[发明专利]一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法，属于叶轮机械领域，适用于航空、能源和化工等行业。可用于提高压气机的稳定工作范围，特别是针对高负荷跨音压气机。

背景技术

压气机作为燃气轮机的核心部件之一，广泛的应用于航空发动机、船舶发动机和能源工业等领域。气体在流经压气机的过程中，旋转的叶轮对气流做功，因此气体的压力得以升高。在一定的转速条件下，当流经压气机的气体流量降低到一定程度时，会发生旋转失速等流动不稳定现象，影响压气机的稳定工作范围。压气机进入不稳定工况时，性能会明显恶化，严重时会发生强烈的振动，对机件造成严重的损坏。

为了提高压气机的稳定工作范围，推迟失速的发生，研究人员提出了多种压气机失稳控制方法，包括叶顶喷气、中间级放气、采用掠叶片和机匣处理等。其中机匣处理是一种被广泛采用的流动控制方法。作为一种被动流动控制方法，机匣处理方法不需要其他的复杂控制系统，具有可靠性高、结构上容易实现和扩稳效果好等优点，已经在许多相关领域得到了实际的应用。

目前常见的机匣处理结构包括周向槽机匣处理、轴向缝机匣处理和自适应流通机匣处理等。大量的研究表明，压气机叶顶区域流动和失速的发生具有密切的关系。对于跨音压气机，叶顶区域存在泄漏涡、激波和边界层等复杂流动结构及其相互作用，会造成叶顶区域的流动损失和堵塞，是引起压气机失速的重要原因。机匣处理通过改变压气机机匣的几何结构，可以对叶顶泄漏涡和边界层分离起到抑制作用，缓解叶顶区域的堵塞，从而能够提高压气机的稳定工作范围。

采用怎样的机匣处理结构能够有效地推迟压气机失速的发生，是研究人员致力于解决的关键问题之一。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法，对叶顶区域的流体进行大范围的周向和轴向的输运，以有效地推迟压气机失速的发生，提高压气机的稳定工作范围。

本发明为解决其技术问题所采用的技术解决方案为：一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法，所述压气机包括压气机动叶和压气机处理机匣，其特征在于，所述流动控制方法包括：

SS1.在所述压气机动叶顶部对应的压气机处理机匣壁面开设若干平行设置的互不连通的周向槽，在压气机动叶叶顶压力面和吸力面之间压差的驱动下，叶顶压力面附近的高压流体能够进入周向槽，周向槽对进入槽内的流体进行周向输运，并将其从叶顶吸力面附近的低压区域重新射入主流；

SS2.在所述若干平行设置的周向槽的底部开设若干离散缝，各所述离散缝之间具有一定的间隙并沿周向均匀分布在所述压气机处理机匣壁面上，所述离散缝将各所述周向槽相连通，为各所述周向槽提供流体交换的通道，在叶片通道的下游高压区域，进入周向槽内的流体能够进入离散缝内，离散缝将流体向上游输运，流体从离散缝内流出后再经过周向槽从叶片通道上游的低压区域重新射入主流。流入与流出周向槽和主流交界面的流体和泄漏流相互作用，能够对泄漏涡起到抑制作用，从而缓解了泄漏涡引起的堵塞，并使泄漏流和主流的交界面向叶片通道下游移动，推迟叶顶前缘附近泄漏流溢出的发生。随着压气机流量的减小、载荷的提高，周向槽和离散缝对流体的输运能力增强，可以有效地提高压气机的稳定工作范围。

优选地，各所述周向槽位于压气机动叶叶顶轴向弦长范围内，各所述周向槽所在轴向范围为0.5～1倍压气机动叶叶顶轴向弦长。

优选地，所述的周向槽的数目为2-10个。

优选地，各所述离散缝轴向长度为1～1.5倍的周向槽所在范围的轴向长度，且各所述离散缝和所述压气机轴向/径向的夹角均为0-89度。

优选地，所述的位于周向槽底部的缝的截面形状可以是矩形、半圆形、椭圆形和三角形。

优选地，所述单个叶片通道对应的周向范围内周向槽底部缝的个数为1-10个。

本发明的压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法，通过压气机处理机匣和叶片通道之间的流体进行大范围的周向和轴向的输运，通过叶顶区域的流体质量和动量交换来改善叶顶流场，大大提高了压气机失速裕度，起到提高压气机稳定工作范围的作用。

本发明所提出的用于压气机扩稳的带离散缝式周向槽机匣处理方法和现有方法相比，具有的优势为：