[发明专利]一种非轴对称叶尖激励发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高轴流压气机稳定裕度的装置，尤其是指一种能明显提高轴流压气机稳定裕度而又能同时提高其绝热效率的非轴对称叶尖激励发生器。

背景技术

轴流压气机大量运用在航空发动机和工业生产中。但是在压气机的设计发展过程中，压气机的不稳定流动，如旋转失速、喘振等，极大地限制了压气机性能的进一步提升。发生旋转失速时，存在一个或多个低能失速团沿压气机周向旋转，压气机的性能会突然下降，流量、压比和效率均降至最低点，并且会对压气机叶片产生周期性的激振力，甚至引起喘振的发生，危害极大。因此人们采取了很多方法来推迟压气机发生旋转失速等不稳定现象，以扩大其稳定工作裕度。

为了扩大压气机的稳定裕度，国内外工作者做了很多研究工作，有主动控制的，也有被动控制的。其中，处理机匣技术的扩稳效果被认为非常明显，且实用性很强，因而得到了比较广泛的应用。目前国内外很多先进航空发动机机所用的压气机均采用了这项技术。图1—图3给出了三种典型的处理机匣结构形式。

如图1所示，轴向斜槽处理机匣是在机匣上沿压气机的轴向开槽，其槽深方向与压气机的径向成一定夹角。当槽深方向对准来流方向时，无论来流是均匀流或发生进口畸变，失速裕度都有较大改善。

如图2所示，弦向斜槽处理机匣是在机匣上沿叶尖基元的弦向开槽，槽深方向可以有不同的夹角，并且可以通过气室连通所有弦向槽。

如图3所示，反旋涡浅槽处理机匣是根据叶片通道中已知旋涡的方向和强度，在机匣上沿压气机轴向开无气室的三角槽，当叶片扫过这些处理槽时，通过机匣壁面曲率上的变化，产生与已知涡量反向的涡量，并与叶片通道中的已知旋涡抵消，从而使失速裕度得到提高。

但是，包括上述三种典型结构处理机匣在内的传统处理机匣在扩大轴流压气机稳定裕度的同时，不得不付出降低压气机的绝热效率为代价。这种代价通常为1％-3％左右。在航空发动机上，压气机的绝热效率的下降意味着燃油消耗会更多。因此，绝热效率的下降成为传统处理机匣技术最致命的缺点，并且限制了处理机匣获得更广泛的应用。

如前所述，当轴流压气机发生旋转失速时，会产生一个或多个低能失速团沿周向旋转，由此产生沿周向变化和传播的强烈气流脉动。此时的压气机流场是典型的非轴对称流场。而传统的处理机匣都是轴对称结构的，没有考虑到轴流压气机发生旋转失速时流场的严重非轴对称性是其又一缺点。

到目前为止，传统的处理机匣都是以经验为依据设计的。对于轴流压气机内部因转/静部件的相对旋转所固有的非定常特性，并未充分考虑到处理机匣的设计过程中。因此，如何从压气机内部的非定常流动入手，对现有处理机匣技术进行改进成为一种需要。

发明内容

针对上述现有处理机匣技术存在的缺点，本发明提供一种非轴对称结构的叶尖激励发生器，该叶尖激励发生器包括：

一个开有非轴对称分布的处理槽的处理环。

一个或两个调距环，用于调整上述处理环相对压气机叶片的轴向位置。

该非轴对称叶尖激励发生器所述的处理槽的结构可以是轴向斜槽、弦向斜槽、圆弧斜槽、反漩涡浅槽或嵌叶片式处理槽等多种结构形式中的一种。按处理槽的周向位置不同，可以将此处理环分为一个或多个激励区，一个或多个实壁区。激励区和实壁区相间分布。激励区内开有三个或三个以上的处理槽，且压气机的单个转子通道对应的处理槽数为3～8，实壁区内没有处理槽。激励区的周向长度应大于一个压气机转子通道的叶尖栅距。实壁区的周向长度也应大于一个压气机转子通道的叶尖栅距。所有激励区所对应的扇形角之和α相对于所有实壁区所对应的扇形角之和β的比值α/β＝1/5～5。对于包括多个激励区和实壁区的处理环，不同的激励区的周向长度既可以一样又可以不一样，不同的实壁区的周向长度既可以一样也可以不一样。

本发明所述的叶尖激励发生器在轴流压气机中的位置为在压气机转子叶片尖部的上方，并在轴向上相对叶片有相当于转子叶尖弦长50％左右的前伸量。该叶尖激励发生器在设计的过程中考虑到了轴流压气机内部流场的非定常性，特别针对轴流压气发生旋转失速时的非轴对称流场设计了开有非轴对称分布的处理槽的处理环。这种结构能够对轴流压气机的叶尖流场产生明显的非定常激励作用，使得流场变得更为有序，因而将之称为非轴对称叶尖激励发生器，以区别于传统的具有轴对称分布的处理槽的处理机匣。

本发明所述的非轴对称叶尖激励发生器能够取得比传统处理机匣更好的效果，除了能显著提高轴流压气机的稳定裕度之外，还能提高绝热效率1％左右。

附图说明

图1为典型的具有轴对称分布的轴向斜槽结构的处理机匣示意图；