葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽的壓氣機(jī)靜子葉柵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓氣機(jī)靜子葉柵流動(dòng)控制，尤其涉及一種抑制壓氣機(jī)靜子角區(qū)分離的 壓氣機(jī)靜子葉柵葉根開(kāi)槽的流動(dòng)控制方案，屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的被動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在葉輪機(jī)械的內(nèi)部流動(dòng)中，最復(fù)雜的是角區(qū)的流動(dòng)，吸力面和端壁間的角區(qū)流動(dòng) 中存在端壁附面層、葉片附面層、各種渦結(jié)構(gòu)及其相互作用，是引起壓氣機(jī)靜子性能惡化的 主要因素。角區(qū)的流動(dòng)分離會(huì)導(dǎo)致通道堵塞、葉片載荷以及擴(kuò)壓能力下降，從而造成總壓損 失和效率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)喘振。壓氣機(jī)靜子角區(qū)流動(dòng)損失在級(jí)的總損失中占的 比重較大，因此，設(shè)法抑制壓氣機(jī)靜子角區(qū)分離是降低角區(qū)損失和延緩由于角區(qū)分離造成 的發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化問(wèn)題的重要途徑。
[0003]目前，針對(duì)壓氣機(jī)靜子角區(qū)分離與失速的流動(dòng)控制技術(shù)主要可以分為主動(dòng)控制和 被動(dòng)控制兩大類(lèi)。主動(dòng)控制技術(shù)主要有等離子體激勵(lì)、附面層吹吸技術(shù)、合成射流等；被動(dòng) 控制技術(shù)主要有旋渦發(fā)生器、翼刀、端壁造型等。這些控制方法都利弊共存，角區(qū)控制方法 還需進(jìn)一步研究。
[0004] 我們課題組前期提出了葉根開(kāi)槽控制葉柵角區(qū)分離的技術(shù)（燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研 究，2007, Vol. 20, No. 3, 28-33)，在壓氣機(jī)靜子葉柵葉根開(kāi)槽，利用葉片壓力面和吸力面間 的壓差形成射流，增加角區(qū)的低能流體動(dòng)能，吹除葉片吸力面和端壁附面層的氣流，從而抑 制角區(qū)分離。具體實(shí)施方法是：首先分別在葉片壓力面和吸力面上不同位置取點(diǎn)A、B和C、 D，再利用圓弧連接AC和BD構(gòu)成槽道。上述技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)：對(duì)于工程應(yīng)用，開(kāi)槽方 案比較偏理想化，連接圓弧比較隨機(jī)，不好加工；尤其是形成的射流速度方向無(wú)法控制，可 能與主流方向夾角較大而產(chǎn)生"臺(tái)階"流動(dòng)從而產(chǎn)生負(fù)效果，使得控制方案難以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提出一種易于加工、方便對(duì)幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的控制壓氣機(jī) 靜子葉柵角區(qū)分離流動(dòng)的葉根開(kāi)槽控制方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 在軸流式壓氣機(jī)靜子葉柵的葉根端壁處開(kāi)設(shè)槽道。
[0008] 所述槽道展向高度為恒定值，且取葉柵高度的2%到20%間的值。
[0009] 所述槽道可有一個(gè)或者多個(gè)。
[0010] 所述槽道進(jìn)口位于壓氣機(jī)靜子葉柵壓力面。
[0011] 所述槽道出口位于壓氣機(jī)靜子葉柵吸力面。
[0012] 所述槽道進(jìn)口所在的軸向位置位于槽道出口所在的軸向位置上游。
[0013] 所述槽道中心線(xiàn)為圓弧形，且槽道兩側(cè)壁與中心線(xiàn)等距。
[0014] 所述槽道側(cè)壁出口與葉柵吸力面下游壁面相切。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：通過(guò)在壓氣機(jī)靜子葉柵葉根端壁處自壓力面向吸力面開(kāi) 設(shè)等寬圓弧形槽道，利用葉片自身壓力面和吸力面之間的壓差形成高速射流，增加角區(qū)低 能流體的動(dòng)能，使得其抵抗逆壓力梯度能力更強(qiáng)，避免流動(dòng)過(guò)早形成角區(qū)分離；高速流體吹 除了吸力面附面層及端壁附面層氣流，使得附面層氣流變薄加速，附面層速度型更加飽滿(mǎn)， 抵抗逆壓力梯度能力更強(qiáng)，抑制吸力面和端壁的流動(dòng)分離；槽道側(cè)壁出口與葉柵吸力面下 游壁面相切，使得高速射流速度方向也基本與吸力面下游壁面相切，從而還額外帶來(lái)了康 達(dá)效應(yīng)，產(chǎn)生很強(qiáng)的附壁流動(dòng)，增加了"環(huán)量"，也能更好地抑制角區(qū)分離。從而增加葉柵流 通能力，降低總壓損失，增大擴(kuò)壓能力。
[0016] 與我們課題組前期提出的控制技術(shù)相比，本發(fā)明的等寬圓弧形槽道中心線(xiàn)為圓 弧，槽道垂直于端壁的壁面且與中心線(xiàn)等距，槽道出口與葉柵吸力面下游相切，槽道光滑過(guò) 渡，利于加工；并且高速射流速度方向可控，易于開(kāi)槽方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且?guī)?lái)了額外的 康達(dá)效應(yīng)，有更好的角區(qū)分離抑制效果。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽壓氣機(jī)靜子葉柵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽壓氣機(jī)靜子葉柵槽道橫截面示意圖。
[0019] 圖3是葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽道壓氣機(jī)靜子葉柵沿葉柵展向示意圖。
[0020] 圖4是葉根未開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽的原型葉柵葉柵表面與端壁的流線(xiàn)圖。
[0021] 圖5是葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽的壓氣機(jī)靜子葉柵葉柵表面與端壁的流線(xiàn)圖。
[0022] 圖6是葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽的自壓差射流壓氣機(jī)靜子葉柵與葉根未開(kāi)設(shè)槽道的 原型葉柵性能參數(shù)對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。
[0024] 如圖1所示，葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽壓氣機(jī)靜子葉柵，在葉柵1根部端壁2處，自葉 柵1壓力面3到吸力面4開(kāi)設(shè)有等寬圓弧形槽道5。
[0025] 如圖2所示，根據(jù)PVD原型靜子葉柵流場(chǎng)情況，槽道5在吸力面4上出口的位置選 取在分離點(diǎn)前；沿葉柵軸向，槽道5在壓力面3上進(jìn)口的位置位于吸力面4出口位置上游； 根據(jù)PVD原型靜子葉柵表面壓力分布，槽道5在壓力面3上進(jìn)口的位置選在壓力面3上表 面靜壓較大處；槽道5兩側(cè)壁距中心線(xiàn)的距離均為3. 6%軸向弦長(zhǎng)，根據(jù)實(shí)際情況，該值可 在0. 5%到6%間進(jìn)行調(diào)整。
[0026] 如圖3所示，槽道5在展向等高，均為10%葉展高度，根據(jù)實(shí)際情況該值可在2% 到20%葉展高度間進(jìn)行調(diào)整。
[0027] 為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，本發(fā)明人對(duì)葉根未開(kāi)設(shè)槽道的PVD原型葉柵及葉根開(kāi)設(shè) 等寬圓弧槽的壓氣機(jī)靜子葉柵進(jìn)行了數(shù)值模擬。具體模擬參數(shù)和結(jié)果如下：
[0028] 用于模擬的PVD葉柵葉型參數(shù)如下表所示：
[0029]
[0030] 如圖4、圖5所示，通過(guò)對(duì)比開(kāi)槽前后吸力面4及端壁2的流線(xiàn)圖可以發(fā)現(xiàn)，葉根開(kāi) 設(shè)等寬圓弧槽的壓氣機(jī)靜子葉柵與葉根未開(kāi)設(shè)槽道的PVD原型葉柵相比，開(kāi)槽后端壁面所 形成的分離流動(dòng)區(qū)域明顯減小，故葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽可延緩及抑制分離的發(fā)生。
[0031] 如圖6所示，通過(guò)數(shù)值模擬的總壓損失系數(shù)、落后角及壓比的結(jié)果，可以看出，開(kāi) 槽形狀為等寬圓弧形的葉根開(kāi)槽壓氣機(jī)靜子葉柵與原型葉柵相比，總壓損失系數(shù)降低了 56. 52%，壓比增加了 0. 039%，落后角減小了 78. 91%。
[0032] 可見(jiàn)，本發(fā)明的葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽的壓氣機(jī)靜子葉柵的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)自葉柵 壓力面向葉柵吸力面開(kāi)槽射流改善了端壁邊界層流動(dòng)狀況，減小了端壁分離區(qū)域面積，實(shí) 現(xiàn)了抑制角區(qū)分離的目的。進(jìn)而減小了角區(qū)分離所導(dǎo)致的損失，減小了總壓損失，增大了壓 比，減小了落后角，有利于提高壓氣機(jī)性能及其穩(wěn)定性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軸流式壓氣機(jī)靜子葉柵，其特征在于： 在軸流式壓氣機(jī)靜子葉柵（1)的葉根端壁（2)處開(kāi)設(shè)槽道（5)， 其中，所述槽道（5)展向高度為恒定值，且取葉柵高度的2%到20%間的值， 所述槽道（5)可有一個(gè)或者多個(gè)， 所述槽道（5)進(jìn)口位于壓氣機(jī)靜子葉柵（1)壓力面（3)， 所述槽道（5)出口位于壓氣機(jī)靜子葉柵（1)吸力面（4)， 所述槽道（5)進(jìn)口所在軸向位置位于槽道（5)出口所在軸向位置上游， 所述槽道（5)中心線(xiàn)為圓弧形，且槽道（5)兩側(cè)壁與中心線(xiàn)等距， 所述槽道側(cè)壁出口與葉柵吸力面下游相切。
【專(zhuān)利摘要】葉根開(kāi)設(shè)等寬圓弧槽的壓氣機(jī)靜子葉柵，涉及葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的被動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)。其目的在于通過(guò)在壓氣機(jī)靜子葉柵葉根端壁處自壓力面向吸力面開(kāi)設(shè)等寬圓弧形槽道，利用葉片自身壓差形成高速射流，增加角區(qū)低能流體動(dòng)能，吹除吸力面附面層及端壁附面層氣流，使得抵抗逆壓力梯度能力更強(qiáng)，還額外帶來(lái)了康達(dá)效應(yīng)，更好地抑制角區(qū)分離。所述槽道位于壓氣機(jī)靜子葉柵葉根端壁處，展向高度為恒定值，槽道可有一個(gè)或多個(gè)，槽道進(jìn)口位于靜子葉柵壓力面，出口位于葉柵吸力面，槽道中心線(xiàn)為圓弧且槽道兩側(cè)壁與中心線(xiàn)等距，槽道側(cè)壁出口與葉柵吸力面下游壁面相切。本發(fā)明的有益效果在于：有效抑制角區(qū)分離，增加葉柵流通能力，降低總壓損失，增大擴(kuò)壓能力。
【IPC分類(lèi)】F04D29/54
【公開(kāi)號(hào)】CN105156361
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510583793
【發(fā)明人】柳陽(yáng)威, 唐雨萌, 陸利蓬, 孫槿靜
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月14日