[发明专利]一种带自抽吸作用的高负荷氦气压气机叶栅结构

说明书

本发明的目的在于提供一种带自抽吸作用的高负荷氦气压气机叶栅结构，包括压气机叶栅，所述压气机叶栅为扩缩型叶栅，叶栅的进口到弦长的70％‑80％范围内扩张，弦长的后20％‑30％到叶栅出口收缩，压气机的收缩结构位于叶栅弦长的后20％‑30％范围内，气流在收缩通道内加速从而产生自抽吸效果进而抑制边界层的进一步发展。本发明在氦气压气机叶尖切线速度不变的情况下，通过增加轴向速度以及采用较大的负预旋实现增加负荷的目的。同时本发明利用本设计方法所特有的流道形式所产生的流道自抽吸作用控制压气机吸力面边界层的发展，防止吸力面分离的发生，使得该种压气机在超高负荷的情况下具有良好的经济性和稳定性。

技术领域

本发明涉及的是一种压气机，具体地说是压气机叶栅。

背景技术

以氦为工质的闭式布雷顿循环，其在经济性、热源选择的多样性以及环境保护等方面具有明显优势，在核能应用、深空探测、高超声速飞行、水下无人潜器以及太阳能发电等领域有着广阔的应用前景，是未来热电转换主推的动力循环方式之一。但是由于氦气的热物性特征(大比热、高音速、大等熵指数等)，使其很难被压缩。基于一般空气压气机经验设计的氦气压气机需要很多级才能获得不高的压比并且压缩效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供减少氦气轮机的级数、提高此种闭式布雷顿循环的功率密度，使其具有更好的在核能应用、高超声速飞行、水下潜器动力、太阳能发电等领域应用能力的一种带自抽吸作用的高负荷氦气压气机叶栅结构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种带自抽吸作用的高负荷氦气压气机叶栅结构，其特征是：包括压气机叶栅，所述压气机叶栅为扩缩型叶栅，叶栅的进口到弦长的70％-80％范围内扩张，弦长的后20％-30％到叶栅出口收缩，压气机的收缩结构位于叶栅弦长的后20％-30％范围内，气流在收缩通道内加速从而产生自抽吸效果进而抑制边界层的进一步发展。

本发明的优势在于：本发明在氦气压气机叶尖切线速度不变的情况下，通过增加轴向速度以及采用较大的负预旋实现增加负荷的目的。同时本发明利用本设计方法所特有的流道形式所产生的流道自抽吸作用控制压气机吸力面边界层的发展，防止吸力面分离的发生，使得该种压气机在超高负荷的情况下具有良好的经济性和稳定性。

附图说明

图1为常规压气机速度三角形；

图2为高负荷氦气压气机速度三角形；

图3为常规压气机流道形式；

图4为紧凑型高负荷压气机流道形式；

图5为紧凑型高负荷压气机动叶静压沿弦长分布；

图6为相对流量与总压比的关系；

图7为相对流量与绝热效率的关系。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-7，压气机叶栅结构是扩缩型叶栅，即叶栅的进口到弦长的70％-80％范围内扩张而弦长的后20％-30％到叶栅出口收缩(F3>F2>F1)，应用于高负荷氦气压气机；压气机通过增加负预旋来提高扭转速度从而提高压气机对工质的加工量；压气机的收缩结构一般位于叶栅弦长的后20％-30％范围内，气流在收缩通道内加速从而产生自抽吸效果进而抑制边界层的进一步发展，达到提高压气机效率和稳定性的目的。

从叶轮机械的欧拉基本方程可知压气机对空气的加功量可以写为：

L＝UΔWu