[發(fā)明專利]一種抑制葉尖泄漏渦的方法及離心壓氣機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010636806.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN111734683A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪樹立;向鑫;陸惟煜;張志廣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波工程學(xué)院
• 主分類號(hào): F04D29/66
• 分類號(hào): F04D29/66
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32260
• 代理人: 石來杰

本發(fā)明公開了一種抑制葉尖泄漏渦的方法，在葉片前緣葉尖前方的腔壁上固定渦流發(fā)生器，渦流發(fā)生器與葉輪上葉片分離式安裝，利用腔壁與葉片旋轉(zhuǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)渦流發(fā)生器對(duì)葉片葉尖流動(dòng)的周期性激勵(lì)作用，實(shí)現(xiàn)非定常的控制效果；且利用渦流發(fā)生器產(chǎn)生與主葉片葉尖泄漏渦反向運(yùn)動(dòng)的漩渦，使其與葉尖泄漏渦發(fā)生耦合，以抑制或大幅度削弱泄露渦，有效減少葉尖氣流的泄漏量，并將上述方法應(yīng)用至離心壓氣機(jī)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及葉輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抑制葉尖泄漏渦的方法及離心壓氣機(jī)。

背景技術(shù)

對(duì)于葉輪機(jī)裝置而言，葉尖與腔壁存在間隙，葉尖間隙的存在易產(chǎn)生了泄露渦，進(jìn)而導(dǎo)致葉尖氣流泄露，導(dǎo)致葉輪機(jī)裝置效率降低。

以離心壓氣機(jī)為例，其廣泛運(yùn)用于軍用和民用領(lǐng)域，如導(dǎo)彈和無人機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)、飛機(jī)輔助動(dòng)力裝置、分布式能源動(dòng)力系統(tǒng)、車用渦輪增壓器等。離心壓氣機(jī)的葉尖氣流的馬赫數(shù)較高，加之端壁附面層、葉尖泄漏流以及主流的相互影響，會(huì)形成復(fù)雜的渦系結(jié)構(gòu)。即使部分渦系形成于葉根或葉中區(qū)域，也會(huì)因?yàn)殡x心壓氣機(jī)子午流道曲率、較大的離心力等原因發(fā)展到葉尖，因此對(duì)葉尖流場施加控制和改善可以顯著改善壓氣機(jī)整體的性能并且提高其穩(wěn)定工作范圍。

對(duì)此，非定常激勵(lì)的控制手段可以對(duì)流場施加一定頻率的激勵(lì)，利用流場的不穩(wěn)定性并使激勵(lì)與之耦合，改變流場的擬序機(jī)構(gòu)使之更加有序，從而防止旋轉(zhuǎn)失速喘振等現(xiàn)象的發(fā)生，擴(kuò)大穩(wěn)定裕度。由于非定常激勵(lì)注入的能量小，因此它對(duì)主流的影響也要小，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)穩(wěn)的同時(shí)還可以減小對(duì)效率的影響，某些工況下還能提高效率。

目前應(yīng)用較多的是非定常射流或非定常抽吸的方式，盡管采用這種激勵(lì)方式獲得了比較大的收益，但是為了實(shí)現(xiàn)這種控制方式，需要復(fù)雜的管路結(jié)構(gòu)、控制閥門，有時(shí)還需要額外的氣源等，這不僅增加了動(dòng)力裝置的重量和成本，使用起來也較為復(fù)雜，需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明第一方面提供了一種抑制葉尖泄漏渦的方法，在葉片前緣葉尖前方的腔壁上固定渦流發(fā)生器，利用渦流發(fā)生器產(chǎn)生與葉尖泄漏渦方向相反的漩渦，以抑制氣流泄漏量。

渦流發(fā)生器與葉輪上葉片分離式安裝，利用腔壁與葉片旋轉(zhuǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)渦流發(fā)生器對(duì)葉片葉尖流動(dòng)的周期性激勵(lì)作用，實(shí)現(xiàn)非定常的控制效果；且利用渦流發(fā)生器產(chǎn)生與主葉片葉尖泄漏渦反向運(yùn)動(dòng)的漩渦，使其與葉尖泄漏渦發(fā)生耦合，以抑制或大幅度削弱泄露渦，有效減少葉尖氣流的泄漏量。

本申請(qǐng)文件第二方面提供一種離心壓氣機(jī)，包括機(jī)匣及內(nèi)部設(shè)置的葉輪，葉輪上設(shè)置有若干葉片，還包括渦流發(fā)生器，其固定在葉片前緣葉尖前方的機(jī)匣腔壁上，利用渦流發(fā)生器產(chǎn)生與葉尖泄漏渦方向相反的漩渦，以抑制氣流泄漏量。

本方案將抑制葉尖泄露渦的方法應(yīng)用至離心壓氣機(jī)，具體而言，在葉片前緣葉尖前方的機(jī)匣腔壁上固定渦流發(fā)生器，利用機(jī)匣與葉片旋轉(zhuǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)渦流發(fā)生器對(duì)壓氣機(jī)葉尖流動(dòng)的周期性激勵(lì)作用，實(shí)現(xiàn)非定常的控制效果；利用本外渦流發(fā)生器產(chǎn)生的漩渦與泄漏渦發(fā)生耦合，以抑制或大幅度削弱泄露渦，有效減少葉尖氣流的泄漏量，從而提高離心壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，結(jié)構(gòu)簡單，效果顯著。

進(jìn)一步，葉片包括主葉片及分流葉片，在主葉片前緣葉尖前方的機(jī)匣腔壁上固定渦流發(fā)生器，長短葉片間隔布置可有效改善葉輪內(nèi)流場分布，配合渦流發(fā)生器，進(jìn)一步提高離心壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。

進(jìn)一步，渦流發(fā)生器為多個(gè)，沿周向，在機(jī)匣腔壁等距安裝，提高非定常激勵(lì)效果，減少葉尖泄漏量。

進(jìn)一步，渦流發(fā)生器的數(shù)量為N1，主葉片的數(shù)量為N2，N1/N2為0.4-0.6，進(jìn)一步抑制或削弱泄露渦的強(qiáng)度，提高非定常激勵(lì)效果，減少葉尖泄漏量。

進(jìn)一步，渦流發(fā)生器的厚度T1與主葉片厚度T2的比值為0.5-1.2，便于產(chǎn)生漩渦以抑制或削弱泄露渦的強(qiáng)度，減少葉尖泄漏量。

進(jìn)一步，渦流發(fā)生器為矩形，其長邊B與短邊A的比值為0.3-0.5；