝0.3-0.6，所述Δ3/Δ＝0.5-0.9。

优选地，所述前槽孔宽度为M1，所述后槽孔宽度为M2，所述第一半环的肋板厚度为N1，所述第二半环的肋板厚度为N2，所述M1/N1＝M2/N2＝0.8-1.5。

优选地，所述γ2＝叶片尖部安装角±20°。

优选地，所述处理缝与处理环径向夹角λ＝35-55°。

一种压气机，包括如权利要求1-9任一所述的压气机处理机匣。

本申请的一种无背腔缝式压气机处理机匣及压气机，通过将处理缝的子午投影设计成依次设置的前缘面、上缘面、尾缘面，在保证较好的对低能堵塞团进行有效回流处理的同时，减少了机匣的重量。

优选地，后槽孔的轴向夹角为γ2＝叶片尖部安装角±20°，以增加驱动压差、保证气体流入量和良好的扩稳效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请实施例一机匣剖面结构示意图；

图2为本申请实施例一处理缝轴向展开结构示意图；

图3为本申请实施例一处理缝径向结构示意图。

1、第一半环；2、第二半环；3、前槽孔；4、后槽孔；5、前缘面；6、上缘面；7、尾缘面。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

实施例一，一种无背腔缝式压气机处理机匣，如图1、2、3所示，包括处理环和设于处理环内的气室，处理环包括同轴设置的第一半环1和第二半环2，第一半环1和第二半环2的接触面均为光滑壁无缝设计，第一半环1和第二半环2沿各自内周面方向均设置有处理缝，分别为设于第一半环1上的前槽孔3、设于第二半环2上的后槽孔4，前槽孔3与后槽孔4相互连通。

前槽孔3与后槽孔4的子午投影相同，均包括依次设置的前缘面5、上缘面6和尾缘面7，上缘面6为向上凸起、向下开口的二次曲线，前缘面5的径向夹角为α，尾缘面7的径向夹角为β，并且上缘面6靠近尾缘面7一端的深度大于靠近前缘面5一端的深度。该设计使得上缘面6的深度大于现有技术中处理缝的深度。

气流从前缘面5一侧流向尾缘面7一侧，转子动作时，气流在处理缝内会产生压差，从而将转子中下流的低能堵塞团吸入至处理缝内，进入到处理缝的低能堵塞团沿着尾缘面7进入至上缘面6靠近尾缘面7的一端，而后沿着上缘面6的路径方向向前缘面5的一侧回流，并沿着前缘面5重新注入至主流通道内，以提高压气机性能。前槽孔3与后槽孔4均稳定回流，有效提高压气机性能，由于上缘面6的深度较大，气体回流量大幅增加，并且上缘面6的二次曲线设计使得低能堵塞团的流动顺畅，因此即保留了背腔的优点，又避免了较大的重量，具有较强的工程适用性。

优选地，前槽孔3与轴向夹角为γ1，后槽孔4的轴向夹角为γ2，γ2轴向夹角的设计影响气流注入驱动压差的强弱，即影响流入的气体量，对扩稳效果影响显著。其中γ1的角度不做约束，γ2的角度为叶片尖部安装角±20°，以增加驱动压差、保证气体流入量和良好的扩稳效果。

优选地，处理缝径向最大厚度为6-12mm，处理缝的径向厚度太大会导致机匣厚度相应增加带来重量的增加、厚度太薄时处理机匣倒流作用降低，对于扩稳效果有限，处理缝的最大厚度设计使得在尽量小的厚度前提下尽量保证扩稳效果。

优选地，处理缝最大径向厚度为H1，处理缝前缘面5的径向最大宽度为H2，H2/H1的比值影响气流在处理缝内的流动形态和流动损失，为了获得良好的流动形态，减少流动损失，本申请优选为H2/H1＝0.3-0.7。

优选地，前缘面5的径向倾角对处理机匣内气体在上游流入主流的轴向分量产生影响，同时影响气流注入主流区的深度，进而影响最终扩稳效果，优选地，α＝65-95°。尾缘面7的径向倾角影响气流流入处理机匣的顺畅性，影响流入的气体量和流动损失，最终表现在对于压气机效率的影响，同时影响扩稳效果，优选地，β＝70-110°。

优选地，处理缝的轴线宽度为Δ，前缘面5外端至转子尖部轴向距离为Δ1，Δ2为尾缘面7的外端至转子尖部轴向距离，Δ3为处理缝最大径向宽度位置至转子尖部轴线距离。Δ1/Δ影响：1、处理机匣与转子的轴向搭接量，对流入处理机匣内的流量产生影响；2、影响处理机匣气体在上游流入主流区时的轴向位置，从流动上将处理机匣气体在上游流入时存在较多的径向分量，需要一定的轴向距离发展扩稳所需的轴向和周向速度，另一方面，Δ1/Δ的增加迫使转子与上游叶片的轴向距离增加，不利用结构的稳定性，因此Δ1/Δ优选为0.3-0.6。

Δ3/Δ影响气流在缝内的流动形态和流动损失，其优选为0.5-0.9。

优选地，第一半环1上相邻前槽孔3之间形成肋板，第二半环2上相邻后槽孔4之间形成肋板，前槽孔3宽度为M1，后槽孔4宽度为M2，第一半环1的肋板厚度为N1，第二半环2的肋板厚度为N2。肋板与前槽孔3、后槽孔4的比值影响进气量与进气性能，为了获得良好的进气量与进气性能，优选地，M1/N1＝M2/N2＝0.8-1.5。

优选地，处理缝与处理环的径向夹角为λ，其一方面影响气体流入处理机匣的顺畅性，一方面影响处理机匣气体在上游流入主流时的轴向速度分量，对于降低转子尖部攻角有一定影响。为了获得良好的气体流入处理缝内的顺畅性，获得较多的轴向速度分量，λ优选为35-55°。

实施例二，作为一种具体实施方式，还包括一种压气机，该压气机内设有如实施例一所述的压气机处理机匣，在保证压气机具有良好工作性能的同时，减少了外廓尺寸与重量，具有较强的工程适用性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种无背腔缝式压气机处理机匣，包括处理环和设于处理环内的气室，其特征在于：所述处理环内沿其周向方向均匀间隔设置有处理缝，所述处理缝的子午投影包括依次设置的前缘面(5)、上缘面(6)、尾缘面(7)，所述上缘面(6)为二次曲线，所述上缘面(6)靠近尾缘面(7)一端的深度大于靠近前缘面(5)一端的深度；

所述处理环包括第一半环(1)和第二半环(2)，所述处理缝包括连通设置的设于第一半环(1)上的前槽孔(3)和设于第二半环(2)上的后槽孔(4)，所述前槽孔(3)与轴向夹角γ1，所述后槽孔(4)与轴向夹角为γ2；

所述处理缝最大径向宽度为H1，所述处理缝的前缘面(5)的径向最大宽度为H2，所述H2/H1=0.3-0.7；

所述前缘面(5)的径向倾角为65-95°，所述尾 缘面的径向倾角为70-110°；

所述处理缝的轴线宽度为Δ，所述前缘面(5)外端至转子尖部轴向距离为Δ1，所述处理缝最大径向宽度位置至转子尖部轴线距离为Δ3，所述Δ1/Δ=0.3-0.6，所述Δ3/Δ=0.5-0.9。

2.如权利要求1所述的无背腔缝式压气机处理机匣，其特征在于：所述处理缝径向最大厚度为6-12mm。

3.如权利要求1所述的无背腔缝式压气机处理机匣，其特征在于：所述前槽孔(3)宽度为M1，所述后槽孔(4)宽度为M2，所述第一半环(1)的肋板厚度为N1，所述第二半环(2)的肋板厚度为N2，所述M1/N1=M2/N2=0.8-1.5。

4.如权利要求1所述的无背腔缝式压气机处理机匣，其特征在于：所述γ2=叶片尖部安装角±20°。

5.如权利要求1所述的无背腔缝式压气机处理机匣，其特征在于：所述处理缝与处理环径向夹角λ=35-55°。

6.一种压气机，其特征在于：包括如权利要求1-5任一所述的压气机处理机匣。

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