專利名稱：一種非軸對稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種提髙民用風機穩(wěn)定裕度的裝置，尤其是改善民用軸流風機靜子根部端 區(qū)流動分離及二次流損失的一種非軸對稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器。
背景技術：
民用軸流風機的級壓比和流動速度相對航空燃氣輪機低得多，而且為了盡量降低加工 和制造成本，葉型通常相對簡單而粗糙，因此葉片通道內存在有較大的流動分離，尤其是 靜子根部的端壁區(qū)域，存在著很嚴重的分離流動和豐富的二次流動，其往往是風機噪聲源
和性能較低的原因之一。民用風機的效率基本在60 — 80%左右。
在航空發(fā)動機領域，為了擴大壓氣機的穩(wěn)定裕度，處理機匣技術的擴穩(wěn)效果被認為非 常明顯，且實用性很強，因而得到了比較廣泛的應用。機匣處理技術的根本目的在于提高 壓氣機的穩(wěn)定裕度范圍，其有效性的本質在于改善端區(qū)的流動情況。本課題組基于對風機 靜子端區(qū)的流動結構的分析，結合前期已獲得成功的非定常耦合流動理論，針對風機靜子 葉根存在大尺度分離的流動結構，已經成功設計了改善靜子端區(qū)流動分離的軸對稱輪轂激 勵發(fā)生器，這種輪轂激勵發(fā)生器能有效減少靜子端區(qū)的流動分離，大幅降低氣動噪聲，提 高民用風機性能。但是這種軸對稱輪轂處理環(huán)只能產生單一的激勵頻率，對靜子葉根端區(qū) 的二次流不能產生非定常耦合激勵作用。
因此，如何更有效地控制風機靜子葉根端區(qū)的非定常流動，設計出一種能夠產生多種 激勵頻率的輪轂處理環(huán)，使它不僅能對靜葉根部的分離團進行更好地整流而且能對復雜的 二次流進行一定程度的整流，使流場更加有序，減輕葉背分離和減少流動損失，使得民用 風機的性能進一步提升，噪聲進一步降低。這種非定常多頻率激勵的輪轂激勵發(fā)生器成為 本發(fā)明所追求的目標。
發(fā)明內容
受到航空發(fā)動機處理機匣以及只能產生單頻率的軸對稱輪轂激勵發(fā)生器的的啟發(fā)，并 針對民用風機靜子端區(qū)的非定常流動特點，本發(fā)明提供了一種能產生多頻率激勵的非軸對 稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器。其特征是在軸對稱輪轂激勵發(fā)生器的基礎上去掉50%的處 理槽，處理槽采用圓弧斜槽形式。這種非軸對稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器包括開有處理槽的為四個激勵區(qū)和未開處理槽的四個緩沖區(qū)。激勵區(qū)和緩沖區(qū)相間分布，每個激勵區(qū)的 處理槽數(shù)為軸對稱輪轂激勵發(fā)生器總槽數(shù)的12.5% 。
這種非軸對稱圓弧斜槽形輪轂處理環(huán)是在軸對稱輪轂激勵發(fā)生器的基礎上進行設計 發(fā)明的。首先對軸對稱輪轂激勵發(fā)生器進行設計
(1) 激勵發(fā)生器處理槽數(shù)目N的確定 激勵器控制的主要對象為輪轂端區(qū)的分離團，因此， 器槽數(shù)與該脫落渦的主要特
征頻率以及輪轂轉速相關，其具體取值為
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其中，n為輪轂轉速RPM， /劍為輪轂端區(qū)分離團旋渦的頻率，其可以通過實驗的方 法來獲得，c,為系數(shù)，取值范圍為0.5 1.5;
(2) 激勵發(fā)生器處理槽位置確定
激勵發(fā)生器處理槽的總的軸向投影長度LH,其初步取值在一定范圍變化 Z,0.7Lb~1.3Lb
上式中Lb為靜子葉根基元級葉型的軸向弦長。
激勵器槽后端應位于轉子輪轂端區(qū)分離的起始點位置。 一般來說，其大概范圍為 Zr=0.4LH ~ 0.7LH
(3) 根據(jù)經驗，激勵發(fā)生器處理槽徑向傾斜角^取40'-60°范圍
(4) 激勵發(fā)生器處理槽深度A的確定
其中A輪轂半徑。處理槽的深度影響進出槽道氣流的強度，即施加激勵的幅值大小， 其取值應該隨著靜子分離區(qū)增加而增大
(5) 輪轂激勵發(fā)生器采用圓弧斜槽式處理槽
(6) 處理，曹前端和尾端倒角-的確定
經驗參數(shù)，其主要目的是讓進出槽道的氣流損失減小，其取值范圍 —15°~300
在設計好的軸對稱輪轂激勵發(fā)生器上分區(qū)地去掉50%的處理槽，具體如圖2所示。 圖2中，在激勵區(qū)，靜子葉根端區(qū)流場能感受到連續(xù)的處理槽的非定常激勵，而在緩沖區(qū)， 靜子葉根端區(qū)流場則不能感受到處理槽的非定常激勵。這種從有到無，再從無到有的的激 勵過程，就是一個典型的低頻方波激勵信號，這是軸對稱尾流撞擊方案所不能提供的。此 外，在激勵區(qū)，靜子葉根端區(qū)流場還會感受到多個處理槽連續(xù)經過時產生的高頻率的Mf信號。而這個高頻 信號就是軸對稱輪轂激勵發(fā)生器能對靜子葉+艮端區(qū)流場產生耦合激 勵頻率。這種結構能夠對風機主流區(qū)及端壁區(qū)二次流產生明顯的非定常激勵整流作用。因 此，本發(fā)明所述的非軸對稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器相對軸對稱輪轂激勵發(fā)生器來說， 具有不同的非定常作用機理。
這種結構能夠對民用風機靜子葉根端區(qū)的流場產生明顯的非定常激勵作用，使得流場 變得更為有序，因而能取得與傳統(tǒng)輪榖處理環(huán)不同的效果，能夠進一步降低風機的噪聲和 進一步提高風機的性能。
圖l為本發(fā)明實施的示意圖(l為機匣，2為轉子葉片，3為靜子葉片，4為輪轂，5 為處理槽)；
圖2為軸對稱輪轂激勵發(fā)生器示意圖(1為處理槽)； 圖3為圓弧斜槽沿子午面的剖視圖4為非軸對稱輪轂激勵示意圖(l為激勵區(qū)，2為緩沖區(qū)，3為處理槽)；
具體實施例方式
以某民用風機為例來說明本發(fā)明的具體實施方式
，表1是該民用風機的基本的氣動和
結構參數(shù)。
表1某民用風機的基本氣動和結構參數(shù)
參數(shù)名稱參數(shù)值
轉速N2000RPM
輪轂半徑Rh0.16875m
靜子葉片數(shù)19
輪轂基元靜子葉片軸向弦長Lb106,25 mm
輪轂切線速度uh35.34 m/s
首先用實驗的方法確定轉速= 2000r; m時轉子葉片的旋渦脫落頻率。經實驗測定該 壓氣機在W-2000^m時的旋渦脫落頻率/^;為1850A, C/ = 1.15。然后用公式(l)算出
處理槽的個數(shù)為64。然后由發(fā)明內容內所述的方法可知，每個激勵區(qū)的處理槽數(shù)均為8。
按說明書(2)確定輪轂激勵發(fā)生器的軸向長度丄, Zff=0.753Lb=8O mm
初步確定處理槽尾端距靜子葉片前緣軸向距離Ir￡r=0.5LH = 40mm
根據(jù)經驗，確定激勵發(fā)生器處理槽徑向傾斜角A,在這里輪轂切線速度為35.34 m/s,比較低，所以^取45';
按說明書(4)確定激勵發(fā)生器處理槽深度/7 = 0.0577^=9.75 mm;且處理槽采
用圓弧斜槽。
按說明書(6)確定激勵發(fā)生器理槽前端和尾端倒角- = 17'。
權利要求
1、一種非軸對稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器，其特征在于本發(fā)明所述非軸對稱輪轂激勵發(fā)生器在軸對稱輪轂激勵發(fā)生器的基礎上去掉了50％的處理槽(3)，所剩下的處理槽(3)在周向上按照四個激勵區(qū)(1)分布。分布有處理槽(3)的四個激勵區(qū)(1)與沒有處理槽的四個緩沖區(qū)(2)分別相間分布。處理槽采用圓弧斜槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應用在民用軸流風機靜子葉根端區(qū)的非軸對稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器。該非軸對稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器的設計考慮到了風機靜子端區(qū)無序的非定常旋渦分離流動及豐富的二次流動損失。通過合理的設計處理槽的數(shù)目和周向分布形式時，非軸對稱圓弧斜槽形輪轂激勵發(fā)生器在保持了有益的高頻激勵信號的同時，引入了合適的低頻激勵信號和有益的副頻激勵信號，使得激勵發(fā)生器的流動更容易與壓氣機中的復雜渦系產生耦合激勵作用，因此能夠有效減少靜子葉根端區(qū)的大尺度分離及二次流損失，從而大幅降低噪聲，擴大風機穩(wěn)定裕度范圍，同時提高風機效率。
文檔編號F04D29/38GK101566170SQ200910084169
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權日2009年5月21日
發(fā)明者李志平, 李紹斌, 李茂義, 陸亞鈞 申請人:北京航空航天大學