压气机前缝后槽式机匣处理扩稳装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体机械压气机技术领域，尤其涉及一种压气机前缝后槽式机匯处理 扩稳装置。
【背景技术】
[0002] 轴流风扇/压气机作为一种广泛应用的流体机械，如何提高其工作稳定性一直是 研究热点和难点。国际上对提高稳定性裕度的扩稳措施进行了各种探索，主要包括可调叶 片，机匯处理（周向槽和轴向缝），叶顶喷气，大小叶片等。机匯处理作为一种有效的被动扩 稳措施，出现于上世纪60年代，因其结构简单，易于安装，扩稳效果良好，得到了广泛的研 究与应用。多年来，机匯处理的扩稳机理及其设计方法一直是叶轮机匯领域的研究热点和 难点问题。
[0003] 图1为现有技术具有周向槽和轴向缝的机匯处理扩稳装置的机构和原理示意图。 下面结合图1，对两种典型的机匯处理方式一周向槽（图1中（a))和缝式机匯处理（图1 中化-d))的相关研究结果进行回顾。对缝式机匯处理而言，对轴向缝（图1中化)）、轴向 倾斜缝（图1中（C))、和叶片角向缝（图1(d))Η种型式的机匯处理研究最多。其结构特 点是缝的长度比缝的宽度大得多，开缝面积周向覆盖率约为2/3,齿厚和叶尖部基元叶片的 最大厚度相当，齿间距约为齿厚的2倍，其缝深方向与压气机径向呈一定夹角。诸多文献较 的实验结果表明，无论是针对亚音速转子还是跨音速转子，缝式处理机匯都能够获得20 % 左右的裕度改进量，但也伴随着高至10%左右的效率损失。从Moore公布的带缝式处理机 匯的转子基元性能看，采用叶片角向短缝在提高扩稳裕度和减小效率损失两个方面都表现 出了较好的潜力。在均匀来流情况下，失速裕度的增长仅次于轴向斜缝处理机匯的3%，对 压气机效率带来的负面影响在各种缝结构中最小，仅次于周向槽处理机匯。
[0004] 在此基础上，研究者们还调整了它们的结构型式，并对一些关键几何尺寸和结构 型式进行了实验对比和分析。针对轴向倾斜缝式机匯处理，西北工业大学刘志伟等实验研 究了缝沿径向倾斜程度（如图1(c)中缝的周向面与叶片径向方向的夹角Θ)的影响，实验 结果表明，合适的缝沿径向倾斜角度能改善机匯处理的扩稳效果。均匀来流下，不论径向倾 角Θ为45或60度，都能改善扩稳效果3%左右，径向崎变来流下，径向倾角为60度的缝式 处理机匯，能获得更好的扩稳效果。
[0005] 由上述实验结果看出，缝式处理机匯虽然能获得20%左右的失速裕度增量，但也 严重恶化了压气机效率。研究者们试图在送两个关键的性能指标之间寻找平衡。刘志伟等 借助亚音速压气机转子实验评定了倾斜缝式机匯处理的轴向放置位置。结果表明，当把倾 斜缝式机匯处理前伸转子轴向投影的50%时，仍能保持机匯处理位于转子正上方时的扩稳 效果，但峰值效率损失却减小了一半，即由10%下降到5%，失稳点效率亦有类似的变化。 可见，缝的轴向位置不同会明显地影响稳定裕度和效率，可W根据对稳定性裕度的要求，适 当变更轴向缝的轴向位置，使效率损失减小。但过分的前伸，W致轴向缝与转子顶部无重叠 时，则将出现负的裕度改进量。
[0006] 目前的周向槽处理机匯方案是在机匯内壁沿整个弦长方向布置一系列周向连续 槽，实现5%~15%的扩稳裕度。周向槽处理机匯的扩稳效果虽然不如缝类，但是因其对效 率的负面影响小，在跨音风扇/压气机中对效率甚至会带来正面提升作用，因而引发国内 外研究者们对周向槽的尺寸设计与布置进行了大量研究。结果表明，对周向槽扩稳效果最 重要的两个几何参数是槽深和槽位。随着槽深的增加，周向槽的扩稳效果会不断提高直至 一个稳定值，但与此同时，槽越深对效率的负面影响越大。因此，需要根据对压气机稳定性 和效率的实际需求确定槽深参数。对于周向槽的位置参数，目前具有代表性的是剑桥大学 Day等人在两台低速压气机开展的周向单槽实验研究。研究发现位于叶片弦长中部附近的 周向单槽扩稳效果最佳，而位于距离叶片前缘20%轴向弦长位置的周向单槽几乎没有任何 扩稳效果。中国科学院工程热物理研究所在低速轴流压气机上的周向单槽实验也发现位于 叶片弦长中部的周向单槽能产生最明显的扩稳效果。另外，工程热物理研究所进一步对周 向多槽进行试验研究，发现布置在叶片弦长中后部的周向多槽与全弦长布满的周向槽方案 扩稳效果几乎一致，并且带来的效率损失影响最小。送些研究结果给周向槽的几何参数设 计提供了一定的参考准则。
[0007] 综上所述，无论是周向槽还是缝式机匯处理，槽与缝的位置对压气机性能都起到 至关重要的作用。缝式机匯处理比周向槽扩稳裕度大，但也带来更大的效率损失。目前尚 未找到一种机匯处理能够综合缝式机匯处理扩稳裕度大和周向槽机匯效率损失小的双重 优点。
【发明内容】
[000引（一）要解决的技术问题
[0009] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装置，W 综合缝式机匯处理扩稳裕度大和周向槽机匯效率损失小的双重优点。
[0010] (二）技术方案
[0011] 本发明压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装置包括：机匯，呈圆筒状；动叶片，设置 于所述机匯内部，沿所述机匯中必轴可转动；其中，在动叶片上游至动叶片弦长中部区域的 机匯内壁开设有多条沿周向均匀分布、离散的缝式结构，同时，在动叶片弦长中部至动叶片 尾缘区域的机匯内壁开设有Μ条具有预设深宽比的周向槽。
[001引 （S)有益效果
[0013] 从上述技术方案可W看出，本发明压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装置具有W下 有益效果：
[0014] (1)对压气机稳定性而言，"前缝后槽式"机匯处理中的前缝相比与直接覆盖在叶 顶上方的缝，扩稳效果几乎一致；而位于叶片中后部的槽与全弦长范围布置周向槽相比，扩 稳效果也几乎一致，因此，送种"前缝后槽式"机匯处理能够综合缝与槽的扩稳潜力，W获得 最大的扩稳裕度。
[0015] (2)从效率特性来看，"前缝后槽式"机匯处理中的前缝相比直接全部覆盖在叶顶 上方的缝，带来的效率损失会减小一半；位于叶片中后部的槽对效率影响几乎为零，而沿全 弦长布置的周向槽会使效率降低，因此，送种"前缝后槽式"机匯结构能在获得较大扩稳裕 度的同时对效率的负面影响达到最小。
【附图说明】
[0016] 图1为现有技术具有周向槽和轴向缝的机匯处理扩稳装置的机构和原理示意图；
[0017] 图2A和图2B分别为根据本发明实施例压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装置局部 的立体图和剖面图；
[0018] 图3为机匯中轴向缝抑制泄漏流在叶片前缘发生溢出的原理图；
[0019] 图4为机匯中周向槽改变大逆压梯度下发生倒流的泄漏流的运行轨迹的原理图；
[0020] 图5为图2A和图2B所示压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装置中轴向缝和周向槽 几何造型与参数的示意图。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部 分都使用相同的图号。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。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等 于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的 方向用语，例如"上V吓"、"前"、"后"、"左"、"右"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的保护范围。
[0022] 本发明压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装置中，将风扇/压气机机匯加工成为动 叶前缘附近布置轴向缝，弦长中部到尾缘部分布置周向槽的形式，能够充分利用周向槽和 轴向缝的扩稳特征，达到最大程度改善失速裕度并减小效率损失的目的，使轴流风扇/压 气机能够在高压比、宽失速裕度、高效率的工况下运行。
[0023] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装 置。图2A和图2B分别为根据本发明实施例压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装置局部的立 体图和剖面图。
[0024] 如图2A和图2B所示，本实施例压气机前缝后槽式机匯处理扩稳装置包括；机匯， 呈圆筒状；动叶片，设置于机匯内部，沿所述机匯中必轴转动；其中，在动叶片上游10%~ 50%轴向弦长位置至弦长中部区域的机匯内壁开多条沿周向均匀分布、离散的轴向缝，在 动叶片弦长中部至尾缘区