[發明專利]一種非對稱雙圓弧斜槽處理機匣

無效

• 申請號: 201210166559.2
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102705256A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 袁巍;宋浩飛;陸亞鈞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/00
• 分類號: F04D29/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種提高壓氣機穩定裕度的裝置，尤其是指一種能明顯提高壓氣機穩定裕度而同時其峰值效率并不降低的非對稱雙圓弧斜槽處理機匣。?

背景技術

壓氣機廣泛運用在航空發動機和工業生產中。隨著壓氣機級負荷系數的不斷提高，壓氣機的不穩定流動表現得日益為突出，如旋轉失速、喘振等，極大地限制了壓氣機性能的進一步提升。發生旋轉失速時，存在一個或多個低能失速團沿壓氣機周向旋轉，壓氣機的性能會突然下降，流量、壓比和效率均降至最低點，并且會對壓氣機葉片產生周期性的激振力，甚至引起喘振的發生，危害極大。因此人們采取了很多方法來推遲壓氣機發生旋轉失速等不穩定現象，以擴大其穩定工作裕度。?

為了擴大壓氣機的穩定裕度，國內外工作者做了很多研究工作。處理機匣技術的擴穩效果被認為非常明顯，且實用性很強，因而得到了比較廣泛的應用。圖1-圖2給出了兩種典型的處理機匣結構形式。?

如圖1所示，軸向斜槽處理機匣是在機匣上沿壓氣機的軸向開槽，其槽深方向與壓氣機的徑向成一定夾角。當槽深方向對準來流方向時，無論來流是均勻流或發生進口畸變，穩定裕度都有較大改善。但這類處理機匣的缺點是，穩定裕度的改善以損失壓氣機的效率為代價。?

如圖2所示，弦向斜槽處理機匣是在機匣上沿葉尖基元的弦向開槽，槽深方向可以有不同的夾角。在均勻來流情況下，穩定裕度的增長僅次于軸向斜槽處理機匣，對壓氣機效率的損失也比軸向斜槽少一些。?

總結傳統的處理機匣技術，存在這樣的缺點：在提高壓氣機的穩定裕度的同時總是以絕熱效率的降低為代價。這種代價通常為1％-3％左右。在航空發動機上，壓氣機的絕熱效率的下降意味著燃油消耗會更多。?

傳統的處理機匣之所以會降低壓氣機的峰值效率，其中一個很重要的原因便是處理槽的幾何結構設計和分布的不合理。傳統的處理機匣的處理槽在R(徑向)和Z(軸向)兩個方向中至少有一個為矩形或梯形設計，這種非流線型的設計必然在處理槽的角區造成較大的旋渦損失。而在整體周向上采用軸對稱設計也無法對不同旋渦同時產生耦合激勵作用。?

因此，如何從優化處理槽的幾何結構和非軸對稱設計出發，設計出一種處理槽內流動損失較小的處理機匣成為本發明所述工作的初衷。?

發明內容

針對上述傳統處理機匣技術存在的缺點，本發明提供一種非對稱雙圓弧斜槽處理機匣，該處理機匣的特征是：處理槽在R方向(徑向)加入圓弧槽底的設計；處理槽在θ方向(周向)采用圓弧型設計；在Z方向(軸向)上處理槽的后端與轉子葉尖基元級中弧線的方向大致相同，處理槽的前端沿軸向。在整個周向上采取非對稱性設計。?

這種非對稱雙圓弧斜槽處理機匣的設計方法如下：?

(1)非對稱雙圓弧斜槽處理機匣處理槽數目N一般取轉子葉片數的2～4倍；?

(2)處理槽軸向投影長度L_H的確定?

處理槽的總的軸向投影長度L_H，其初步取值在一定范圍變化：?

L_H＝0.7L_b～1.3L_b

上式中L_b為轉子葉尖基元級葉型的軸向弦長。?

(3)根據經驗，處理槽徑向傾斜角Alpha取40°-60°范圍?

(4)處理槽在R方向(徑向)采用橢圓型?

橢圓的長軸即為處理槽前后端的距離，槽深a(1/2橢圓短軸的長度)＝0.3～0.5L_H

(5)處理槽在θ方向(周向)采用圓弧型?

(6)處理槽的搭接量取35％?

(7)處理機匣的敞開比為50％?

(8)總的處理槽分為兩個處理區，分別為106°和74°，分別由兩個90°的非處理區相隔。?

這種結構的處理槽在各個方向上都比較圓滑，避免了傳統處理槽在某個方向上矩形或梯形的設計，能夠減少處理槽的流動損失，而非對稱設計能夠對壓氣機內的不同旋渦同時產生耦合激勵作用，因而在大幅提高壓氣機的失速裕度的同時，峰值效率并不降低。?

附圖說明

圖1為軸向斜槽處理機匣示意圖；?

圖2為弦向斜槽處理機匣示意圖；?

圖3為本發明實施的示意圖(L_b為轉子葉尖基元級葉型的軸向弦長)；?