[發明專利]一種壓氣機、燃氣輪機及壓氣機擴穩增效方法

有效

• 申請號: 201710105915.2
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106870465B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 李繼超;杜娟;李藝雯;林峰;張宏武;聶超群
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F04D29/68
• 分類號: F04D29/68;F04D29/54
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種壓氣機、應用該壓氣機的燃氣輪機以及壓氣機擴穩增效方法。所述壓氣機在高壓級機匣壁面開設通孔，在低壓級動葉葉頂機匣壁面開設通孔，在低壓級靜葉根部至葉表吸力面開設通孔，并依次連接所述高壓級機匣壁面通孔、所述低壓級動葉葉頂機匣壁面通孔、所述低壓級靜葉根部至葉表吸力面通孔，形成具有抽吸?噴射功能的自循環機構。本發明利用壓氣機高壓級抽吸的部分氣體經所述自循環機構引回到低壓級動葉葉頂前緣以及低壓級靜葉葉表吸力面分別進行噴氣，拓寬壓氣機失速裕度，抑制流動分離，有效地改善了壓氣機效率。

技術領域

本發明涉及能源動力領域，尤其是一種壓氣機、應用此類壓氣機的燃氣輪機以及壓氣機擴穩增效方法。

背景技術

軸流壓氣機包括動葉、靜葉、輪轂和機匣。動葉、靜葉和輪轂均置于機匣內。動葉沿固定在輪轂上，能夠隨輪轂一起轉動。靜葉沿固定在機匣上，始終靜止不動。并且動葉和靜葉在軸向(即輪轂軸向)方向交錯間隔布置。在周向(即輪轂的圓周方向)上，一排動葉葉片和緊隨其后的一排靜葉葉片構成壓氣機的一個級。多級軸流壓氣機就包括多個級。壓氣機級負荷提高，其穩定性是必須要解決的難題之一，例如如何抑制靜葉大折轉角吸力面分離、拓寬失速裕度以及確保壓氣機動葉轉子的高負荷穩定運行等。在拓寬軸流壓氣機流動失穩裕度方面，除了在設計過程所采用的彎/掠技術等葉片造型以外，在原始葉片基礎上所施加的流動失穩控制措施也比較多，主要包括周向槽和軸向縫機匣處理、葉頂噴氣、自循環抽吸-噴氣、等離子體控制、背腔式機匣處理、葉尖小翼以及導靜葉聯調等。周向槽和軸向縫機匣處理目前已經在真實航空發動機中得到了應用，其他擴穩措施大部分都還停留在實驗室研究階段。然而，周向槽和軸向縫機匣處理對效率的負面影響一直是制約其擴穩能力進一步提升的瓶頸。自循環抽吸-噴氣作為一種能夠兼顧穩定性和效率的壓氣機擴穩技術之一，充分利用壓氣機自身后端抽吸和前端噴氣的優勢，加之抽吸-噴氣量可調使得其擴穩能力可根據各級失速監測信號可控的因素，在實際航空發動機和地面燃氣輪機多級軸流壓氣機各級流動失穩控制上具有很好的應用前景。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，為了能夠至少在一定程度上地抑制因燃氣輪機中低壓壓氣機高負荷設計中靜葉大折轉角吸力面分離引起的效率損失，以及確保壓氣機動葉轉子的高負荷穩定運行，并充分利用壓氣機后面高壓級因放氣或者渦輪冷卻需求而抽吸的部分氣體，本發明提供了一種能夠將壓氣機后面高壓級部分氣流抽吸到前面低壓級動葉葉頂前緣進行噴射以及到靜葉葉表吸力面進行噴射相結合的壓氣機、應用此類壓氣機的燃氣輪機以及壓氣機擴穩增效方法。

(二)技術方案

本發明提供的技術方案如下：

本發明提供了一種壓氣機，包括動葉、靜葉、輪轂和機匣，所述動葉、靜葉和輪轂均置于機匣內，所述動葉固定在輪轂并隨輪轂一起轉動，所述靜葉固定在機匣上，所述動葉和靜葉沿輪轂軸向方向間隔交錯布置，并且沿所述輪轂的圓周方向上，一排動葉和緊隨其后的一排靜葉構成所述壓氣機的一個級，所述壓氣機從機匣的前端到后端工作壓力逐級增大，其特征在于：在高壓級機匣壁面開設有通孔；在低壓級動葉葉頂機匣壁面開設有通孔；在低壓級靜葉根部至葉表吸力面開設有通孔；其中所述低壓級和高壓級是所述壓氣機中的任意兩個級，并且，所述高壓級的工作壓力大于所述低壓級；該壓氣機還包括自循環機構，所述自循環機構是依次連接所述高壓級機匣壁面的通孔、所述低壓級動葉葉頂機匣壁面的通孔、所述低壓級靜葉根部至葉表吸力面的通孔的連通裝置。