[发明专利]一种叶片式压气机的微分导叶切片及可调导叶装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶片式压气机的微分导叶切片及可调导叶装置，用于改善压气机导叶与下游转轮之间气流角匹配特性，达到大幅拓宽压气机流量范围且改善压气机工况适应性的目的。属于流体机械领域。

背景技术

叶片式压气机是用于实现气体增压的装置，广泛应用于航空、航天、汽车、化工、电力行业。其核心部件为可高速转动的叶片式叶轮，可分为轴流式、径流式及混流式。在一定的高转速运转条件下，可通过压气机的最大气体质量流量称为堵塞流量；随着压比的提高，通过压气机的气体质量流量逐渐减小，进入压气机叶轮的气流攻角会逐渐增大，引起叶轮内部出现明显的流动分离和攻角损失。当通过压气机的气体流量减小到一定程度时，压气机叶轮内部会形成大尺度流动分离或轴向回流，引起压气机工作不稳定，继而导致压气机喘振，此时对应的通过压气机的气体质量流量称为喘振流量。堵塞流量和喘振流量的差称为压气机在某一固定转速下的流量范围。流量范围是压气机的一个重要性能指标，反映压气机适应变工况的能力，流量范围越宽，意味着压气机具有更好的工况适应性能。为拓宽压气机的流量范围，目前最常用的方法是在压气机叶轮前安置可动态调节的导叶装置，可根据压气机的实际工况调节导叶角度，从而对进入叶轮前的气流进行预旋并调节气流进入叶轮时的攻角以达到拓宽流量范围的目的。

对于目前所采用的可调导叶方法，尽管可在一定程度上实现攻角匹配和流量范围拓宽的目的，但是并不能达到理想的气流预旋效果。这是因为压气机变工况时(如转速发生变化)，叶片根部至顶部由于线速度的不同而导致气流所产生的攻角也不同。而目前所采用的可调导叶叶片为整体刚性结构，在进行旋转调节以适应压气机变工况特性时，即导叶改变气流角的幅度从根部到顶部基本相同。这就导致气流在进入叶轮时沿叶高方向无法同时实现整体最佳攻角状态，从而仍然无法避免或延迟叶轮内部部分区域的分离流动，因而对流量范围的扩展能力无法发挥至最佳状态。因而开发一种能沿叶高方向对气流进行非等变角旋流控制的导叶装置对于进一步提升压气机性能具有重要意义。

经国内外文献检索，未发现可用于实现叶轮进口气流在压气机变工况时可沿叶高方向进行非等变角控制的导流装置。

发明内容

本发明提供一种叶片式压气机的微分导叶切片及可调导叶装置，可以有效的解决常规气流预旋无法同时兼顾叶根和叶尖的气流攻角问题，实现气流攻角沿径向的同步控制，获得极佳的扩稳效果。

一种叶片式压气机的微分导叶切片，微分导叶切片为整体片状结构，微分导叶切片上的叶片沿中心轴周向有4～10片沿周向均匀分布或非均匀分布，叶片的厚度为0.5mm～5mm，在其中的一片或多片叶片根部正中加工有贯通的弹片槽，弹片槽宽度不大于1mm，用于安装弹片。

可调导叶装置包括导叶支架、微分导叶切片、弹片、旋转杆和旋转环，外围设备为压气机机匣；其中导叶支架包括固定导叶、进气套管、导流锥和支架中心轴，进气套管尾部外圆周上有定位台阶，内壁上有限位槽，固定导叶、导流锥、支架中心轴以及进气套管为一次加工成型或独立加工后进行固定连接，固定导叶沿支架中心轴周向有4～10片沿周向均匀分布或非均匀分布，导流锥位于支架中心轴前端；其连接关系为：弹片固定在支架上，依次将微分导叶切片逐一穿过弹片槽并固定在导叶支架的中心轴上，将最后一片切片的旋转杆通过旋转杆推入槽推入限位槽中，在进气套管上对应位置套入旋转环，将进气进气套管与压气机机匣套接，完成可调导叶装置的安装。

固定导叶的等叶高截面形状可为等厚度板状或翼型前部形状，为翼型前部形状时叶片后端厚度应为翼型叶片的最大厚度，支架中心轴的半径尺寸范围为2mm和三分之一固定导叶直径之间；旋转杆长度大于微分叶片长度与进气套管厚度之和，其它参数与单个微分导叶切片相同；弹片为厚度小于1mm的高弹性材料薄片，其宽度应小于单个微分导叶切片上的弹片槽宽度，长度应大于所有微分导叶切片和旋转杆切片叠加后的总轴向长度5～10mm。

工作过程：转动旋转环时，旋转杆同步转动，牵引弹片变形从而同时带动导叶切片绕支架中心轴旋转实现导叶变形，其几何角变化近似等同于弹片的几何角变化。由于弹片为单端固定结构，因此距离旋转杆越近的微分导叶切片周向旋转角越大，从而实现导叶几何角沿轴向的平滑过渡；同时由于每一片微分导叶切片都绕中心轴旋转，微分导叶切片半径越大的区域周向转角越大，而越接近支架中心轴处则周向转角越小，从而实现了导叶几何角沿叶高方向的非等角变化控制。此外，通过改变弹片的径向位置，还可以调节旋转环的最大允许转动角从而调节微分导叶切片的几何角调节范围。