[發明專利]一種提高葉片氣動負荷的壓氣機葉柵布局

有效

• 申請號: 200910021664.5
• 申請日: 2009-03-24
• 公開（公告）號: CN101846099A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 劉前智;廖明夫;王儼剴;王四季;楊伸記
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F04D29/34
• 分類號: F04D29/34
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一、技術領域

本發明涉及軸流式葉輪機械領域，是一種提高葉片氣動負荷的壓氣機葉柵布局。

二、背景技術

提高軸流壓氣機氣動負荷是現代高推重比航空燃氣渦輪發動機對壓氣機的要求。但是，一般來說，在提高壓氣機葉片氣動負荷的同時，常常引起壓氣機的氣動穩定性降低。為此，人們已經在氣動設計和結構設計上采取了許多措施來提高壓氣機的氣動穩定性?，F有常規的軸流壓氣機葉片采用完全軸對稱的、均勻布局的設計方案，當進口氣流攻角較大時，每個葉片葉背表面的氣流附面層會同時發生分離，嚴重時導致旋轉失速甚至喘振，并最終可能造成結構損壞。在壓氣機氣動設計中，應盡可能提高壓氣機的穩定裕度，以避免壓氣機工作在這種不穩定的狀態。但對現有的對稱均勻葉柵來說，所能挖掘的潛力很受局限。

在公告號為CN1955492的中國發明專利中公開了一種壓氣機葉柵的氣動布局方案，通過葉片排中的兩個相鄰葉片的前緣在壓氣機軸向的位置交錯排列(移動距離為葉片軸向弦長的5％～15％)，當位置在前的葉片(葉片1)工作在大的進口正攻角狀態時，由于葉片1的葉盆表面對流入氣流的限制與導向作用，前緣軸向位置向后移動的葉片(葉片2)的進口氣流攻角減小，從而使葉片2的流動得到改善，提高壓氣機的氣動穩定性。

現有技術的葉柵在葉片彎度不變的條件下，只有通過增大葉柵稠度的方法來提高氣流的轉折角，即加大葉柵的氣動負荷。但是，當稠度增大到一定值后，對設計點小攻角狀態下轉折角的提高效果很有限，且將引起流動損失明顯上升。

三、發明內容

為克服現有技術中存在的壓氣機葉柵小攻角狀態下氣流轉折角難以有效提高的不足，本發明提出了一種提高葉片氣動負荷的壓氣機葉柵布局。

本發明所采取的技術方案是將沿葉柵切向，即X方向排列的同一葉片排中的各葉片前緣按葉柵的軸向，即Z方向位置的前后不同排布。排布時，同一葉片排中每相鄰的三個葉片為一個葉片組，在同一葉片組中，以第一個葉片的前緣軸向位置為軸向的定位基準，與其相鄰的第二個葉片位于第一個葉片的葉背表面一側，其前緣位置相對于定位基準沿葉柵的軸向向后移動一段距離，所移動的距離為第一個葉片軸向弦長L的7％～15％；與第二個葉片相鄰的第三個葉片位于第二個葉片的葉背表面一側，其前緣相對于第二個葉片的前緣沿葉柵軸線方向后移一段距離，所移動的距離為第一個葉片軸向弦長L的5％～15％；第三個葉片繞其前緣旋轉1°到4°，旋轉方向是由葉片的葉背指向葉盆；同一葉片排的其它葉片組則按此方式排布。

在一個葉片組中，由于三個葉片前緣的軸向位置不同，它們依次排列后所構成的葉柵氣流通道為三種不同的形式，即第一個葉片的葉背與第二個葉片的葉盆構成葉柵氣流通道A，第二個葉片的葉背與第三個葉片的葉盆構成的葉柵氣流通道B，第三個葉片的葉背與相鄰的另一組的第一個葉片的葉盆構成的葉柵氣流通道C。

一般來說，構成同一氣流通道的葉片葉盆及葉背兩個表面的相對軸向位置不同，對流動的影響不同。如兩表面的軸向相對位置相同時，就是現有技術中常規的葉片均勻對稱排布葉柵所對應的氣流通道。相比均勻對稱葉柵，葉盆表面相對軸向位置在前面的，構成該通道的葉盆表面對氣流產生作用的位置提前以及作用加強，通道中的流動條件將得到改善；相反，葉盆表面相對軸向位置在后面的，構成該通道的葉盆表面對氣流產生作用的位置退后且作用減弱，通道中的流動條件將惡化。