[发明专利]抑制压气机静子角区分离的等离子体激励端壁周向布局方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种抑制压气机静子角区分离的等离子体激励端壁周向布局方法，属于叶轮机械技术领域的主动流动控制技术。

背景技术

压气机内部流动分离是导致压气机性能降低的主要因素，也是未来压气机发展过程中必须解决的问题。其中，在吸力面和端壁之间形成的角区分离流动，是压气机内部普遍存在的一种流动分离现象，一方面限制压气机负荷和静压升能力的提高，另一方面导致压气机效率和失速裕度的下降，是压气机内流动损失和流动堵塞的主要来源，严重时甚至引起失速和喘振。因此，如何抑制角区分离，是压气机设计中的一个关键问题。

流动控制技术用于改善角区流动，可以分为主动控制技术和被动控制技术，业界的研究主要集中在以下一些方面：

叶片弯掠、端壁翼刀、根部开槽等被动流动控制技术可以在特定的工作条件下有效抑制角区分离，但是随着压气机工作状态的变化，这些方法很难适应不同的工作条件。因此，发展能够控制压气机角区分离的主动流动控制技术成为一种重要趋势。目前研究较多的附面层吹吸技术是一种典型的主动流动控制技术，能够很好的抑制角区分离，但是其气路系统设计复杂，并且带来了一定的气体损失等缺点成为制约其发展的一个主要障碍。

等离子体气动激励是一种新兴的主动流动控制技术，其构造如图1所示。具有响应迅速、作用频带宽、无需移动机械部件、便于实时控制、功率消耗低等优点，成为了一种很有前景的主动流动控制技术。目前通过等离子体气动激励控制压气机角区分离的方法有叶片吸力面激励和端壁横向激励两种，吸力面激励可以抑制吸力面边界层分离，减小吸力面边界层对角区分离的贡献；端壁横向激励可以抑制低能流体的角区掺混，减小角区分离。但是这两种布局方法都不能显著减小角区分离，对角区流动改善有限。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明人进行了研究，并提出了本发明的技术方案，该技术方案实现了降低压气机静子叶栅角区分离损失的效果，从而提供

JI130060了一种更有效的抑制角区分离的等离子体气动布局方案。

本发明提供的等离子体激励端壁周向布局方案，相比现有技术的在压气机静子叶栅吸力面激励和端壁横向激励的布局方法，消除了压气机静子叶栅端壁上由压力面流向吸力面的壁面潜流，同时改善端壁边界层内的流动状况，能够有效阻止吸力面边界层和端壁边界层内低能流体在角区发生聚集及尾迹掺混，从而明显抑制了角区分离，使角区损失减小，实现提高压气机稳定性和效率的目的。

根据本发明的一个方面，提供了一种抑制压气机静子角区分离的方法，其特征在于包括：

A）用压气机控制器检测流动失稳先兆；

B）当压气机工作状态改变和/或攻角增大且压气机控制器检测到流动失稳先兆时，驱动在压气机静子叶栅端壁上沿周向布置的等离子体气动激励器电极，进行等离子体气动激励；

C）当压气机控制器检测到流动失稳先兆消失时，解除对所述等离子体气动激励器电极的所述驱动。

根据本发明的另一个方面，提供了一种压气机静子角区分离抑制装置，其特征在于包括：

压气机控制器，用于检测流动失稳先兆；

在压气机静子叶栅端壁上沿周向布置的等离子体气动激励器电极，用于当压气机工作状态改变和/或攻角增大且压气机控制器检测到流动失稳先兆时，受到驱动，从而进行等离子体气动激励；

其中，当压气机控制器检测到流动失稳先兆消失时，解除对所述等离子体气动激励器电极的所述驱动。

附图说明

图1为等离子体激励器电极的构造示意图。

图2为根据本发明的一个实施例的等离子体激励器电极在压气机静子叶栅端壁上布置的最大长度方案的示意图。

图3为根据本发明的另一个实施例的等离子体激励器电极在压气机静子叶栅端壁上布置的分段长度方案的示意图。

图4为根据本发明的又一个实施例的等离子体激励器电极在压气机静子叶栅端壁不同流向位置处的布置方案的示意图。

图5为等离子体激励器的数学模型示意图。

图6为根据本发明的实施例的采用端壁流向激励的方案的工况与无激励的方案的工况的极限流线对比。

图7A-7D显示了本发明的实施例中采用端壁流向激励的工况与无激励方案及现有技术的激励方案的工况总压损失系数对比。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，以下结合附图对本发明的实施例进行说明。

如图2－4所示，根据本发明的一个实施例的抑制压气机静子角区分离的等离子体激励端壁周向布局方法包括：