[發(fā)明專利]一種背腔穿孔板式機(jī)匣處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010578891.0
• 申請(qǐng)日: 2010-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN102032218A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫曉峰;孫大坤;景曉東;侯睿煒;于巍巍;王曉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F04D29/54
• 分類號(hào): F04D29/54;F04D29/38
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種背腔穿孔板式機(jī)匣處理方法，用來拓寬軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工作范圍，尤其是針對(duì)現(xiàn)代高負(fù)荷跨音軸流壓氣機(jī)；本發(fā)明屬于葉輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軸流壓氣機(jī)作為吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)的三大關(guān)鍵部件之一，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、吸氣式巡航導(dǎo)彈以及化工、能源工業(yè)的壓縮系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在現(xiàn)代高負(fù)荷跨音軸流壓氣機(jī)設(shè)計(jì)工作中，以旋轉(zhuǎn)失速為代表的穩(wěn)定性問題表現(xiàn)得尤為突出，嚴(yán)重影響了軸流壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。隨著工作負(fù)荷的不斷增加，更容易造成壓氣機(jī)在工作范圍內(nèi)的穩(wěn)定工作裕度不足，因此，高負(fù)荷跨音軸流壓氣機(jī)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)任務(wù)變得越來越艱巨。可以說，對(duì)旋轉(zhuǎn)失速的控制得當(dāng)與否，不僅直接影響軸流壓氣機(jī)的壓比、效率等工作性能，更是與吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)研制和使用過程中出現(xiàn)的各種問題和故障息息相關(guān)。

為了解決上述的壓氣機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的非穩(wěn)定工況問題，研究人員嘗試了很多方法來擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。但目前來看，工程實(shí)際中均采用諸如中間級(jí)放氣、機(jī)匣處理等被動(dòng)控制措施，但傳統(tǒng)的機(jī)匣處理技術(shù)不但會(huì)影響系統(tǒng)的壓比、效率等工作特性，而且并無統(tǒng)一的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

通過大量的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，較大穿孔率的機(jī)匣處理的確能夠提高低速和跨音壓氣機(jī)的裕度，而且不同的結(jié)構(gòu)效果有明顯差別。但機(jī)匣處理影響的并不僅僅是尖區(qū)流動(dòng)和失速裕度，它同時(shí)也影響了壓氣機(jī)的壓升性能和效率，并且影響機(jī)匣處理應(yīng)用的關(guān)鍵之處在于如何處理裕度和效率之間的關(guān)系。研究人員在應(yīng)用機(jī)匣處理技術(shù)時(shí)，一般是以效率損失為代價(jià)的，而且擴(kuò)穩(wěn)裕度越大，所蒙受的損失也越大。設(shè)計(jì)人員所要做的工作就是按照已有的認(rèn)識(shí)，將效率損失盡可能地減小到最低程度。

這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的機(jī)匣處理設(shè)計(jì)是基于機(jī)匣處理擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理在于控制流動(dòng)分離，認(rèn)為軸流壓氣機(jī)的流場(chǎng)中葉尖和葉根處的流動(dòng)最為復(fù)雜和惡劣，失速也通常在葉尖或葉根處發(fā)生，對(duì)于高負(fù)荷高壓比的跨音壓氣機(jī)來說，葉尖端壁區(qū)流動(dòng)更為復(fù)雜，葉尖泄漏渦和端壁附面層的摻混，激波和附面層的干擾等等更會(huì)造成尖部的流動(dòng)損失和氣流堵塞，因此，如果能夠有效改善尖部或根部的流動(dòng)，有效的消除堆積的附面層，減少流動(dòng)損失，減小葉尖負(fù)荷，自然可以延遲失速的發(fā)生。

基于經(jīng)驗(yàn)和“試湊”的辦法進(jìn)行的現(xiàn)有機(jī)匣處理設(shè)計(jì)，固然有可能通過改變壓氣機(jī)葉尖區(qū)域的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)來獲得偶然成功，但很難適應(yīng)擴(kuò)穩(wěn)設(shè)計(jì)的需要，往往在某種型號(hào)的壓氣機(jī)上運(yùn)用成功的機(jī)匣處理技術(shù)或專利，而在另一種壓氣機(jī)上要么擴(kuò)穩(wěn)效果最佳區(qū)域偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)，要么根本毫無效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種背腔穿孔板式機(jī)匣處理方法，拓寬軸流壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)能夠保持壓氣機(jī)原有的壓比特性和工作效率基本不變。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種背腔穿孔板式機(jī)匣處理方法，如圖1所示，首先制備一個(gè)背腔穿孔板式處理機(jī)匣，所述背腔穿孔板式處理機(jī)匣包括環(huán)形背腔1和帶有圓孔或斜槽的穿孔板2，環(huán)形背腔1位于穿孔板2外側(cè)并由止口螺栓結(jié)構(gòu)連接組成密閉氣室，然后將背腔穿孔板式處理機(jī)匣設(shè)置在軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)口前端并覆蓋轉(zhuǎn)子葉片3的前緣部分所對(duì)應(yīng)的機(jī)匣處，背腔穿孔板式處理機(jī)匣在環(huán)形背腔1中形成自適應(yīng)流動(dòng)并在穿孔板2處產(chǎn)生非定常脫落渦，波渦相互作用有效的吸收和耗散壓氣機(jī)流場(chǎng)中的低頻擾動(dòng)波的能量并抑制失速先兆的非線性放大，從而可以延遲壓氣機(jī)內(nèi)先兆失速的發(fā)生，增加壓氣機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作范圍。

本發(fā)明的原理：帶有氣室的機(jī)匣處理究竟是改變了導(dǎo)致失速的葉片通道中的阻塞特征還是對(duì)失速起始階段的先兆波發(fā)生了作用，而在失速剛剛出現(xiàn)的時(shí)候，根本尚不存在任何阻塞。盡管沒有控制的先兆波的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致阻塞甚至失速，但是從控制失速的角度來開展研究則是完全不一樣的。如果認(rèn)為機(jī)匣處理是因?yàn)橐种屏耸俚南日撞ㄟM(jìn)而實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)穩(wěn)，則應(yīng)當(dāng)用非定常的方法來研究它對(duì)擾動(dòng)波抑制的機(jī)理；如果從傳統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，則應(yīng)從定常的角度解釋機(jī)匣氣室回流所導(dǎo)致的動(dòng)量、質(zhì)量交換的結(jié)果來解釋擴(kuò)穩(wěn)的機(jī)理，為此將要進(jìn)行的全部努力則是設(shè)計(jì)好氣室內(nèi)的回流通道使機(jī)匣達(dá)到最大的擴(kuò)穩(wěn)效果，并減小機(jī)匣內(nèi)部的流動(dòng)損失使壓氣機(jī)保持較高的效率。