[实用新型]一种用于轴流压气机的槽类端壁处理

说明书

本实用新型公开了一种用于轴流压气机的槽类端壁处理，该槽类端壁处理包括开设在端壁处理的轴向范围内的若干锯齿形周向槽，且单个锯齿形周向槽的子午面轮廓由上游垂线段及下游圆弧段组成，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。该槽类端壁处理可以降低压气机效率对叶尖间隙的敏感性。本实用新型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

本实用新型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，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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型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，该槽类端壁处理包括开设在端壁处理的轴向范围内的若干锯齿形周向槽，且单个锯齿形周向槽的子午面轮廓由上游垂线段及下游圆弧段组成。

本实用新型进一步的改进在于，锯齿形周向槽的数量为3～5个，且呈均匀布置。

本实用新型进一步的改进在于，端壁处理的轴向范围位于峰值效率及近失速工况下泄漏流轴向速度分布的峰值位置之间。

本实用新型进一步的改进在于，上游垂线段垂直于压气机轴线，且高度为叶尖间隙的1倍至4倍。

本实用新型进一步的改进在于，下游圆弧段的圆弧圆心位于上游垂线段所在的直线上。

本实用新型进一步的改进在于，下游圆弧段的圆弧的半径r_CT为：

式中，L_S和h为单个锯齿形周向槽的长度和高度，γ为转子上方机匣与轴线的夹角。

本实用新型进一步的改进在于，单个锯齿形周向槽的长度L_S为L/5～L/3，L为端壁处理的轴向范围的轴向长度，且L＝Z_PE-Z_NS，Z_PE和Z_NS均为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。

本实用新型进一步的改进在于，单个锯齿形周向槽的高度h为τ～4τ，τ为压气机转子叶尖间隙高度。