[发明专利]一种用于轴流压气机的槽类端壁处理方法

说明书

本发明公开了一种用于轴流压气机的槽类端壁处理方法，通过峰值效率及近失速工况叶尖泄漏流速度轴向分量的分布，确定端壁处理的轴向范围，并在处理范围内开设若干锯齿形周向槽，通过减少指向上游的泄漏流降低压气机效率对叶尖间隙的敏感性。该槽类端壁处理方法可以降低压气机效率对叶尖间隙的敏感性。本发明利用峰值效率及近失速工况下的泄漏流轴向速度分布确定处理范围，在处理范围内开设锯齿型周向槽，减少流向上游的泄漏流，从而降低泄漏损失，在大间隙情况下保持甚至提高压气机效率，同时对压气机裕度几乎没有影响。

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，具体涉及一种用于轴流压气机的槽类端壁处理方法，用于降低燃气轮机轴流压气机叶尖间隙敏感性。

背景技术

燃气轮机压气机间隙区域的流动过程非常复杂，间隙流造成的损失在动叶和压气机级的总能量损失中占很大的比重。而压气机性能对叶尖间隙有着较高的敏感性，在运行过程中间隙的增大通常会导致压气机性能的衰退。在实际服役过程中，叶尖间隙可能发生暂时或永久性的增大，从而影响燃气轮机运行的经济性和稳定性。

端壁处理技术是一项较早研究和成功运用的压气机间隙流动控制方法，能够有效拓宽压气机稳定裕度，已经被广泛应用于众多发动机实际型号中，如美国的JT-9D发动机、CFM-56发动机，俄罗斯的ЛН-31Ф发动机以及我国的WP-14等航空燃气轮机发动机。基础的周向槽类及轴向缝类端壁处理示意图如图1、图2及图3所示。

对端壁处理的进一步研究发现，端壁处理的作用效果对压气机间隙大小不敏感，在一定的叶尖间隙范围内，其扩稳能力随间隙的增大的增强，能够有效降低压气机性能对间隙的敏感性。在一些特定的研究对象及运行工况下，合理的端壁处理方法能够在成功拓宽稳定裕度、降低间隙敏感性的同时，保持甚至提高大间隙下的压气机效率。以降低轴流压气机叶尖间隙敏感性为目的进行端壁处理，对维持燃气轮机短期及长期性能指标有着十分重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于降低燃气轮机压气机性能对转子叶尖间隙敏感性，基于转子叶尖泄漏流的速度分布，提供了一种用于轴流压气机的槽类端壁处理方法。

本发明采用如下的技术方案来实现：

一种用于轴流压气机的槽类端壁处理方法，通过峰值效率及近失速工况叶尖泄漏流速度轴向分量的分布，确定端壁处理的轴向范围，并在处理范围内开设若干锯齿形周向槽，通过减少指向上游的泄漏流降低压气机效率对叶尖间隙的敏感性。

本发明进一步的改进在于，具体步骤如下：

1)对需要处理的转子叶片进行建模，对其内部流场进行数值模拟，通过改变压气机背压的方式得到压气机特性线，并确定其数值峰值效率工况及近失速工况；

2)根据步骤1)中明确的峰值效率工况及近失速工况，提取叶尖间隙网格中间平面的流场速度信息，得到两个工况下泄漏流轴向速度沿轴向方向的分布曲线；

3)根据步骤2)中两个工况下泄漏流轴向速度沿轴向的分布曲线，确定峰值效率工况及近失速工况下泄漏流轴向速度w_L,x峰值的轴向位置Z_PE和Z_NS；

4)根据步骤3)中确定的两个工况下的泄漏流轴向速度w_L,x峰值的轴向位置Z_PE和Z_NS，确定端壁处理轴向范围位于两个峰值位置之间，轴向长度L＝Z_PE-Z_NS；

5)根据步骤4)中确定的端壁处理轴向长度，确定每个锯齿型处理槽的轴向长度L_S为L/5～L/3，即锯齿型处理槽的数目为3～5个；

6)锯齿形周向槽子午面轮廓的上游段垂直于压气机轴线，根据压气机转子叶尖间隙高度τ，确定锯齿形周向槽高度h为τ～4τ；