[实用新型]一种轴流压气机的转动叶片排布局

说明书

一、技术领域

本发明涉及轴流式叶轮机械领域，具体是一种轴流压气机的转动叶片排布局。

二、背景技术

提高压气机气动性能是现代高性能轴流压气机气动设计的需要，提高压气机气动性能包括提高设计增压比、效率以及气动稳定性。一般来说，现有常规的轴流压气机叶片排采用完全轴对称的、均匀布局的设计方案，即同一排的所有叶片均具有同样的几何形状和尺寸，且在压气机轴向的排列位置相同，相邻的叶片在圆周方向的间距均相同。对于这种常规排列的压气机转动叶片排来说，当设计气动负荷较高而采用较大叶片稠度时，增压比通常是随压气机流量的减小而明显增加，即动叶进口气流攻角越大，增压比就越大。但是，在压气机气动设计中，为了提高压气机的稳定裕度，动叶设计的进口气流攻角不能太大，因而使得设计点的增压比并不高，同时，过分增大叶片稠度也使气动效率降低。

在公告号为CN1955492的中国发明专利中公开了一种压气机叶栅的气动布局方案，通过叶片排中的两个相邻叶片的前缘在压气机轴向的位置交错排列(移动距离为叶片轴向弦长的5％～15％)，当位置在前的叶片(叶片1)工作在大的进口正攻角状态时，由于叶片1的叶盆表面对流入气流的限制与导向作用，前缘轴向位置向后移动的叶片(叶片2)的进口气流攻角减小，从而使叶片2的流动得到改善，提高压气机的气动稳定性。

为了提高压气机动叶的气动负荷，现有技术的压气机动叶必须加大叶片弯度并通过增大稠度的方法来提高气流的转折角，即加大叶片排的增压比。但是，当稠度增大到一定值后，对设计点小攻角状态下转折角的提高效果很有限，并引起设计点附近流动损失明显上升。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的压气机转动叶片排设计点小攻角状态下气流转折角难以有效提高的不足，本发明提出了一种轴流压气机的转动叶片排布局。

本发明的技术方案是将轴流压气机一个转动叶片排中的所有叶片沿圆周方向以叶片组为单元进行周期性排列，圆周方向的正向定义为由叶片的叶盆指向叶片的叶背；每个叶片组由2N+1个叶片构成，其中的N等于2或3或4，且该叶片组中第2N+1个叶片同时又是沿圆周方向相邻的下一个叶片组的第1个叶片；在每个叶片组中，第2个叶片位于第1个叶片的叶背表面一侧，第3个叶片位于第2个叶片的叶背表面一侧，而叶片组中其余的叶片也按相同的方式进行排列；每个叶片组中的各叶片前缘按压气机轴线方向的位置前后不同进行排布，其相邻叶片前缘位置的连线构成一个三角波，三角波的周期T即为叶片组第1个叶片与第2N+1个叶片前缘沿圆周方向的距离；每个叶片组中第1个叶片和第2N+1个叶片的前缘位于三角波的波峰处，第N+1个叶片的前缘位于三角波的波谷处；三角波的波幅为波峰处与波谷处之间的距离在压气机轴向的投影P，并且P等于第1个叶片弦长在压气机轴向投影长度的0.10×N～0.15×N倍；每个叶片组中第2至第N+1个叶片与同该叶片叶盆一侧相邻的叶片相比，第2至第N+1个叶片按照压气机轴向定义的叶片进口几何角分别减小0.5°～2.0°；每个叶片组中第N+2至第2N个叶片与同该叶片叶盆一侧相邻的叶片相比，第N+2至第2N个叶片按照压气机轴向定义的叶片进口几何角分别增大0.5°～2.0°。每个叶片组中第2至第2N个叶片与第1个叶片相比，叶片的弯角分别增大0°～0.5°。

本发明中，X方向为轴流压气机转动叶片排的圆周方向；Z方向为压气机的轴向。

下面以本发明中N＝2的技术方案说明其工作原理，N＝3及N＝4的技术方案与此类同。

在一个周期中，由于5个叶片前缘的沿压气机轴向Z位置不同，它们依次排列后所构成的叶片气流通道为四种不同的形式，即第一个叶片的叶背与第二个叶片的叶盆构成气流通道A，第二个叶片的叶背与第三个叶片的叶盆构成的气流通道B，第三个叶片的叶背与第四个叶片的叶盆构成的气流通道C，第四个叶片的叶背与相邻的另一组的第一个叶片的叶盆构成的气流通道D。

一般来说，构成同一气流通道的相邻叶片叶盆及叶背两个表面的相对轴向位置不同时，对流动产生的影响也是不同的。如构成一个气流通道的两相邻叶片的叶背和叶盆表面的轴向相对位置相同时，就是现有技术中常规的叶片均匀对称排布叶片排所对应的气流通道。相比均匀对称叶栅，当叶盆表面轴向位置在前时，构成该通道的叶盆表面对通道另一侧的叶背表面气体流动产生作用的位置提前，作用加强，通道中的流动条件将得到改善，叶背表面的附面层不易分离；相反，当叶盆表面轴向位置在后时，构成该通道的叶盆表面对通道另一侧的叶背表面气体流动产生作用的位置退后，其作用减弱，通道中的流动条件将恶化，叶背表面的附面层容易分离。