[發明專利]一種對轉壓氣機可周向偏轉的自循環機匣處理裝置

有效

• 申請號: 202110488333.3
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113107903B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 高麗敏;郭彥超;王磊;茅曉晨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F04D29/52
• 分類號: F04D29/52;F04D29/54
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種對轉壓氣機可周向偏轉的自循環機匣處理裝置，屬于葉輪機械內部流動控制技術領域。包括由吸氣段、橋路和噴氣段三部分。其中吸氣段二維型線由兩條半圓弧線構成，噴氣段二維型線采用NURBS擬合而成。對轉壓氣機轉子R2通過該自循環機匣處理可顯著提高失速裕度，相比其他形式的機匣處理，這種設計的自循環機匣處理可以降低效率虧損。在某2級對轉壓氣機上對該種自循環機匣處理的擴穩效果進行了考核。自循環機匣處理吸氣口距離后排轉子R2葉頂前緣下游25％軸向弦長，噴氣口距離后排轉子R2葉頂前緣上游40％軸向弦長，噴氣角和吸氣角度為10°，喉部面積比為4.0。研究表明在70％?100％設計轉速下，自循環機匣處理均可明顯提高對轉壓氣機的失速裕度。

技術領域

本發明涉及葉輪機械內部流動控制技術領域，是一種應用于新型氣動布局的對轉壓氣機、用于提高對轉壓氣機失速裕度的裝置，具體是一種周向偏轉角度可調且軸向位置便于移動的自循環處理機匣。

背景技術

大推重比和寬裕度是航空發動機不斷追求的目標，由于對轉壓氣機中因取消中間級靜葉結構大幅降低壓氣機重量和減小軸向尺寸，被認為是提高發動機推重比的重要技術之一。相比常規壓氣機，來自前排轉子的氣流得不到靜子葉排的梳理直接進入后排轉子，前排轉子產生的尾跡增強了后排轉子進口流場的不均勻性。另外，后排轉子葉片對氣流的進一步做功使得后排轉子葉片承載更高的氣動負荷，葉片負荷的增加使得間隙泄漏流強度增大，與主流/端壁附面層摻混后形成的葉頂泄漏渦堵塞主流通道，隨著葉頂泄漏渦對通道阻塞作用不斷加強，壓氣機最終進入失穩狀態。在對轉壓氣機中，后排轉子葉尖泄漏流的發展情況很大程度上決定著壓氣機整機的穩定性。因此，有必要改善后排轉子葉尖流場來提升對轉壓氣機的失速裕度。

機匣處理作為提高壓氣機失速裕度的技術，因具有結構簡單、便于設計、可靠性高和擴穩效果好等特點而被廣泛應用于壓氣機。常見的機匣處理形式有槽、縫式機匣處理等。槽、縫式機匣處理雖然能夠拓寬壓氣機穩定工作范圍，但都會伴隨效率損失，通常穩定裕度改善越大效率虧損越高。相比機匣處理，自循環機匣處理能夠在提高對轉壓氣機穩定裕度的同時使得效率的虧損最小甚至無效率損失，其原理是利用壓氣機級上下游自然壓差將下游堵塞的低能流體吸除并循環至轉子前緣上游重新注入，改善葉頂區域流動推遲失速發生，從而提高壓氣機的失速裕度。壓氣機作為旋轉的葉輪機械，氣流通過各葉片排時具有較大的周向分速度，為了使氣流更易流入自循環機匣進行循環，可將自循環機匣在周向方向上設定偏轉來達到目的。

已公開的發明專利(CN 110145497 A)中沒有考慮葉尖圓周分速度，忽略了自循環機匣周向偏轉角度對其性能的影響，使得該設計方法下自循環機匣處理帶來的效率損失更大。從氣體動力學方面考慮，將自循環機匣在周向方向上沿葉輪旋轉方向偏轉能夠進一步提高自循環機匣的循環性能。除此之外，已公開的發明專利(CN 112177981 A)中提出具有徑向、軸向傾斜的自循環處理機匣結構形式為半圓弧型，在孤立轉子上對其性能的考核表明較傳統自循環機匣具有更好的擴穩效果，但自循環機匣吸氣口和噴氣口的間距較短，應用于對轉壓氣機中難以保證提供充分的驅動壓差且單通道時匹配3個自循環機匣處理裝置增加了加工量。

本發明的對轉壓氣機在結構上不同于常規壓氣機，使得其內部的流動特性也不同。基于常規壓氣機所提出的自循環機匣設計方法，不能應用于本發明的對轉壓氣機中。因此，應基于對轉壓氣機獨特的結構特點，發展相適用的自循環機匣處理擴穩裝置。

發明內容

要解決的技術問題

對轉壓氣機技術提高了航空發動機的推重比，為了解決現有技術中自循環機匣不能適用于對轉壓氣機上，進一步提高壓氣機的失速裕度并降低效率損失，本發明在常規機匣處理研究的基礎上提出了一種幾何結構易于控制的自循環機匣處理設計方法，該方法對于吸氣口位置、噴氣口位置及自循環機匣的型線可以根據需求進行快速設計。同時，自循環機匣也可根據需要在周向上偏轉。使之相對于對轉壓氣機中的機匣處理技術具有更高的失速裕度改善量和最小的效率損失。

技術方案