[發(fā)明專利]一種用于軸流壓氣機(jī)的周向槽類機(jī)匣處理設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011312122.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN112283167B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段靜瑤;肖俊峰;高松;李園園;于飛龍;上官博;張蒙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號(hào): F04D29/54
• 分類號(hào): F04D29/54;F04D29/66;F04D29/52
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種用于軸流壓氣機(jī)的周向槽類機(jī)匣處理設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法利用兩段光滑過渡的圓弧構(gòu)成周向槽剖面形狀，下游的圓弧造型使得葉尖流動(dòng)從下游順利進(jìn)入處理槽，流動(dòng)損失低；進(jìn)入槽內(nèi)的葉尖流體，經(jīng)過圓滑過渡的圓弧循環(huán)后，從葉尖前緣上游射入主流，射流效果增強(qiáng)，裕度拓寬能力提高。本發(fā)明設(shè)計(jì)方法簡單，易于利用高壓壓氣機(jī)幾何特征進(jìn)行周向槽剖面的構(gòu)造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于葉輪機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種用于軸流壓氣機(jī)的周向槽類機(jī)匣處理設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)間隙區(qū)域的流動(dòng)過程非常復(fù)雜，間隙流造成的損失在動(dòng)葉和壓氣機(jī)級(jí)的總能量損失中占很大的比重。而壓氣機(jī)性能對(duì)葉尖間隙有著較高的敏感性，在運(yùn)行過程中間隙的增大通常會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)性能的衰退。在實(shí)際服役過程中，葉尖間隙可能發(fā)生暫時(shí)或永久性的增大，從而影響燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

端壁處理技術(shù)是一項(xiàng)較早研究和成功運(yùn)用的壓氣機(jī)間隙流動(dòng)控制方法，能夠有效拓寬壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于眾多發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際型號(hào)中，如美國的JT-9D發(fā)動(dòng)機(jī)、CFM-56發(fā)動(dòng)機(jī)，俄羅斯的ЛH-31Ф發(fā)動(dòng)機(jī)以及我國的WP-14等航空燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。基礎(chǔ)的周向槽類及軸向縫類端壁處理示意圖如圖1及圖2所示。

通常來說，周向槽類機(jī)匣處理對(duì)壓氣機(jī)效率的不利影響小于軸向縫類機(jī)匣處理，但是擴(kuò)穩(wěn)能力較弱，這是由于周向槽內(nèi)空間較小，無法形成能量較強(qiáng)的射流導(dǎo)致的。若借鑒軸向縫類機(jī)匣處理的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以增強(qiáng)壓氣機(jī)周向槽的射流強(qiáng)度，可以在保持效率損失盡可能小的情況下增強(qiáng)擴(kuò)穩(wěn)能力的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于軸流壓氣機(jī)的周向槽類機(jī)匣處理設(shè)計(jì)方法，該方法基于高壓壓氣機(jī)后面級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖前緣位置及葉尖間隙大小，采用射流加強(qiáng)型的周向槽式機(jī)匣處理，利用雙圓弧造型使周向槽剖面造型圓滑過渡，從而使流體更為順暢地流入、流出處理槽，提升擴(kuò)穩(wěn)能力，降低流動(dòng)損失。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種用于軸流壓氣機(jī)的周向槽類機(jī)匣處理設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法利用兩段光滑過渡的圓弧構(gòu)成周向槽剖面形狀，下游的圓弧造型使得葉尖流動(dòng)從下游順利進(jìn)入處理槽，流動(dòng)損失低；進(jìn)入槽內(nèi)的葉尖流體，經(jīng)過圓滑過渡的圓弧循環(huán)后，從葉尖前緣上游射入主流，射流效果增強(qiáng)，裕度拓寬能力提高。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，在轉(zhuǎn)子流域的子午面視圖中，以90％～98％葉高范圍內(nèi)的前緣點(diǎn)作為圓心O₁，作半徑為r₁的圓弧該圓弧左側(cè)端點(diǎn)記為A，右側(cè)與機(jī)匣交點(diǎn)記為B。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，該圓弧與機(jī)匣壁面的夾角為α₁，α₁的取值范圍為30°～60°；該圓弧的半徑r₁的取值范圍為：(τ+h)/cos30°≤r₁≤(τ+h)/cos60°,其中τ為轉(zhuǎn)子葉尖間隙的大小，h為圓心O₁與葉尖的距離。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，圓弧的左側(cè)端點(diǎn)A與圓心O₁的連線與機(jī)匣壁面交于D點(diǎn)，AD與徑向方向的夾角為θ，θ的取值范圍為0°～30°。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，以連線AD的中點(diǎn)為圓心O₂，以AD為直徑，作圓弧與機(jī)匣壁面相較于C點(diǎn)，形成圓弧

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，圓弧的半徑r₂＝(r₁-DO₁)/2＝[r₁-(τ+h)/cos(θ+γ)]/2，其中γ為機(jī)匣壁面與軸向方向的夾角。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，圓弧點(diǎn)處切線與機(jī)匣壁面的夾角α₂＝θ+γ。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，兩段光滑連結(jié)的圓弧與形成了周向槽的剖面形狀，該剖面形狀在周向方向上形成同槽，即構(gòu)成了射流加強(qiáng)型的周向槽機(jī)匣處理。