[發(fā)明專(zhuān)利]進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉及葉輪機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210758956.2
• 申請(qǐng)日: 2022-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115098967A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊元英;安志強(qiáng);劉西武;楊晶晶;彭學(xué)敏;扶宗禮;陳璇;朱銀方
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;F04D29/56;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 長(zhǎng)沙智嶸專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 43211
• 代理人: 廖文岌

本發(fā)明公開(kāi)了一種進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：匹配目標(biāo)導(dǎo)葉的正攻角，設(shè)計(jì)初始的目標(biāo)導(dǎo)葉；匹配目標(biāo)導(dǎo)葉角度狀態(tài)；對(duì)目標(biāo)導(dǎo)葉的三維流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬；匹配目標(biāo)導(dǎo)葉的葉型參數(shù)；通過(guò)迭代獲得目標(biāo)導(dǎo)葉的角度關(guān)小狀態(tài)下流場(chǎng)品質(zhì)明顯改善的正攻角及流動(dòng)分離得到明顯抑制的可控分離葉型的葉型參數(shù)。本設(shè)計(jì)方法基于進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉最佳攻角設(shè)計(jì)和導(dǎo)葉葉柵通道流場(chǎng)可控分離設(shè)計(jì)，獲得可明顯抑制導(dǎo)葉角度關(guān)小狀態(tài)負(fù)攻角流動(dòng)損失、且同時(shí)兼顧寬低損失角度范圍進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓氣機(jī)領(lǐng)域，特別地，涉及一種進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法。此外，本發(fā)明還涉及一種包括上述進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法的進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉及葉輪機(jī)。

背景技術(shù)

多級(jí)壓氣機(jī)在非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速工作時(shí)，前面級(jí)和后面級(jí)會(huì)偏離設(shè)計(jì)工況，出現(xiàn)“前喘后堵”或“前堵后喘”的現(xiàn)象，且隨著設(shè)計(jì)壓比提高會(huì)變得更加嚴(yán)重，甚至可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速無(wú)法穩(wěn)定工作。為此，通常在壓氣機(jī)進(jìn)口設(shè)置可通過(guò)自身旋轉(zhuǎn)軸調(diào)節(jié)安裝角的可調(diào)導(dǎo)葉。如圖1所示，在壓氣機(jī)不同轉(zhuǎn)速下基于旋轉(zhuǎn)軸2通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉1的安裝角“開(kāi)大”或“關(guān)小”實(shí)現(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)流路開(kāi)度的控制，給下游轉(zhuǎn)子3提供與其轉(zhuǎn)速更為匹配的來(lái)流速度和進(jìn)口氣流角，改善壓氣機(jī)在非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速工作時(shí)各級(jí)存在的偏離設(shè)計(jì)工況現(xiàn)象，拓寬壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定工作裕度。

如圖2所示，以壓氣機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)狀態(tài)可調(diào)導(dǎo)葉安裝角為基準(zhǔn)零位，導(dǎo)葉進(jìn)氣邊往壓力面偏轉(zhuǎn)定義為可調(diào)導(dǎo)葉角度關(guān)小；導(dǎo)葉進(jìn)氣邊往吸力面偏轉(zhuǎn)定義為可調(diào)導(dǎo)葉角度開(kāi)大。根據(jù)壓氣機(jī)性能匹配需求，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速低于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速時(shí)，需要關(guān)小導(dǎo)葉角度；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速時(shí)，需要開(kāi)大導(dǎo)葉角度。但隨著壓氣機(jī)壓比水平增加，中低轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)口導(dǎo)葉角度需要關(guān)小的幅度更大，接近60°；最為常用的中高轉(zhuǎn)速也需要關(guān)小30°左右。

如圖3所示，常規(guī)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉采用零攻角設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)安裝角下葉型前緣點(diǎn)中弧線切線方向與來(lái)流方向夾角為零。此時(shí)導(dǎo)葉角度“開(kāi)大”、“關(guān)小”值與葉片正攻角、負(fù)攻角值一致，比如角度關(guān)小30°時(shí)導(dǎo)葉將處于-30°攻角狀態(tài)。一般壓氣機(jī)葉型低損失攻角范圍基本呈正、負(fù)攻角對(duì)稱(chēng)分布，如圖4所示的(-20°，+20°)狀態(tài)下低損失攻角范圍分布。由于發(fā)動(dòng)機(jī)常用的壓氣機(jī)導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)范圍偏向關(guān)小方向，比如某壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)范圍為(-50°，+10°)、中高轉(zhuǎn)速常用的進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)范圍為(-30°，+5°)。如圖5所示，此時(shí)當(dāng)壓氣機(jī)工作在進(jìn)口導(dǎo)葉角度關(guān)小30°時(shí)，常規(guī)導(dǎo)葉將處于-30°攻角狀態(tài)，而在負(fù)攻角超過(guò)20°后，導(dǎo)葉壓力面將因大攻角出現(xiàn)明顯的附面層分離，導(dǎo)致壓氣機(jī)效率大幅降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉及葉輪機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉在非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下角度關(guān)小狀態(tài)流動(dòng)損失較大的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下，一種進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

S1.基于對(duì)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的攻角特性和流動(dòng)損失機(jī)理，匹配目標(biāo)導(dǎo)葉的正攻角；

S2.基于進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉應(yīng)用于低于壓氣機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的中高轉(zhuǎn)速下的角度狀態(tài)，對(duì)目標(biāo)導(dǎo)葉的三維流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬；

S3.對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果分析；

S4.匹配目標(biāo)導(dǎo)葉的葉型參數(shù)；

S5.獲得目標(biāo)導(dǎo)葉的正攻角及葉型參數(shù)。

作為一種優(yōu)選方式，步驟S1包括：

根據(jù)目標(biāo)壓氣機(jī)工作狀態(tài)下的流動(dòng)特征，匹配目標(biāo)導(dǎo)葉的正攻角，所述正攻角的匹配范圍為5°至30°。

作為一種優(yōu)選方式，步驟S4包括：

S41.匹配目標(biāo)導(dǎo)葉的葉型設(shè)計(jì)參數(shù)；

S42,對(duì)目標(biāo)導(dǎo)葉角度開(kāi)大狀態(tài)下的三維流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬；

S43.對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果分析。