低掺混损失的轴向缝机匣实现方法
【专利摘要】一种低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，首先在叶尖临界流动区域范围内确定处理缝在轴向上的处理范围及其轴向长度，在确定出处理缝的前端圆半径与后端圆半径之后，构造该两圆的内、外公切圆弧，得到的四段圆弧组成的完整轴向处理缝，本发明考虑了近失速点的叶尖流场结构以及叶尖基元几何特征，提高了处理缝的前端射流速度，减少了掺混损失，增强了对叶尖流动堵塞的抽吸效果，处理缝由四段圆弧组成，减少了流体在处理缝内产生的摩擦损失。
【专利说明】
低惨混损失的轴向缝机应实现方法
技术领域
[0001] 本发明设及的是一种叶轮机械领域的技术，具体是一种低渗混损失的轴向缝机厘 实现方法。
【背景技术】
[0002] 航空发动机中的压气机负荷越高，对其稳定工作范围的要求也越加苛刻。在压气 机设计中提高稳定裕度的方法包括主动控制和被动控制两大类。相比主动控制，被动控制 技术结构简单、易于实现。在诸多被动控制技术中，机厘处理技术易于在结构上实现、制造 成本低、改型方便，被广泛运用。如图1、2所示，轴向缝类机厘处理是一种扩稳效果显著的机 厘处理结构，包括轴向缝W及轴向斜缝，其能够获得较大的稳定裕度提升量。但是，现有的 轴向缝类机厘处理会在拓展稳定裕度的同时带来显著的峰值效率损失。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术针对处理缝未考虑渗混损失机理，处理缝开口前后端的宽度 相同，且内部面没有光滑连接等等不足，提出一种低渗混损失的轴向缝机厘实现方法。
[0004] 本发明是通过W下技术方案实现的：
[0005] 本发明首先在叶尖临界流动区域范围内确定处理缝在轴向上的处理范围及其轴 向长度，在确定出处理缝的前端圆半径与后端圆半径之后，构造该两圆的内、外公切圆弧， 得到的四段圆弧组成的完整轴向处理缝。
[0006] 所述的前端圆半径η取值范围为：
，后端圆半 径η的取值范围为
，其中：Di为处理缝前端 起始位置处的机厘直径，为处理缝后端终止位置处的机厘直径，N为处理缝数目，L为处理 缝轴向长度。
[0007] 所述的外公切圆弧的半名
句公切圆弧的半径
其中：l=L-;ri-r2，0为外公切圆弧与前端圆的公切线和轴向方向 的夹角。
[0008] 所述的内公切圆弧和外公切圆弧的弯曲方向均与叶片的弯曲方向相反。
[0009] 所述的处理缝前端起始位置位于叶尖前缘上游(0.2~0.5)bax范围内，处理缝后端 终止位置位于叶尖前缘下游(0.2~0.5)bax范围内，其中：bax为转子叶尖基元叶型的轴向弦 长。
[0010]所述的轴向缝轴向长度L的范围为0.4bax《L《bax。
[001。 所述的处理缝数刖为转子叶片数的3~5倍。
[0012] 所述的处理缝的前端面与机厘壁面的夹角丫为40°~60°，后端面与前端面平行。
[0013] 所述的处理缝径向倾斜角α为30°~60°。
[0014] 所述的处理缝的径向槽深Η为0.2-0.化ax。 技术效果
[0015] 与现有技术相比，本发明考虑了近失速点的叶尖流场结构W及叶尖基元几何特 征，提高了处理缝的前端射流速度，减少了渗混损失，增强了对叶尖流动堵塞的抽吸效果， 处理缝由四段圆弧组成，减少了流体在处理缝内产生的摩擦损失。
【附图说明】
[0016] 图1为现有轴向缝机厘结构示意图；
[0017] 图2为现有轴向斜缝机厘处理结构示意图；
[0018] 图3为处理缝在压气机转子上的水平投影示意图；
[0019] 图4为子午面示意图；
[0020] 图5为垂直投影面示意图；
[0021 ]图6为压气机效率特性线示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在W本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0023] 本实施例中压气机转子的部分设计参数如表1所示。
[0024] 表1转子的部分设计参数
[0025] 首先在叶尖临界流动区域范围内确定处理缝在轴向上的处理范围及其轴向长度， 在确定出处理缝的前端圆半径与后端圆半径之后，构造该两圆的内、外公切圆弧，得到的四 段圆弧组成完整的轴向处理缝。实现低渗混损失的轴向缝机厘的步骤包括：
[0026] 1)对转子叶片进行建模，对其内部流场进行数值模拟，得到其近失速点的叶尖流 场结构及流动特征，确定叶尖临界流动区域范围。
[0027] 2)如图3所示，确定处理缝在轴向方向上的范围，该范围为叶尖前缘上游0.加 ax至 叶尖前缘下游0.化ax，则处理缝的轴向长度L = bax = 42mm。所述的处理缝前端起始位置位于 叶尖前缘上游(0.2~0.5)bax范围内，处理缝后端终止位置位于叶尖前缘下游(0.2~0.5) bax范围内，其中：bax为转子叶尖基元叶型的轴向弦长。该轴向缝轴向长度L的范围为0.4bax 《L《bax。
[0028] 3)确定处理缝前端起始位置处的机厘直径化w及处理缝后端终止位置处的机厘 直径〇2均为380mm。
[0029] 4)确定处理缝数目，该处理缝数目N为转子叶片数的3~5倍，N取为转子叶片数的4 倍即N=64。
[0030] 5)通过公式：
确定处理缝前端圆〇1的半径η的 取值范围，即2.8mm《;ri<6.5mm，取;ri = 3mm，0i圆屯、位置位于处理缝轴向起始位置下游3mm 处。
[0031] 6)通过公式
确定处理缝的后端圆 化的半径Γ2的取值范围，即3mm<r2<6.5mm，取r2 = 6mm，化圆屯、位置位于处理缝轴向终止位 置上游6mm处。
[0032] 7)所述的前端圆和后端圆的圆弧都内切于外公切圆弧A。外公切圆弧A和圆化的公 切线与轴向方向的夹角θ=β = 30°。
[0033] 8)所述的前端圆〇1半径1'1 = 3111111，〇2半径^ = 6111111，两圆圆屯、距1 = 1-1'广^ = 331]1111，白 = 30°，根据公式确定外公切圆弧A的半径rA，即
[0034] 9)所述的前端圆和后端圆的圆弧都内切于内公切圆弧B。圆弧B和圆化的公切线与 轴向方向的夹角θ=β = 30°。
[003引 10)所述的前端圆01半径1'1 = 3111111，02半径^ = 61]1111，两圆圆屯、距1 =心1'广^ = 33111111，白 = 30°，内公切圆弧Β的半径
巧述的内公切圆弧和外公 切圆弧的弯曲方向均与叶片的弯曲方向相反。
[0036] 11)如图4所示，所述的，处理缝的前端面与机厘壁面的夹角丫为40°~60°，取丫 = 45°。如图5所示，所述的处理缝径向倾斜角α为30°~60°，取α = 45°。
[0037] 12)确定处理缝的径向槽深Η，其范围为0.2-0.化ax，运里取0.24bax=10mm。
[0038] 与现有技术相比，本发明提高了处理缝的前端射流速度，减少了渗混损失，增强了 对叶尖流动堵塞的抽吸效果，处理缝由四段圆弧组成，减少了流体在处理缝内产生的摩擦 损失。对原型光壁压气机、普通轴向缝机厘处理及新型低损失轴向缝机厘处理计算得到的 压气机效率特性线如图6所示。图中可W看到，普通轴向缝机厘处理与低损失轴向缝均能有 效提高压气机稳定裕度，但低损失轴向缝使最高效率点的效率损失降低了超过0.5%。
【主权项】
1. 一种低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，其特征在于，首先在叶尖临界流动区域范 围内确定处理缝在轴向上的处理范围及其轴向长度，确定出处理缝的前端圆半径与后端圆 半径之后，构造该两圆的内、外公切圆弧，得到的四段圆弧组成的完整轴向处理缝； 所述的前端圆半径ri取值范围为，后端圆半径Γ2 的取值范围为，其中：Di为处理缝前端起始 位置处的机匣直径，D2为处理缝后端终止位置处的机匣直径，N为处理缝数目，L为处理缝轴 向长度； 所述的外公切圆弧的半径，内公切圆弧的半径，其中：1=L-ri- r2，0为外公切圆弧与前端圆的公切线和轴向方向 的夹角。2. 根据权利要求1所述的低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，其特征是，所述的处理缝 前端起始位置位于叶尖前缘上游(〇.2~0.5)b ax范围内，处理缝后端终止位置位于叶尖前缘 下游(0.2~0.5)bax范围内，其中：b ax为转子叶尖基元叶型的轴向弦长。3. 根据权利要求2所述的低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，其特征是，所述的轴向缝 轴向长度L的范围为0.4bax<L<b ax。4. 根据权利要求3所述的低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，其特征是，所述的处理缝 的径向槽深Η为0.2-0.5bax。5. 根据权利要求1所述的低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，其特征是，所述的处理缝 数目N为转子叶片数的3~5倍。6. 根据权利要求1所述的低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，其特征是，所述的内公切 圆弧和外公切圆弧的弯曲方向均与叶片的弯曲方向相反。7. 根据权利要求1所述的低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，其特征是，所述的处理缝 的前端面与机匣壁面的夹角γ为40°~60°，后端面与前端面平行。8. 根据权利要求1所述的低掺混损失的轴向缝机匣实现方法，其特征是，所述的处理缝 径向倾斜角α为30°~60°。
【文档编号】F04D29/52GK105927589SQ201610288382
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】朱铭敏, 郑覃, 王立, 卢少鹏, 羌晓青, 滕金芳
【申请人】上海交通大学