[发明专利]压气机及其叶片系统的加厚及布置方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及流体叶轮机械，更具体地涉及一种压气机以及压气机叶片系统的加厚及布置方法。

背景技术

压气机是航空发动机的核心部件之一，其功能是压缩空气以提高气体总温总压。压气机通流部分由转子叶片和静子叶片交错排列组成，其中转子叶片对气流做功，将机械功转化为气体的动能和静压能，而静子叶片则将气体的动能转化为静压升，并改变气流流动方向，以满足下一级转子叶片的需要。转子叶片和静子叶片均沿着周向均匀排列。图1为一种现有压气机的部分静子叶片的结构示意图，其中静子叶片1’沿着周向均匀排列。图1A-1C为图1中该种现有压气机的静子叶片的三个不同截面的流场分布示意图。

除上述功能外，工程应用中压气机可能还需满足其他要求，如对静子叶片加厚打孔以使支撑物通过或使卸荷腔的气体流出等。就对静子叶片加厚打孔而言，现有技术中采用的方法之一是根据打孔面积要求，对整个周向上的叶片中的部分静子叶片进行单纯加厚，即增加静子叶片的最大厚度，剩余的原始叶片叶型不变，形成一周有厚静子叶片11’有薄静子叶片12’的叶片排，如图2所示。图2A-2C为图2中该另一种现有压气机的静子叶片的三个不同截面的流场分布示意图。从图2A-2C中可以看出，厚静子叶片11’和其中一个薄静子叶片12’的50％叶高以上截面都发生了吸力面分离现象，出现了流动分离区域3’，且分离点比较靠前，分离区域大，厚薄静子叶片11’产生的流场出口不均匀性比较严重。而根据图1A-1C的显示，在对部分静子叶片进行加厚之前，流场出口的气流却是很均匀的。可见，尽管通过对部分叶片进行加厚可以使压气机满足一些其他方面的需求，但这种部分叶片加厚打破了出口气流的均匀性。

总的来说，现有技术的部分叶片加厚压气机至少存在以下缺点：1)在压气机多级环境中，由于部分叶片的加厚带来加厚前后压气机的总通道面积的改变，从而难以保证全台压气机中低转速的性能不受影响；2)由于部分叶片加厚从而使得叶片在周向上分布不均匀，致使压气机性能受到影响。

发明内容

因此，提供一种能够保证部分叶片加厚后中低转速的全台压气机性能基本不变并将部分加厚叶片产生的周向不均匀性对压气机性能影响降到最小的压气机以及压气机叶片系统的加厚及布置方法将是有利的。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种压气机，其包括多个周向排列的静子叶片，且每两个相邻的所述静子叶片之间都有气流通道，其中，所述多个周向排列的静子叶片由周期性交错分布的厚静子叶片和薄静子叶片组成，所述厚静子叶片的前缘与所述薄静子叶片的前缘对齐，所述厚静子叶片的叶背攻角与所述薄静子叶片的叶背攻角相等，且各个所述气流通道的喉道面积基本一致。

在本发明的该方面，由于厚静子叶片和薄静子叶片的叶背攻角一致，从而保证了厚静子叶片和薄静子叶片的前缘流动具有较好的一致性；而各个所述气流通道的喉道面积基本一致，保证了各气流通道的流量相等，降低了出口的不均匀性。

优选地，所述厚静子叶片的尾缘沿轴向超出所述薄静子叶片的尾缘，从而可以减少叶片后半段的扩张度。

进一步优选地，所述厚静子叶片的尾缘超出所述薄静子叶片的尾缘的部分小于等于所述薄静子叶片弦长的50％。

优选地，任意两个所述气流通道的喉道面积的差值小于2％，进一步保证各通道的流量相等，降低出口的不均匀性。

根据本发明的另一个方面，提供一种压气机叶片系统的加厚及布置方法，包括如下步骤：

1)根据设计输入计算需要加厚的静子叶片的叶片数和最大厚度；

2)保证最小总通道面积基本不变并计算得出加厚之后叶片系统的总静子叶片数；

3)对所述需要加厚的静子叶片进行详细叶片造型；

4)调整厚静子叶片和薄静子叶片的相对位置使各静子叶片的任意两个气流通道的喉道面积基本相等。

在本发明的该方面，由于加厚前后压气机的最小总通道面积保持不变，因而全台压气机中低转速性能基本不变；而压气机各通道喉道面积基本相等，保证了加厚后叶排的各通道的流量相等，设计得到的压气机可以将部分加厚叶片产生的周向不均匀性对压气机性能影响降到最小。

优选地，上述步骤3)还包括：

a)在所述叶片系统的周向上周期性交错分布所述需要加厚的静子叶片和不需要加厚的所述薄静子叶片，并使各所述静子叶片的前缘对齐；

b)对所述需要加厚的静子叶片进行加厚形成所述厚静子叶片，并使所述厚静子叶片的叶背攻角与所述薄静子叶片的叶背攻角相等；