一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种带离散缝式周向槽机厘处理结构，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】
[0002] 压气机作为燃气轮机的核屯、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 W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。
[0003] 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、采用掠叶片和机厘处理等。其中机厘处理是一 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，机厘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。
[0004] 目前常见的机厘处理结构包括周向槽机厘处理、轴向缝机厘处理和自适应流通机 厘处理等。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，叶顶区域存在泄漏祸、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。机厘处理通过改变压气机机厘的 几何结构，可W对叶顶泄漏祸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。
[0005] 采用怎样的机厘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】
[0006] 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 式周向槽机厘处理结构，对叶顶区域的流体进行大范围的周向和轴向的输运，W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。
[0007] 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 周向槽机厘处理结构，所述压气机包括压气机动叶和压气机处理机厘，其特征在于；在所述 压气机动叶顶部对应的压气机处理机厘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厘壁面上，所述离散缝将各所述周向槽相连通。
[000引优选地，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。
[0009] 优选地，所述的周向槽的数目为2-10个。
[0010] 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。
[0011] 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、楠圆形或=角 形。
[0012] 本实用新型的压气机带离散缝式周向槽机厘处理结构，通过压气机处理机厘和叶 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。
[0013] 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厘处理结构和现有 方法相比，具有的优势为：
[0014] 该机厘处理结构不仅能通过周向槽对进入机厘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厘处理结构内的流体进行输运。该机厘处理结构能够将 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。该机厘处理结构能 够有效地利用叶片通道内的压差，促进机厘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，带背腔开孔式机厘处理结构紧凑，能够满足实际工程应 用中对压气机机厘几何尺寸的具体要求。
【附图说明】
[0015] 图la、图化、图Ic分别是带离散缝式周向槽机厘处理结构的正视图、俯视图、横截 面示意图。
[0016] 图2a、图化分别给出了采用光壁机厘和带离散缝式周向槽机厘处理的压气机的 特性曲线。
[0017] 图3a和图3b是光壁机厘近失速点和采用带离散缝式周向槽机厘处理后相同流量 工况98 %叶高的相对马赫数分布。
[0018] 图4a和图4b是光壁机厘近失速点和采用带离散缝式周向槽机厘处理后相同流量 工况98 %叶高的滴分布。
[0019] 图5给出了 98%叶高静压分布及带离散缝式周向槽机厘处理对叶顶流体的输运 情况。
【具体实施方式】
[0020] 为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下参照附图并举实施 例，对本实用新型进一步详细说明。
[0021] 本实用新型所针对的压气机装置由压气机动叶1，压气机机厘2,周向槽3和离散 缝4组成，如图la?Ic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 离散缝式周向槽机厘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。
[0022] 带离散缝式周向槽机厘处理结构由周向槽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W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W是矩形、半圆形、楠圆形和=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W各不相同。
[0023] 周向槽和离散缝的几何尺寸可W根据具体的应用条件进行选取和优化，W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 缝式周向槽机厘处理结构，W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 机厘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。
[0024] 表1跨音压气机主要设计参数
[0025]
【主权项】
1. 一种压气机带离散缝式周向槽机厘处理结构，所述压气机包括压气机动叶和压气机 处理机厘，其特征在于：在所述压气机动叶顶部对应的压气机处理机厘壁面开设有若干平 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厘壁面上，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厘处理结构，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厘处理结构，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厘处理结构，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厘处理结构，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、楠圆形或=角形。
【专利摘要】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。
【IPC分类】F04D21-00, F04D29-54
【公开号】CN204284005
【申请号】CN201420686086
【发明人】赵庆军, 项效镕, 崔伟伟, 徐建中
【申请人】中国科学院工程热物理研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月15日