[发明专利]一种轴流压缩机静子叶片排的排布形式

说明书

(一)技术领城

本发明涉及轴流叶轮机械领域，是一种可以减轻压缩机重量的静子叶片排的排布形式。

(二)背景技术

重量和气动稳定性是轴流压缩机重要的性能参数之一。为此，人们已经在材料、加工、气动设计和结构设计等方面采取了许多措施来减轻压缩机的重量、提高压缩机的气动稳定性。

现有的轴流压缩机的叶片采用完全轴对称的、均匀布局的设计方案，即不论压缩机转子叶片排还是静子叶片排，沿圆周方向均采用相同的叶片按照周向均匀、轴向位置相同的布局排列。对于这种轴对称的均匀布局，只能通过叶片的气动和强度优化设计来减轻重量。现有的压缩机，特别是航空发动机所用的压气机就是采用这类方法设计的。但要进一步减轻压缩机的重量，很难找到新的解决方案。另外，当压缩机进口气流攻角较大时，均匀布局的叶片排每个叶片叶背表面的气流附面层会同时发生分离，严重时导致旋转失速甚至喘振，并最终可能造成结构损坏。这种气动失稳现象，是压缩机设计时力求避免的问题。但对现有的对称均匀叶片排，所能挖掘的潜力很受局限。

1974年由美国A.J.Wennerstrom提出了一种转动叶片排的布局方案，即在原叶片通道中的后半部分增加一个分流叶片或称小叶片(参考文献ARL-TR-74-0110)，其目的是降低转动叶片的气流落后角，以提高压缩机的增压比。但是，由于分流叶片是安装在转动叶片排中，而且叶片的尺寸和厚度均比原叶片小得多，这就使得分流叶片在结构及强度上存在较大的问题，工程上实现起来比较困难。

为了提高压缩机的气动稳定性，2005年西北工业大学在申请号为200510096231.8的专利申请中提出了一种叶片排交错排列的布局方案，即在同一叶片排中，相邻叶片在轴向前后交错，构成交错叶片排。但该方案中交错排列所用的叶片轴向尺寸相同，故同一排叶片的前缘和尾缘的轴向位置均交错排列，导致叶片排的轴向尺寸增大。

(三)发明内容

为克服叶片排交错排列的布局使叶片排的轴向尺寸增大、采用分流叶片则结构强度上不易满足要求，并且工程上实现起来比较困难的不足，本发明提出了一种可有效地减轻压缩机重量的静子叶片排的排布形式。

本发明所采用的技术方案是将压缩机的静子叶片制作成宽叶片和窄叶片两种。

当同一叶片排的叶片数目为偶数时，则宽、窄叶片的数目相同，且将宽、窄叶片间隔排列在同一静子叶排中；宽叶片与相邻的窄叶片之间在前缘处分别形成间距C与D，并且C与D的比值为0.82～1.2。

当同一叶片排的叶片数目为奇数时，宽叶片的数目比窄叶片的数目多一片，排列叶片时，将两片宽叶片相邻排列，两个相邻的宽叶片之间的间距为E，并且E与(C+D)的比值为0.5；其余叶片仍按宽、窄叶片间隔的方式排列在同一静子叶排，即在同一排叶片中，有两片宽叶片的一侧相邻而在另一侧与窄叶片相邻，其余宽叶片的两侧均与窄叶片相邻，宽叶片与相邻的窄叶片之间在前缘处分别形成间距C与D，并且C与D的比值为0.82～1.2。

在同一静子叶排中，所有叶片的尾缘都处于同一轴向位置，即尾缘对齐；所有宽叶片的前缘都处于同一轴向位置，即前缘对齐；所有窄叶片的前缘也都处于同一轴向位置，即前缘对齐；而宽、窄叶片的前缘则不在同一轴向位置上，使宽叶片和窄叶片的前缘轴向位置有δ的错位；宽、窄叶片前缘的轴向距离δ为宽叶片轴向弦长S的5％～15％。

在制作叶片时，窄叶片从叶根至叶尖各截面叶型轴向弦长和厚度相对于宽叶片均减小5％～15％。

窄叶片与宽叶片交替排列时所构成的叶片气流通道为两种不同的形式，即宽叶片的叶背与窄叶片的叶盆构成叶片气流通道A，宽叶片的叶盆与窄叶片的叶背构成叶片气流通道B。

由于本发明所采取的叶片排布方案是在静子叶排上实施，静子叶排上的叶片与转子叶排上的叶片相比，静子叶片无需承受转子旋转而作用在转子叶片上巨大的离心负荷，而且窄叶片轴向弦长只比宽叶片轴向弦长减小5％～15％，因此，不存在结构和强度上的困难，工程上容易实现。

由于窄叶片的轴向弦长和厚度比宽叶片的轴向弦长和厚度要减小5％～15％，因此，窄叶片叶身的重量比宽叶片叶身的重量降低约10％～30％。故采用这种叶片排列布局，则整个静子叶片排的重量可显著减小。