[發明專利]預旋葉片式機匣處理方法

無效

• 申請號: 200710024378.5
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101105187A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 梁德旺;黃國平;陳杰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/44
• 分類號: F04D29/44
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司
• 代理人: 沈根水

技術領域

本發明涉及的是控制離心/斜流壓氣機流場、抑制其不穩定工作狀態喘振的預旋葉片式機匣處理方法，屬于離心式或斜流式壓氣機技術領域，

背景技術

廣泛應用于中、小以及微型渦輪發動機的離心/斜流壓氣機出口與進口總壓之比在向著越來越高的方向(大于5)發展，與此相對應，葉輪切線速度的發展趨勢是：進口葉尖切線速度提高到350～400m/s，出口切線速度提高到550～650m/s。但是，已有的研究表明離心壓氣機在高轉速下不穩定工作狀態喘振會較早出現，從而造成其穩定工作范圍顯著減小。相對于常規尺寸的離心壓氣機，微型壓氣機效率較低，為達到同樣高的出口與進口壓力之比需要更高的切線速度，這會加重高速穩定工作范圍小的問題；另外，微型壓氣機因為雷諾數顯著減小(比常規發動機小1個數量級以上)，附面層更容易發生分離，使得高速穩定工作范圍小的問題更加嚴重。因此，為了發展更高性能的微型渦輪發動機，必須研究擴展微型壓氣機高轉速穩定工作范圍的技術。

因為讓微型壓氣機運轉到更高轉速的目的就是獲得更高的壓比，以使微型渦輪發動機能得到更大的推力和更高的推力與發動機重量之比。所以，微型壓氣機在高轉速下擴展穩定工作范圍應保持較高的壓比才有意義，也就是說擴穩應該努力擴展喘振邊界而非堵塞邊界。

新一代微型壓氣機為實現壓比超過5，高轉速下轉子葉輪的進口葉尖切線速度將達350～400m/s，此時其葉輪進口葉尖區(甚至更大區域)的相對流動必然是超音速，且相對Ma數會超過1.4，葉輪通道內會產生較強的激波。在這種情況下，如不采取措施，轉子葉輪中可能發生以下兩種流動結構從而引發喘振：(1)在轉速非常高，激波前Ma數大于1.4時，激波與葉背側附面層發生強烈干擾(見圖1)，引起干擾區氣流分離，將會導致喘振。(2)在轉速不是非常高，激波前Ma數不是很大的情況下，一般葉輪進口段沒有氣流大分離，不發生喘振。在流道下游反壓增加時，激波會向前移動形成脫體激波(見圖2)，波后氣流發生向葉背側相鄰通道的溢流，進氣方向與葉片之間的夾角(攻角)增大。這就容易使壓氣機葉片前緣發生葉背側分離，從而引發喘振。

發明內容

本發明目的旨在克服現有技術所存在的上述缺陷，提出一種預旋葉片機匣的處理方法，它們可有效控制離心/斜流壓氣機流場、抑制其不穩定工作狀態的喘振。

本發明的技術解決方案：該方法是在葉輪通道中易發生激波誘發附面層分離的位置進行預旋葉片處理機匣引氣以控制該分離；并將所引走的氣流通過葉片式處理機匣引導至葉輪進口前形成徑向和周向速度為0.05-0.3倍葉輪主流速度的氣流噴出，在進口形成與葉輪旋轉方向相同的預旋流。

本發明的優點：改善激波與葉背側附面層發生強烈干擾所引起的干擾區氣流分離，有效控制離心/斜流壓氣機流場、抑制其不穩定工作狀態的喘振，并可擴大這類壓氣機在高轉速(高線速度)下穩定工作范圍，使壓氣機能滿足穩定工作要求下達到更高的壓比，從而為使用壓氣機的系統提供更高的性能。同時，排氣口排出氣流使葉輪主流形成與葉輪旋轉方向相同的預旋流，從而抑制葉輪葉片前緣脫體激波引發喘振。從預旋葉片處理機匣中通過的次流流量隨著葉輪轉速等工作狀態的改變自動進行調節：高速下需要該裝置控制效果強時流量增大自動滿足需求，低速時次流流量自動降低。本發明同時從兩個方面抑制了高速微型離心/斜流壓氣機的喘振，對擴大高速高壓比微型離心/斜流壓氣機喘振邊界有著很好的效果，同時，本發明在壓氣機寬廣的工作范圍內都能夠發揮很好的效果?？傊景l明可以增加高速高壓比的微型離心/斜流壓氣機的穩定工作范圍，使其更具有現實應用意義。

附圖說明

附圖1是未采用任何措施時激波/附面層干擾引發分離。

附圖2是未采用任何措施時脫體激波引起的前緣分離。

附圖3是預旋葉片處理機匣通道內流動。

附圖4是吸氣帶作用下激波/附面層干擾引發分離。

附圖5是排氣口作用下脫體激波引起的前緣分離。

附圖6是預旋葉片處理機匣子午面示意圖。

具體實施方式

預旋葉片式機匣處理方法是在在葉輪通道中易發生激波誘發附面層分離的位置進行預旋葉片處理機匣引氣以控制該分離；并將所引走的氣流通過葉片式處理機匣引導至葉輪進口前形成徑向和周向速度為0.05～0.3倍葉輪主流速度的氣流噴出，在進口形成與葉輪旋轉方向相同的預旋流；