一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置，噴氣裝置安裝在葉片尾緣處，噴氣流的流動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致；噴氣裝置由吸力面和壓力面組成，吸力面沿軸向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1.48°。噴氣裝置的底部安裝在轉(zhuǎn)子葉頂尾緣下游10％軸向弦長(zhǎng)處的機(jī)匣上,噴氣裝置出口與轉(zhuǎn)子葉頂機(jī)匣面相切，噴氣裝置周向跨度1.48°，軸向距離為1.5mm,噴氣裝置出口與圓周方向夾角為0°。噴氣裝置進(jìn)口與外部氣源相連通，噴氣裝置與機(jī)匣壁螺紋連接。通過(guò)噴氣裝置對(duì)葉片尾緣周向噴氣，借助高速流體抑制葉片尾緣反流，擴(kuò)大了壓氣機(jī)的流道面積，主流能夠更加順暢的向下游流動(dòng)，從而延遲失速的發(fā)生，擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度，并且提高了壓氣機(jī)的工作效率。
【專利說(shuō)明】
一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及軸流壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)，具體地說(shuō)，涉及一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣 擴(kuò)穩(wěn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 葉尖噴氣借助于高速氣流的強(qiáng)大沖擊作用使葉尖區(qū)域的低能區(qū)范圍迅速縮小，以 此來(lái)實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度的增加。葉尖噴氣分為主動(dòng)噴氣與被動(dòng)噴氣。無(wú)論采取何種噴氣 方式，其對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度的提高是顯而易見(jiàn)的。
[0003] 近年來(lái)，葉尖噴氣已取得了許多重要的研究成果，這足以說(shuō)明葉尖噴氣技術(shù)在未 來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)穩(wěn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。文獻(xiàn)"Compressor Stability Enhancement Using Discrete Tip Injection Proceedings of ASME Turbo expo 2000,May 8-11, 2000，Munich Germany，2000-GT-650"公開(kāi)了一種葉尖噴氣的多種方案，文獻(xiàn)在軸流壓氣機(jī) 上，通過(guò)優(yōu)化噴嘴參數(shù)，確定了影響擴(kuò)穩(wěn)效果的幾個(gè)關(guān)鍵因素，取得了良好的擴(kuò)穩(wěn)效果，但 是文獻(xiàn)研究?jī)H僅是在葉片的前緣軸向噴氣。研究表明，判斷軸流壓氣機(jī)失速先兆的兩個(gè)準(zhǔn) 則是：1)前緣溢流，葉頂泄漏渦從相鄰葉片前緣溢出；2)尾緣反流，尾緣的葉頂泄漏渦發(fā)生 反流，并撞擊到相鄰葉片壓力面上。以上兩個(gè)條件發(fā)生時(shí)，失速發(fā)生。這一判據(jù)的正確性已 經(jīng)被眾多研究證實(shí)。現(xiàn)有的研究更多的關(guān)注于解決前緣溢流的問(wèn)題，研究葉片前緣噴氣方 案和影響而很少關(guān)注葉片尾緣反流的問(wèn)題，本發(fā)明是在葉片尾緣處周向噴氣，能有效地解 決尾緣反流的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝 置;通過(guò)在葉片尾緣處安裝噴氣裝置，對(duì)葉片尾緣周向噴氣，借助高速流體抑制葉片尾緣反 流，使葉片尾緣的阻塞區(qū)域減小，從而擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案:包括噴氣裝置、壓力面、吸力面、噴氣 裝置進(jìn)口、噴氣裝置出口，噴氣裝置位于葉片尾緣處，噴氣流的流動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一 致，其特征在于所述噴氣裝置由吸力面和壓力面組成，吸力面沿軸向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1.48°;噴 氣裝置的底部安裝在轉(zhuǎn)子葉頂尾緣下游10%軸向弦長(zhǎng)處的機(jī)匣上，噴氣裝置出口與轉(zhuǎn)子葉 頂機(jī)匣面相切，距離轉(zhuǎn)子葉片尾緣軸向?yàn)?mm，噴氣裝置周向跨度為1.48°，軸向距離為 1.5mm，噴氣裝置出口與圓周方向夾角為0°;噴氣裝置進(jìn)口與外部氣源相連通，噴氣裝置與 機(jī)匣壁螺紋連接。
[0006] 所述噴氣裝置為多個(gè)，每個(gè)噴氣裝置周向中心線夾角為60°。
[0007] 有益效果
[0008] 本發(fā)明提出的一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置，噴氣裝置位于葉片尾緣 處，噴氣流的流動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致;噴氣裝置由吸力面和壓力面組成，吸力面沿軸 向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1.48°。噴氣裝置的底部安裝在轉(zhuǎn)子葉頂尾緣下游10%軸向弦長(zhǎng)處的機(jī)匣上， 噴氣裝置出口與轉(zhuǎn)子葉頂機(jī)匣面相切，噴氣裝置周向跨度1.48°，軸向距離為1.5mm，噴氣裝 置出口與圓周方向夾角為0°;噴氣裝置進(jìn)口與外部氣源相連通，噴氣裝置與機(jī)匣壁螺紋連 接。通過(guò)噴氣裝置對(duì)葉片尾緣周向噴氣，借助高速流體抑制葉片尾緣反流，使葉片尾緣的阻 塞區(qū)域減小，進(jìn)而擴(kuò)大了壓氣機(jī)的流道面積，主流能更加順暢的向下游流動(dòng)，從而延遲失速 的發(fā)生，擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度。使壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)能力提高，并仍能提高壓氣機(jī)效率。
[0009]通過(guò)軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置，在亞音速軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子上開(kāi)展了葉片 尾緣周向噴氣，擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度的實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，未安裝噴氣裝置的壓氣 機(jī)轉(zhuǎn)子失速流量為3.0373kg/s，在葉片尾緣安裝噴氣裝置獲得的失速流量為2.785kg/s，穩(wěn) 定裕度改進(jìn)量為8.31 % ;使壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)能力提高，并能提高壓氣機(jī)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置作進(jìn) 一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0011] 圖1為本發(fā)明尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置在機(jī)匣上安裝部位示意圖。
[0013] 圖3為本發(fā)明尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置應(yīng)用在轉(zhuǎn)子葉頂示意圖。
[0014] 圖4為本發(fā)明尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置在轉(zhuǎn)子葉片機(jī)匣上的輪廓示意圖。
[0015] 圖5為本發(fā)明尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置圓周方向的輪廓示意圖。
[0016] 圖6為噴氣前后轉(zhuǎn)子總壓比特性曲線。
[0017] 圖中：
[0018] 1.坐標(biāo)原點(diǎn)2.壓力面3.吸力面4.噴氣裝置進(jìn)口 5.噴氣裝置出口 6.機(jī)匣壁 7.葉片尾緣8.轉(zhuǎn)子9.噴氣裝置10.輪轂11.葉頂12.噴氣裝置在機(jī)匣壁上投影
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本實(shí)施例是一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置。
[0020] 參閱圖1~圖5。本實(shí)施例壓氣機(jī)尾緣周向噴氣的擴(kuò)穩(wěn)裝置，特點(diǎn)是設(shè)計(jì)適用的噴 氣裝置并優(yōu)化主要參數(shù)，使噴氣效果達(dá)到最優(yōu)。噴氣裝置由吸力面和壓力面組成；
[0021] 吸力面型線軸流二維坐標(biāo)為0,0;-3.0229,1.0806;-4.1305,2.0129;-4.7016， 2.9021；-4.9289,3.7635；-4.9034,4.6598；-4.7249,5.5002；-4,3811,6.3406；-3.7778, 7.2411；-2.9486,8.0215；0,9；
[0022] 壓力面型線二維坐標(biāo)為〇,〇;-1.8099,1 ·0248;-2·9042,2· 1635;-3.4826, 3.3022；-3.6766,4.6687；-3.6059,5.5797；-3.3309,6.7184；-2.8249,7.8571；-2.027, 8 · 9958; -0 · 7886,10 · 134; 0 · 73215,10 · 972; 1 · 8957,11 · 338; 2 · 4775,11 · 4;其它點(diǎn)由樣條插 值所得，形成樣條曲線。根據(jù)壓力面型線和吸力面型線的二維坐標(biāo)樣條差值成樣條曲線，吸 力面3沿軸向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1.48°，吸力面3和壓力面2組成噴氣裝置9。
[0023]本實(shí)施例中，噴氣裝置9的底部安裝在轉(zhuǎn)子葉頂尾緣下游10%軸向弦長(zhǎng)處的機(jī)匣 上，噴氣裝置出口 5與轉(zhuǎn)子葉頂11機(jī)匣面相切，距離轉(zhuǎn)子葉片尾緣軸向?yàn)?mm，噴氣裝置9周 向跨度1.48°，軸向距離為1.5mm，噴氣裝置出口5與圓周方向夾角為0° ;噴氣裝置進(jìn)口4與外 部氣源相連通，噴氣裝置9與機(jī)匣壁螺紋連接。
[0024] 本實(shí)施例中，在全通道安裝有六個(gè)噴氣裝置9，每個(gè)噴氣裝置9周向中心線夾角為 60。。
[0025] 本實(shí)施例應(yīng)用在亞音速軸流壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)室的孤立轉(zhuǎn)子上，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。
[0026] 表 1
[0028]在亞音速單級(jí)軸流壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)室的孤立轉(zhuǎn)子上開(kāi)展葉片尾緣周向噴氣的數(shù)值模 擬實(shí)驗(yàn)，其實(shí)施過(guò)程如下：
[0029]使用Numeca軟件Autogrid模塊生成壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、IGG模塊生成周向噴嘴的計(jì)算網(wǎng) 格；
[0030]本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子進(jìn)口段為沿軸向發(fā)展的Η型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，與葉片通道相關(guān)的網(wǎng)格采 用04Η型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。04Η型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)葉片通道由5個(gè)b 1 ock組成，貼在葉片表面的為0型網(wǎng)格， 其余4部分為Η型網(wǎng)格，而葉頂間隙則采用蝶型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，靠近實(shí)壁處的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。 噴嘴采用蝶型網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)良好的正交性。
[0031 ]使用Numeca軟件Fine模塊對(duì)生成的計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行全三維數(shù)值模擬計(jì)算；
[0032]本實(shí)施例中，數(shù)值計(jì)算應(yīng)用NUMECA軟件包中的Euranus求解器。定常計(jì)算采用四階 顯式龍格-庫(kù)塔時(shí)間推進(jìn)方法，計(jì)算空間離散格式采用基于通量差分離散法的二階迎風(fēng)格 式，并采用Van albada限制器限制解的振蕩，并結(jié)合spalart-allmaras端流模型對(duì)三維雷 諾時(shí)均Navier-Stokes方程進(jìn)行求解，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N=8130r/min;
[0033] 對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理，獲得葉片尾緣周向噴氣的失速裕度改進(jìn)量；
[0034] 本實(shí)施例中，采用流量裕度改進(jìn)量這一參數(shù)衡量葉片尾緣周向噴氣對(duì)壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn) 效果的改善作用;其定義為：
[0036] 式中，為噴氣前轉(zhuǎn)子近失速點(diǎn)流量，為噴氣后轉(zhuǎn)子近失速點(diǎn)流量。
[0037] 圖6為本實(shí)施例在噴氣前后轉(zhuǎn)子總壓比特性曲線。從圖中可以看出葉片尾緣周向 噴氣后，壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍明顯增大，壓氣機(jī)的最小流量由原來(lái)的3.0373kg/s降為 2.785kg/s，根據(jù)公式(1)可計(jì)算出，葉片尾緣周向噴氣使壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度提高約8.31%。
[0038] 實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：葉片尾緣周向噴氣提高壓氣機(jī)失速裕度為8.31 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置，包括噴氣裝置、壓力面、吸力面、噴氣裝置 進(jìn)口、噴氣裝置出口，噴氣裝置位于葉片尾緣處，噴氣流的流動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致， 其特征在于:所述噴氣裝置由吸力面和壓力面組成，吸力面沿軸向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1.48° ;噴氣 裝置的底部安裝在轉(zhuǎn)子葉頂尾緣下游10%軸向弦長(zhǎng)處的機(jī)匣上，噴氣裝置出口與轉(zhuǎn)子葉頂 機(jī)匣面相切，距離轉(zhuǎn)子葉片尾緣軸向?yàn)?mm，噴氣裝置周向跨度為1.48°，軸向距離為1.5mm， 噴氣裝置出口與圓周方向夾角為0°;噴氣裝置進(jìn)口與外部氣源相連通，噴氣裝置與機(jī)匣壁 螺紋連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓氣機(jī)尾緣周向噴氣擴(kuò)穩(wěn)裝置，其特征在于:所述噴氣裝 置為多個(gè)，每個(gè)噴氣裝置周向中心線夾角為60°。
【文檔編號(hào)】F04D29/00GK106089788SQ201610668151
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月15日 公開(kāi)號(hào)201610668151.3, CN 106089788 A, CN 106089788A, CN 201610668151, CN-A-106089788, CN106089788 A, CN106089788A, CN201610668151, CN201610668151.3
【發(fā)明人】吳艷輝, 彭文輝, 安光耀, 陳智洋, 劉軍
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)