CN204284005U - 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构 - Google Patents

一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构 Download PDF

Info

Publication number
CN204284005U
CN204284005U CN201420686086.3U CN201420686086U CN204284005U CN 204284005 U CN204284005 U CN 204284005U CN 201420686086 U CN201420686086 U CN 201420686086U CN 204284005 U CN204284005 U CN 204284005U
Authority
CN
China
Prior art keywords
peripheral groove
gas compressor
seam
discrete
treated casing
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201420686086.3U
Other languages
English (en)
Inventor
赵庆军
项效镕
崔伟伟
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 CN201420686086.3U priority Critical patent/CN204284005U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN204284005U publication Critical patent/CN204284005U/zh
Expired - Fee Related 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
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • 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
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/685—Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface

Landscapes

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

Abstract

本实用新型公开了一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，属于叶轮机械领域。该结构在压气机叶顶机匣开设周向槽，在周向槽底部开设离散缝，通过离散缝将各个周向槽相连通。该机匣处理结构能够能有效地利用叶片通道内的压差，不仅能通过周向槽将压力面附近的流体输运至吸力面附近，还能通过周向槽底部的缝将叶片通道下游的流体输运至上游。这有利于促进机匣处理结构内流体和主流之间的质量和动量交换，能够有效地减小叶顶泄漏涡造成的低速区，推迟叶顶前缘附近泄漏流溢流的发生，从而可以提高压气机的稳定工作范围。

Description

一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构
技术领域
本实用新型涉及一种带离散缝式周向槽机匣处理结构，属于叶轮机械领域，适用于航空、能源和化工等行业。可用于提高压气机的稳定工作范围，特别是针对高负荷跨音压气机。
背景技术
压气机作为燃气轮机的核心部件之一，广泛的应用于航空发动机、船舶发动机和能源工业等领域。气体在流经压气机的过程中，旋转的叶轮对气流做功，因此气体的压力得以升高。在一定的转速条件下，当流经压气机的气体流量降低到一定程度时，会发生旋转失速等流动不稳定现象，影响压气机的稳定工作范围。压气机进入不稳定工况时，性能会明显恶化，严重时会发生强烈的振动，对机件造成严重的损坏。
为了提高压气机的稳定工作范围，推迟失速的发生，研究人员提出了多种压气机失稳控制方法，包括叶顶喷气、中间级放气、采用掠叶片和机匣处理等。其中机匣处理是一种被广泛采用的流动控制方法。作为一种被动流动控制方法，机匣处理方法不需要其他的复杂控制系统，具有可靠性高、结构上容易实现和扩稳效果好等优点，已经在许多相关领域得到了实际的应用。
目前常见的机匣处理结构包括周向槽机匣处理、轴向缝机匣处理和自适应流通机匣处理等。大量的研究表明，压气机叶顶区域流动和失速的发生具有密切的关系。对于跨音压气机，叶顶区域存在泄漏涡、激波和边界层等复杂流动结构及其相互作用，会造成叶顶区域的流动损失和堵塞，是引起压气机失速的重要原因。机匣处理通过改变压气机机匣的几何结构，可以对叶顶 泄漏涡和边界层分离起到抑制作用，缓解叶顶区域的堵塞，从而能够提高压气机的稳定工作范围。
采用怎样的机匣处理结构能够有效地推迟压气机失速的发生，是研究人员致力于解决的关键问题之一。
实用新型内容
为克服现有技术的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，对叶顶区域的流体进行大范围的周向和轴向的输运，以有效地推迟压气机失速的发生，提高压气机的稳定工作范围。
本实用新型为解决其技术问题所采用的技术解决方案为：一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，所述压气机包括压气机动叶和压气机处理机匣，其特征在于：在所述压气机动叶顶部对应的压气机处理机匣壁面开设有若干平行设置的互不连通的周向槽；在所述周向槽的底部开设若干离散缝，各所述离散缝之间具有一定的间隙并沿周向均匀分布在所述压气机处理机匣壁面上，所述离散缝将各所述周向槽相连通。
优选地，各所述周向槽位于压气机动叶叶顶轴向弦长范围内，各所述周向槽所在轴向范围为0.5～1倍压气机动叶叶顶轴向弦长。
优选地，所述的周向槽的数目为2-10个。
优选地，各所述离散缝轴向长度为1～1.5倍的周向槽所在范围的轴向长度，且各所述离散缝和所述压气机轴向/径向的夹角均为0-89度。
优选地，所述的位于周向槽底部的缝的截面形状为矩形、半圆形、椭圆形或三角形。
本实用新型的压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，通过压气机处理机匣和叶片通道之间的流体进行大范围的周向和轴向的输运，通过叶顶区域的流体质量和动量交换来改善叶顶流场，大大提高了压气机失速裕度，起到 提高压气机稳定工作范围的作用。
本实用新型所提出的用于压气机扩稳的带离散缝式周向槽机匣处理结构和现有方法相比，具有的优势为：
该机匣处理结构不仅能通过周向槽对进入机匣处理结构内的流体进行输运，还能通过与周向槽相连接的离散缝对机匣处理结构内的流体进行输运。该机匣处理结构能够将压力面附近和叶片通道下游的流体输运至吸力面附近和叶片通道上游。该机匣处理结构能够有效地利用叶片通道内的压差，促进机匣处理和主流之间的流体交换，因此能够有效地提高压气机的稳定工作范围。此外，带背腔开孔式机匣处理结构紧凑，能够满足实际工程应用中对压气机机匣几何尺寸的具体要求。
附图说明
图1a、图1b、图1c分别是带离散缝式周向槽机匣处理结构的正视图、俯视图、横截面示意图。
图2a、图2b分别给出了采用光壁机匣和带离散缝式周向槽机匣处理的压气机的特性曲线。
图3a和图3b是光壁机匣近失速点和采用带离散缝式周向槽机匣处理后相同流量工况98％叶高的相对马赫数分布。
图4a和图4b是光壁机匣近失速点和采用带离散缝式周向槽机匣处理后相同流量工况98％叶高的熵分布。
图5给出了98％叶高静压分布及带离散缝式周向槽机匣处理对叶顶流体的输运情况。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
本实用新型所针对的压气机装置由压气机动叶1，压气机机匣2，周向槽3和离散缝4组成，如图1a～1c所示。旋转的动叶对流经压气机的气流加功，提高气流的压力。在特定转速条件下，当流经压气机的气体流量降低到一定程度时，压气机会出现失稳现象。带离散缝式周向槽机匣处理通过对压气机叶顶流场进行控制来提高压气机的稳定工作范围。
带离散缝式周向槽机匣处理结构由周向槽3和位于周向槽底部的离散缝4组成。周向槽的数目为2-10个。周向槽分布于叶片顶部区域，位于周向槽底部的离散缝和周向槽相连接，离散缝为各周向槽提供了流体交换的通道。周向槽位于叶顶轴向弦长范围内，周向槽所在轴向范围为0.5-1倍叶顶轴向弦长。周向槽的轴向宽度、径向深度、周向槽之间的间隙宽度可以各不相同。在单个叶片通道对应的周向范围内，周向槽底部的缝的数目为1-10个。周向槽底部的缝的截面形状可以是矩形、半圆形、椭圆形和三角形。周向槽底部的缝的轴向长度为1-1.5倍的周向槽所在范围的轴向长度。周向槽底部的缝和轴向的夹角为0-89度。周向槽底部的缝和径向的夹角为0-89度。周向槽底部的缝的轴向长度、径向深度、缝的周向间距、缝和轴向和径向的夹角可以各不相同。
周向槽和离散缝的几何尺寸可以根据具体的应用条件进行选取和优化，以取得较好的扩稳效果，同时尽量减小压气机的效率和压比损失。针对本实用新型所提出的带离散缝式周向槽机匣处理结构，以特定的压气机为对象，通过数值模拟进行了验证。所选取的压气机为跨音压气机，该压气机的主要设计参数如下表1所示。所采用的带离散缝式周向槽机匣处理结构具体几何参数如下。周向槽布置在11.5％到88.5％轴向弦长范围内，周向槽的个数为4。周向槽的轴向宽度等于周向槽之间的间隙的轴向宽度，并且等于周向槽的径向深度。周向槽底部的缝的轴向长度等于周向槽所在范围的轴向长度。周向 槽底部的缝的径向深度等于两倍的周向槽的径向深度。在单个叶片通道对应的周向范围内，周向槽底部的缝的数目为4个。周向槽底部的缝的截面形状是矩形。周向槽底部的缝和轴向的夹角为0度。周向槽底部的缝和径向的夹角为0度。
表1 跨音压气机主要设计参数
设计转速(rpm) 16042.8
叶片数 22
设计流量(kg/s) 33.25
绝热效率 0.896
总压比 1.629
叶尖相对马赫数 1.379
叶顶间隙(mm) 1.016
叶尖切向速度(m/s) 429
图2a和2b分别给出了采用光壁机匣和带离散缝式周向槽机匣处理的压气机的特性曲线。带离散缝式周向槽机匣处理使压气机的失速裕度由12.3％提高到26.6％。同时，带离散缝式周向槽机匣处理也造成了一定的效率和压比损失。其中，光壁机匣近失速工况和采用带离散缝式周向槽机匣处理后相同流量工况相比，压气机的效率和压比基本上没有发生变化。
在叶顶压力面和吸力面之间压差的驱动下，流体通过叶顶间隙形成泄漏流，泄漏流与主流相互作用会导致泄漏涡的形成。图3a和3b对比了光壁机匣近失速点和采用带离散缝式周向槽机匣处理后相同流量工况下叶顶区域的相对马赫数分布。图4a和4b给出了光壁机匣近失速点和采用带离散缝式周向槽机匣处理后相同流量工况下叶顶区域的熵分布。如图3a所示，在光壁机匣条件下压气机的近失速工况，泄漏涡经过激波后在叶顶压力面附近引起了大面积低速区，对叶顶区域流动造成了较强的堵塞效应。图4a和4b中高熵区域和低熵区域的交界面可以看成是泄漏流和主流的交界面。如图4a所示，在光壁机匣条件下压气机的近失速工况，泄漏流和主流的交界面位于叶顶前缘上游位置，泄漏流能够从叶顶前缘溢出进相邻叶片通道，从而引起了压气机的失 速。如图3b和图4b所示，采用本实用新型所提出的机匣处理结构能够有效地减小叶顶泄漏涡所造成的低速区，使泄漏流和主流的交界面向叶片通道下游移动，推迟泄漏流从叶顶前缘溢出进相邻叶片通道，从而起到提高压气机稳定工作范围的作用。
机匣处理和叶片通道之间的质量和动量交换是改善叶顶区域流动，提高压气机失速裕度的重要原因。如图5中98％叶高静压分布以及周向槽和周向槽底部缝内的流动所示。一方面，在叶顶压力面和吸力面之间压差的驱动下，叶顶压力面附近的高压流体能够进入周向槽，周向槽对进入槽内的流体进行输运，并将其从叶顶吸力面附近的低压区域重新射入主流。另一方面，在叶片通道的下游高压区域，进入周向槽内的流体能够进入周向槽底部的缝内。周向槽底部的缝将流体向上游输运，流体从缝内流出后再经过周向槽从叶片通道上游的低压区域重新射入主流。流入与流出周向槽和主流交界面的流体和泄漏流相互作用，能够对泄漏涡起到抑制作用，从而缓解了泄漏涡引起的堵塞，并使泄漏流和主流的交界面向叶片通道下游移动，推迟叶顶前缘附近泄漏流溢出的发生。随着压气机流量的减小、载荷的提高，周向槽和离散缝对流体的输运能力增强，可以有效地提高压气机的稳定工作范围。
带离散缝式周向槽机匣处理能够有效地利用叶顶压力面和吸力面之间以及叶片通道上游和下游之间的压差，并且为机匣处理内的流体提供了沿轴向和周向的输运通道。对于周向槽底部不带离散缝的机匣处理结构，由于单个周向槽所在轴向范围有限，并且各周向槽互不连通，周向槽不能对流体进行大范围的轴向输运。与周向槽底部不带离散缝的机匣处理相比，带离散缝式周向槽机匣处理不仅能通过周向槽对流体进行输运，还能通过周向槽底部的缝将下游的流体输运至上游。这促进了机匣处理内流体和通道主流之间的质量和动量交换，从而有利于抑制叶顶区域低能流体的产生，推迟泄漏流从 叶片前缘溢出进相邻叶片通道，提高机匣处理的扩稳效果。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。

Claims (5)

1.一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，所述压气机包括压气机动叶和压气机处理机匣，其特征在于：在所述压气机动叶顶部对应的压气机处理机匣壁面开设有若干平行设置的互不连通的周向槽；在所述周向槽的底部开设若干离散缝，各所述离散缝之间具有一定的间隙并沿周向均匀分布在所述压气机处理机匣壁面上，所述离散缝将各所述周向槽相连通。
2.根据权利要求1所述的压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，其特征在于：各所述周向槽位于压气机动叶叶顶轴向弦长范围内，各所述周向槽所在轴向范围为0.5～1倍压气机动叶叶顶轴向弦长。
3.根据权利要求1或2所述的压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，其特征在于：所述的周向槽的数目为2-10个。
4.根据权利要求1所述的压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，其特征在于：各所述离散缝轴向长度为1～1.5倍的周向槽所在范围的轴向长度，且各所述离散缝和所述压气机轴向、径向的夹角均为0-89度。
5.根据权利要求1所述的压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构，其特征在于：所述的位于周向槽底部的缝的截面形状为矩形、半圆形、椭圆形或三角形。
CN201420686086.3U 2014-11-15 2014-11-15 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构 Expired - Fee Related CN204284005U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201420686086.3U CN204284005U (zh) 2014-11-15 2014-11-15 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201420686086.3U CN204284005U (zh) 2014-11-15 2014-11-15 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN204284005U true CN204284005U (zh) 2015-04-22

Family

ID=52867170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201420686086.3U Expired - Fee Related CN204284005U (zh) 2014-11-15 2014-11-15 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN204284005U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183403A (zh) * 2022-02-14 2022-03-15 成都中科翼能科技有限公司 一种斜孔式处理机匣及压气机
CN114542512A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 中国航发沈阳发动机研究所 一种处理机匣结构及具有其的压气机

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183403A (zh) * 2022-02-14 2022-03-15 成都中科翼能科技有限公司 一种斜孔式处理机匣及压气机
CN114183403B (zh) * 2022-02-14 2022-05-06 成都中科翼能科技有限公司 一种斜孔式处理机匣及压气机
CN114542512A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 中国航发沈阳发动机研究所 一种处理机匣结构及具有其的压气机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104373388A (zh) 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法
CN107202036B (zh) 一种同时改善静子角区流动的自循环处理机匣
CN104220758B (zh) 包括具有优化的上游形状的腔体的压缩机壳体
CN102852668A (zh) 一种轴流风扇/压气机自引气喷气机构
CN104791025B (zh) 一种用于降低低压涡轮叶片分离损失的控制结构及方法
CN205225343U (zh) 一种基于复合被动控制思想的改进型叶尖结构
CN101576091A (zh) 1/2型串列叶片式跨音速离心叶轮
CN103807201A (zh) 一种控制压气机静子角区分离的组合抽吸布局方法
CN104454656A (zh) 一种带背腔开孔式周向槽机匣处理流动控制方法
CN102889237B (zh) 一种应用带尖角前缘的大小叶片叶轮及压气机
CN204921480U (zh) 离心压缩机模型级
CN204284005U (zh) 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构
CN104392018A (zh) 基于叶尖流场及几何定制的圆弧斜缝机匣的实现方法
CN101749278A (zh) 基于变开槽宽度的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN103016425B (zh) 一种三级多喷管中心引射器
CN105275499A (zh) 一种具有离心增压和封严效果的双辐板涡轮盘盘心进气结构
CN105240322A (zh) 一种控制压气机静子角区分离的叶根开设s形槽道方法
CN101749279A (zh) 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN202833325U (zh) 径向扩压器及带径向扩压器的离心压气机
CN105156361A (zh) 叶根开设等宽圆弧槽的压气机静子叶栅
CN113090580A (zh) 一种具有s型前缘的离心叶轮叶片及其造型方法
CN111102012B (zh) 采用自适应康达喷气的叶片及制作方法
CN105298923A (zh) 压气机前缝后槽式机匣处理扩稳装置
CN204493271U (zh) 一种离心风机叶轮
CN116717499A (zh) 一种基于被动射流的水翼叶顶泄漏流消涡装置

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150422

Termination date: 20201115

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee