[發(fā)明專利]一種回流式對轉(zhuǎn)吸附壓氣機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410177401.4
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103967812A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉波;楊晰瓊;曹志遠(yuǎn);張鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F04D19/00
• 分類號: F04D19/00;F04D29/34;F04D29/54;F04D29/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓氣機(jī)領(lǐng)域，具體是一種回流式對轉(zhuǎn)吸附式壓氣機(jī)。

背景技術(shù)

軸流壓氣機(jī)利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片為氣體做功，以提高氣體壓力。軸流壓氣機(jī)廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)、地面燃?xì)廨啓C(jī)及導(dǎo)彈等。更高的級壓比和效率是現(xiàn)代壓氣機(jī)設(shè)計(jì)人員追求的目標(biāo)。

壓氣機(jī)級負(fù)荷的提升常不可避免的伴隨著附面層分離，導(dǎo)致葉輪機(jī)械效率降低。通過在葉片表面、壓氣機(jī)端壁進(jìn)行附面層抽吸，將葉片表面、壓氣機(jī)端壁區(qū)域的低能流體吸除，可有效削弱或消除附面層分離，從而達(dá)到大幅提高壓氣機(jī)負(fù)荷、提升壓氣機(jī)效率的目的。自1997年Kerrebrock教授首次提出吸附式壓氣機(jī)這一概念后，國內(nèi)外學(xué)者對吸附式壓氣機(jī)進(jìn)行了大量研究。NASA和麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì)的吸附式壓氣機(jī)在葉片吸力面沿葉展方向開槽進(jìn)行附面層抽吸，沿靜子輪轂放氣。另一種抽吸方式是將放氣孔布置在機(jī)匣圍帶，通過圍帶將抽吸氣體放出。該壓氣機(jī)通過附面層抽吸有效提高了壓氣機(jī)性能。國內(nèi)有關(guān)附面層抽吸的研究多局限于數(shù)值模擬；實(shí)驗(yàn)多是針對葉柵附面層進(jìn)行抽吸，如哈工大陳浮、宋彥萍、陳紹文、陸華偉等的發(fā)明專利(專利公開號CN101059131)《吹氣或吸氣式壓氣機(jī)葉柵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)》詳細(xì)地介紹了一種吹氣或吸氣式壓氣機(jī)葉柵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由空心葉柵、真空腔、流量計(jì)、真空泵等組成，可進(jìn)行吸附式壓氣機(jī)葉柵實(shí)驗(yàn)。但上述系統(tǒng)僅能進(jìn)行葉片吸力面抽吸實(shí)驗(yàn)，無法針對壓氣機(jī)葉柵進(jìn)行葉片表面與葉柵端壁組合抽吸實(shí)驗(yàn)。在專利號為CN202220756的實(shí)用新型專利中，公開了一種吸附式壓氣機(jī)靜子葉片，在該壓氣機(jī)靜子葉片葉身的吸力面排布有多個抽吸孔和多個靜壓孔，葉身內(nèi)部的各真空腔均與葉冠貫通，使葉身表面的抽吸氣體進(jìn)入真空腔后，通過葉冠排出；葉身內(nèi)部的各靜壓腔均與葉冠貫通,使靜壓孔與葉身內(nèi)部的靜壓腔相通,通過葉冠將靜壓傳至壓氣機(jī)外部,通過靜壓孔測量葉片表面的靜壓在抽吸前后的變化,以確定葉片表面附面層抽吸對壓氣機(jī)性能的影響。

對轉(zhuǎn)壓氣機(jī)打破傳統(tǒng)軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、靜子交替結(jié)構(gòu)，將壓氣機(jī)中起整流作用的靜子取消，采用反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子以達(dá)到減輕重量、提高壓氣機(jī)性能的目的。美國麻省理工學(xué)院完成了三級壓比為27的吸附式對轉(zhuǎn)壓氣機(jī)研究。西北工業(yè)大學(xué)2005年建成了雙排對轉(zhuǎn)軸流壓氣機(jī)，結(jié)構(gòu)主要包括進(jìn)口導(dǎo)流葉排、前排轉(zhuǎn)子、后排轉(zhuǎn)子、出口導(dǎo)流葉排，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為8000r/min。

為研究級環(huán)境下附面層抽吸(BLS)對對轉(zhuǎn)壓氣機(jī)性能影響的機(jī)理，曹志遠(yuǎn)、劉波等針對某雙排軸流對轉(zhuǎn)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行附面層抽吸的探索，在轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子弦向不同位置分別開設(shè)不同抽吸槽進(jìn)行抽吸。研究結(jié)果表明：抽吸后等熵效率增加，最佳抽吸位置在后緣附近；抽吸后附面層落后角明顯減小。

在一種專利號為ZL202132112的實(shí)用新型專利中，公開了一種離心壓氣機(jī)回流裝置，壓縮增壓系統(tǒng)氣體出口通過上述回流裝置和壓縮增壓系統(tǒng)進(jìn)氣道連通。通過上述裝置提高進(jìn)口總壓，從而增加壓氣機(jī)的增壓比。

在上述現(xiàn)有抽吸技術(shù)中，各種吸附式壓氣機(jī)需增加抽吸機(jī)構(gòu)，附面層抽吸需要消耗外部能量；另外，該吸附式壓氣機(jī)將抽吸氣體引至外部，沒有得到有效利用，造成氣體流量的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的需額外添加抽吸機(jī)構(gòu)，且壓氣機(jī)葉柵葉片表面與葉柵端壁不能同時進(jìn)行抽吸，抽吸氣體不能有效利用的不足，本發(fā)明提出了一種回流式對轉(zhuǎn)吸附壓氣機(jī)。

本發(fā)明包括軸、機(jī)匣、進(jìn)口導(dǎo)流葉排、前排轉(zhuǎn)子和后排轉(zhuǎn)子、出口導(dǎo)流葉排和回流裝置，以機(jī)匣為載體，在機(jī)匣內(nèi)自軸的進(jìn)口端至出口端依次排布有進(jìn)口導(dǎo)流葉排、前排轉(zhuǎn)子和后排轉(zhuǎn)子和出口導(dǎo)流葉排，并且所述進(jìn)口導(dǎo)流葉排和出口導(dǎo)流葉排均安裝在機(jī)匣的內(nèi)表面，所述前排轉(zhuǎn)子和后排轉(zhuǎn)子位于機(jī)匣內(nèi)并安裝在軸的圓周表面；其特征在于，在所述機(jī)匣外表面安裝有回流裝置，在機(jī)匣的進(jìn)口端的殼體上開有多個回流管安裝孔，并且各回流管安裝孔分別位于各導(dǎo)流葉片葉間通道中央，各回流管安裝孔在機(jī)匣上的軸向位置與導(dǎo)流葉片10～14％弦長處相對應(yīng)；在機(jī)匣出口端的殼體上開有多個吸氣管安裝孔，各吸氣管安裝孔與出口導(dǎo)流葉片上吸氣孔一一對應(yīng)。

所述出口導(dǎo)流葉片的葉背表面開有與該導(dǎo)流葉片的型腔貫通的抽吸槽。該抽吸槽寬度方向的中心線位于該導(dǎo)流葉片弦長的40～70％處；該抽吸槽長度的兩端分別位于該導(dǎo)流葉片葉高的10％～90％處。在出口導(dǎo)流葉片葉尖截面的中弧線上對應(yīng)50％弦長位置開有與該導(dǎo)流葉片的型腔貫通的吸氣孔。