[发明专利]叶根开设等宽直线槽的压气机静子叶栅

说明书

技术领域

本发明涉及压气机静子叶栅流动控制，尤其涉及一种抑制压气机静子角区分离的压气机静子叶栅叶根开槽的流动控制方案，属于叶轮机械技术领域的被动流动控制技术。

背景技术

在叶轮机械的内部流动中，最复杂的是角区的流动。吸力面和端壁间的角区流动中存在端壁附面层、叶片附面层、各种涡结构及其相互作用，是引起压气机静子性能恶化的主要因素。角区的流动分离会导致通道堵塞、叶片载荷以及扩压能力下降，从而造成总压损失和效率下降，严重时会引起发动机喘振。压气机静子角区流动损失在级的总损失中占的比重较大，因此，设法抑制压气机静子角区分离是降低角区损失和延缓由于角区分离造成的发动机性能恶化问题的重要途径。

目前，针对压气机静子角区分离与失速的流动控制技术主要可以分为主动控制和被动控制两大类。主动控制技术主要有等离子体激励、附面层吹吸技术、合成射流等；被动控制技术主要有旋涡发生器、翼刀、端壁造型等。这些控制方法都利弊共存，角区控制方法还需进一步研究。

我们课题组前期提出了叶根开槽控制叶栅角区分离的技术(燃气涡轮试验与研究，2007，Vol.20,No.3，28-33)，在压气机静子叶栅叶根开槽，利用叶片压力面和吸力面间的压差形成射流，增加角区的低能流体动能，吹除叶片吸力面和端壁附面层的气流，从而抑制角区分离。具体实施方法是：首先分别在叶片压力面和吸力面上不同位置取点A、B和C、D,再利用圆弧连接AC和BD构成槽道。上述技术至少存在以下缺点：对于工程应用，开槽方案连接圆弧比较随机，不好加工；控制参数太多，并且缺少设计准则，控制方案也难以优化设计。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种易于加工、方便对几何参数优化设计的控制压气机静子叶栅角区分离流动的叶根开槽控制方法。

本发明的技术方案如下：

在轴流式压气机静子叶栅的叶根端壁处开设槽道；

其中，所述槽道下壁面为端壁平面，展向高度为恒定值，其变化区间为叶栅高度的2％到20％间的值。

所述槽道可以有一个或者多个；

所述槽道进口位于压气机静子叶栅压力面；

所述槽道出口位于压气机静子叶栅吸力面；

所述槽道进口所在的轴向位置位于槽道出口所在的轴向位置上游；

所述槽道与叶片相连接处均圆角过渡；

所述槽道中心线为直线，且槽道两侧壁与中心线等距。

一种压气机静子叶栅叶根开设等宽直线槽流动控制方法，可根据控制前原型叶栅流场的分析结果，快速给出较好控制方案。与本控制方法相对应的具体设计准则如下：根据原型叶栅计算结果流场分析，先确定射流速度V和射流流量m，基于射流速度V，反算所需压力面和吸力面的压差Δp＝P1-P2(低速叶栅，一般马赫数小于0.3)或者压比Pt＝P1/P2(高速叶栅，一般马赫数大于0.3)，从而确定压力面开槽位置(对应压强P1)和吸力面开槽位置(对应压强P2)，再根据流量m和射流速度V得到开槽宽度。快速的得到初步的控制方案，在此基础上进行开槽优化设计。

本发明的有益效果在于：通过在压气机静子叶栅叶根端壁处自压力面向吸力面开设等宽直线槽，利用叶片自身压力面和吸力面之间的压差形成高速射流。高速射流增加了角区低能流体的动能，使得其抵抗逆压力梯度能力更强，避免流动过早形成角区分离；高速流体吹除了吸力面附面层及端壁附面层气流，使得附面层气流变薄加速，附面层速度型更加饱满，抵抗逆压力梯度能力更强，抑制吸力面和端壁的流动分离。抑制角区分离，从而增加叶栅流通能力，降低总压损失，增大扩压能力。

与我们课题组前期提出的控制技术相比，等宽直线槽具有易于加工的优势；并且给出了对应的设计准则，可以快速的进行控制方案初步设计，很方便进行优化设计，具有良好的工程应用前景。

附图说明

图1是叶根开设等宽直线槽的压气机静子叶栅结构示意图。

图2是叶根开设等宽直线槽的压气机静子叶栅槽道横截面示意图。

图3是叶根开设等宽直线槽的压气机静子叶栅沿叶栅展向示意图。

图4是叶根未开设槽道的原型叶栅叶栅表面与端壁的流线图。

图5是叶根开设等宽直线槽的压气机静子叶栅叶栅表面与端壁的流线图。

图6是叶根开设等宽直线槽的压气机静子叶栅与叶根未开设槽道的原型叶栅性能参数对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。