壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匣處理擴(kuò)穩(wěn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及流體機(jī)械壓氣機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理 擴(kuò)穩(wěn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)作為一種廣泛應(yīng)用的流體機(jī)械，如何提高其工作穩(wěn)定性一直是 研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。國際上對提高穩(wěn)定性裕度的擴(kuò)穩(wěn)措施進(jìn)行了各種探索，主要包括可調(diào)葉 片，機(jī)匯處理（周向槽和軸向縫），葉頂噴氣，大小葉片等。機(jī)匯處理作為一種有效的被動擴(kuò) 穩(wěn)措施，出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代，因其結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，擴(kuò)穩(wěn)效果良好，得到了廣泛的研 究與應(yīng)用。多年來，機(jī)匯處理的擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理及其設(shè)計方法一直是葉輪機(jī)匯領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和 難點(diǎn)問題。
[0003] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)具有周向槽和軸向縫的機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置的機(jī)構(gòu)和原理示意圖。 下面結(jié)合圖1，對兩種典型的機(jī)匯處理方式一周向槽（圖1中（a))和縫式機(jī)匯處理（圖1 中化-d))的相關(guān)研究結(jié)果進(jìn)行回顧。對縫式機(jī)匯處理而言，對軸向縫（圖1中化)）、軸向 傾斜縫（圖1中（C))、和葉片角向縫（圖1(d))Η種型式的機(jī)匯處理研究最多。其結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)是縫的長度比縫的寬度大得多，開縫面積周向覆蓋率約為2/3,齒厚和葉尖部基元葉片的 最大厚度相當(dāng)，齒間距約為齒厚的2倍，其縫深方向與壓氣機(jī)徑向呈一定夾角。諸多文獻(xiàn)較 的實(shí)驗結(jié)果表明，無論是針對亞音速轉(zhuǎn)子還是跨音速轉(zhuǎn)子，縫式處理機(jī)匯都能夠獲得20 % 左右的裕度改進(jìn)量，但也伴隨著高至10%左右的效率損失。從Moore公布的帶縫式處理機(jī) 匯的轉(zhuǎn)子基元性能看，采用葉片角向短縫在提高擴(kuò)穩(wěn)裕度和減小效率損失兩個方面都表現(xiàn) 出了較好的潛力。在均勻來流情況下，失速裕度的增長僅次于軸向斜縫處理機(jī)匯的3%，對 壓氣機(jī)效率帶來的負(fù)面影響在各種縫結(jié)構(gòu)中最小，僅次于周向槽處理機(jī)匯。
[0004] 在此基礎(chǔ)上，研究者們還調(diào)整了它們的結(jié)構(gòu)型式，并對一些關(guān)鍵幾何尺寸和結(jié)構(gòu) 型式進(jìn)行了實(shí)驗對比和分析。針對軸向傾斜縫式機(jī)匯處理，西北工業(yè)大學(xué)劉志偉等實(shí)驗研 究了縫沿徑向傾斜程度（如圖1(c)中縫的周向面與葉片徑向方向的夾角Θ)的影響，實(shí)驗 結(jié)果表明，合適的縫沿徑向傾斜角度能改善機(jī)匯處理的擴(kuò)穩(wěn)效果。均勻來流下，不論徑向傾 角Θ為45或60度，都能改善擴(kuò)穩(wěn)效果3%左右，徑向崎變來流下，徑向傾角為60度的縫式 處理機(jī)匯，能獲得更好的擴(kuò)穩(wěn)效果。
[0005] 由上述實(shí)驗結(jié)果看出，縫式處理機(jī)匯雖然能獲得20%左右的失速裕度增量，但也 嚴(yán)重惡化了壓氣機(jī)效率。研究者們試圖在送兩個關(guān)鍵的性能指標(biāo)之間尋找平衡。劉志偉等 借助亞音速壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗評定了傾斜縫式機(jī)匯處理的軸向放置位置。結(jié)果表明，當(dāng)把傾 斜縫式機(jī)匯處理前伸轉(zhuǎn)子軸向投影的50%時，仍能保持機(jī)匯處理位于轉(zhuǎn)子正上方時的擴(kuò)穩(wěn) 效果，但峰值效率損失卻減小了一半，即由10%下降到5%，失穩(wěn)點(diǎn)效率亦有類似的變化。 可見，縫的軸向位置不同會明顯地影響穩(wěn)定裕度和效率，可W根據(jù)對穩(wěn)定性裕度的要求，適 當(dāng)變更軸向縫的軸向位置，使效率損失減小。但過分的前伸，W致軸向縫與轉(zhuǎn)子頂部無重疊 時，則將出現(xiàn)負(fù)的裕度改進(jìn)量。
[0006] 目前的周向槽處理機(jī)匯方案是在機(jī)匯內(nèi)壁沿整個弦長方向布置一系列周向連續(xù) 槽，實(shí)現(xiàn)5%~15%的擴(kuò)穩(wěn)裕度。周向槽處理機(jī)匯的擴(kuò)穩(wěn)效果雖然不如縫類，但是因其對效 率的負(fù)面影響小，在跨音風(fēng)扇/壓氣機(jī)中對效率甚至?xí)碚嫣嵘饔茫蚨l(fā)國內(nèi) 外研究者們對周向槽的尺寸設(shè)計與布置進(jìn)行了大量研究。結(jié)果表明，對周向槽擴(kuò)穩(wěn)效果最 重要的兩個幾何參數(shù)是槽深和槽位。隨著槽深的增加，周向槽的擴(kuò)穩(wěn)效果會不斷提高直至 一個穩(wěn)定值，但與此同時，槽越深對效率的負(fù)面影響越大。因此，需要根據(jù)對壓氣機(jī)穩(wěn)定性 和效率的實(shí)際需求確定槽深參數(shù)。對于周向槽的位置參數(shù)，目前具有代表性的是劍橋大學(xué) Day等人在兩臺低速壓氣機(jī)開展的周向單槽實(shí)驗研究。研究發(fā)現(xiàn)位于葉片弦長中部附近的 周向單槽擴(kuò)穩(wěn)效果最佳，而位于距離葉片前緣20%軸向弦長位置的周向單槽幾乎沒有任何 擴(kuò)穩(wěn)效果。中國科學(xué)院工程熱物理研究所在低速軸流壓氣機(jī)上的周向單槽實(shí)驗也發(fā)現(xiàn)位于 葉片弦長中部的周向單槽能產(chǎn)生最明顯的擴(kuò)穩(wěn)效果。另外，工程熱物理研究所進(jìn)一步對周 向多槽進(jìn)行試驗研究，發(fā)現(xiàn)布置在葉片弦長中后部的周向多槽與全弦長布滿的周向槽方案 擴(kuò)穩(wěn)效果幾乎一致，并且?guī)淼男蕮p失影響最小。送些研究結(jié)果給周向槽的幾何參數(shù)設(shè) 計提供了一定的參考準(zhǔn)則。
[0007] 綜上所述，無論是周向槽還是縫式機(jī)匯處理，槽與縫的位置對壓氣機(jī)性能都起到 至關(guān)重要的作用。縫式機(jī)匯處理比周向槽擴(kuò)穩(wěn)裕度大，但也帶來更大的效率損失。目前尚 未找到一種機(jī)匯處理能夠綜合縫式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裕度大和周向槽機(jī)匯效率損失小的雙重 優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引（一）要解決的技術(shù)問題
[0009] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置，W 綜合縫式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裕度大和周向槽機(jī)匯效率損失小的雙重優(yōu)點(diǎn)。
[0010] (二）技術(shù)方案
[0011] 本發(fā)明壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置包括：機(jī)匯，呈圓筒狀；動葉片，設(shè)置 于所述機(jī)匯內(nèi)部，沿所述機(jī)匯中必軸可轉(zhuǎn)動；其中，在動葉片上游至動葉片弦長中部區(qū)域的 機(jī)匯內(nèi)壁開設(shè)有多條沿周向均勻分布、離散的縫式結(jié)構(gòu)，同時，在動葉片弦長中部至動葉片 尾緣區(qū)域的機(jī)匯內(nèi)壁開設(shè)有Μ條具有預(yù)設(shè)深寬比的周向槽。
[001引 （S)有益效果
[0013] 從上述技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置具有W下 有益效果：
[0014] (1)對壓氣機(jī)穩(wěn)定性而言，"前縫后槽式"機(jī)匯處理中的前縫相比與直接覆蓋在葉 頂上方的縫，擴(kuò)穩(wěn)效果幾乎一致；而位于葉片中后部的槽與全弦長范圍布置周向槽相比，擴(kuò) 穩(wěn)效果也幾乎一致，因此，送種"前縫后槽式"機(jī)匯處理能夠綜合縫與槽的擴(kuò)穩(wěn)潛力，W獲得 最大的擴(kuò)穩(wěn)裕度。
[0015] (2)從效率特性來看，"前縫后槽式"機(jī)匯處理中的前縫相比直接全部覆蓋在葉頂 上方的縫，帶來的效率損失會減小一半；位于葉片中后部的槽對效率影響幾乎為零，而沿全 弦長布置的周向槽會使效率降低，因此，送種"前縫后槽式"機(jī)匯結(jié)構(gòu)能在獲得較大擴(kuò)穩(wěn)裕 度的同時對效率的負(fù)面影響達(dá)到最小。
【附圖說明】
[0016] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)具有周向槽和軸向縫的機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置的機(jī)構(gòu)和原理示意圖；
[0017] 圖2A和圖2B分別為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置局部 的立體圖和剖面圖；
[0018] 圖3為機(jī)匯中軸向縫抑制泄漏流在葉片前緣發(fā)生溢出的原理圖；
[0019] 圖4為機(jī)匯中周向槽改變大逆壓梯度下發(fā)生倒流的泄漏流的運(yùn)行軌跡的原理圖；
[0020] 圖5為圖2A和圖2B所示壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置中軸向縫和周向槽 幾何造型與參數(shù)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語，例如"上V嚇"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022] 本發(fā)明壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置中，將風(fēng)扇/壓氣機(jī)機(jī)匯加工成為動 葉前緣附近布置軸向縫，弦長中部到尾緣部分布置周向槽的形式，能夠充分利用周向槽和 軸向縫的擴(kuò)穩(wěn)特征，達(dá)到最大程度改善失速裕度并減小效率損失的目的，使軸流風(fēng)扇/壓 氣機(jī)能夠在高壓比、寬失速裕度、高效率的工況下運(yùn)行。
[0023] 在本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例中，提供了一種壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝 置。圖2A和圖2B分別為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置局部的立 體圖和剖面圖。
[0024] 如圖2A和圖2B所示，本實(shí)施例壓氣機(jī)前縫后槽式機(jī)匯處理擴(kuò)穩(wěn)裝置包括；機(jī)匯， 呈圓筒狀；動葉片，設(shè)置于機(jī)匯內(nèi)部，沿所述機(jī)匯中必軸轉(zhuǎn)動；其中，在動葉片上游10%~ 50%軸向弦長位置至弦長中部區(qū)域的機(jī)匯內(nèi)壁開多條沿周向均勻分布、離散的軸向縫，在 動葉片弦長中部至尾緣區(qū)