一種軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及葉輪機械的流動控制領(lǐng)域，具體地說，涉及一種軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn) 的離體小葉片。
【背景技術(shù)】
[0002] 在壓氣機中，由于流動逆壓梯度的作用，在葉片吸力面廣泛存在著流動分離現(xiàn)象， 并且隨著壓氣機流量的減小，流動分離越來越嚴重，發(fā)展到一定程度，分離的流體堵塞壓氣 機通道，使壓氣機進入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，嚴重影響著壓氣機的性能。因此有必要進行流動控 制技術(shù)的研究，對壓氣機的流動分離進行控制，提高其穩(wěn)定裕度。流動控制技術(shù)是利用流體 間的相互作用，通過改變局部流動達到控制流動狀態(tài)。可有效地抑制流動分離，擴大軸流壓 氣機穩(wěn)定工作范圍。
[0003] 公開的技術(shù)文獻"附面層抽吸對軸流壓氣機流動控制及性能影響的研究"（西北工 業(yè)大學，博士論文，2014，），針對軸流壓氣機的角區(qū)流動分離展開了附面層抽吸技術(shù)的研 究。即在葉片尾緣分離區(qū)開縫，抽取低能的分離流體，抑制分離流體的進一步發(fā)展。文獻中 在軸流壓氣機上的研究表明，附面層抽吸技術(shù)對壓氣機性能的改善效果受抽吸氣量的影響 較大，并且需要一套抽氣系統(tǒng)對該葉片附面層分離進行抽吸。這種改善角區(qū)分離的主動控 制方法需要增加氣路、控制器、執(zhí)行機構(gòu)及電源，另外還需要外界提供能量，這在一定程度 上制約了該方法的適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉 片;離體小葉片位于轉(zhuǎn)子葉柵通道內(nèi)，離體小葉片對轉(zhuǎn)子通道的流體進行流動控制，氣流流 過離體小葉片后產(chǎn)生的復雜誘導渦結(jié)構(gòu)會干擾主葉片吸力面邊界層流動的層流底層，湍動 能的增強使得邊界層層流流動提前變?yōu)橥牧?，從而抑制或延緩層流邊界層分離，提高了壓 氣機的穩(wěn)定工作裕度。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括轉(zhuǎn)子葉片、轉(zhuǎn)子葉片輪轂、離體 小葉片、固定裝置，所述離體小葉片安裝在轉(zhuǎn)子通道內(nèi)的每兩個轉(zhuǎn)子葉片之間，每個轉(zhuǎn)子葉 片配有一個離體小葉片，離體小葉片的軸向位置位于轉(zhuǎn)子葉片通道前緣20%的轉(zhuǎn)子葉根軸 向弦長處，周向位置距轉(zhuǎn)子葉片吸力面4.6%的轉(zhuǎn)子葉根周向弦長，離體小葉片葉根與轉(zhuǎn)子 葉片輪轂連接，離體小葉片葉頂處與轉(zhuǎn)子葉片吸力面通過固定裝置連接件，離體小葉片葉 根處的葉型安裝角為56°，葉頂處的葉型安裝角為57° ;固定轉(zhuǎn)置的寬度為離體小葉片弦長 的46.7%，高度為離體小葉片弦長的22.2%，離體小葉片葉高為轉(zhuǎn)子葉片葉高的24% ;離體 小葉片任意葉高截面葉型與轉(zhuǎn)子葉頂葉型一致，弦長為轉(zhuǎn)子葉片葉頂弦長的3%，離體小葉 片徑向積疊方式與轉(zhuǎn)子葉片的葉背在相同軸向弦長處的截面線相同。
[0006] 所述離體小葉片的基準葉型為NACA BC-6葉型。
[0007] 有益效果
[0008] 本發(fā)明提出的軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片，離體小葉片位于轉(zhuǎn)子葉柵通道 內(nèi)，離體小葉片對轉(zhuǎn)子通道的流體進行流動控制;氣流流過轉(zhuǎn)子葉柵時，在小流量工況下， 輪轂角區(qū)出現(xiàn)大量的流動分離現(xiàn)象，離體小葉片安裝在主葉片分離點上游附近，起到了引 導氣流的作用。氣流經(jīng)過離體小葉片的引導，產(chǎn)生的誘導渦結(jié)構(gòu)與葉主葉片的分離流體相 互作用，使分離流體更加貼近葉背流動，抑制了流動分離的進一步發(fā)展，進而擴大了壓氣機 流道的有效流通面積，提高壓氣機的流量裕度。與現(xiàn)有附面層抽吸主動控制技術(shù)相比，無需 額外的抽氣系統(tǒng)。在亞音速軸流壓氣機轉(zhuǎn)子上開展離體小葉片抑制壓氣機流動分離擴大流 量裕度的研究結(jié)果表明，未安裝離體小葉片的壓氣機轉(zhuǎn)子失速裕度為16.05%，在葉片分離 點上游附近設(shè)置離體小葉片獲得的失速裕度為22.99%，失速裕度改進量為6.94%。同時壓 氣機轉(zhuǎn)子最高效率降低〇 .6%。本發(fā)明軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片的擴穩(wěn)技術(shù)使壓 氣機擴穩(wěn)能力有較大的提高，并能兼顧壓氣機的效率。
【附圖說明】
[0009] 下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片作進 一步詳細說明。
[0010] 圖1為本發(fā)明離體小葉片位于壓氣機轉(zhuǎn)子葉片單通道內(nèi)示意圖。
[0011] 圖2為圖1中方框所示部分的局部放大視圖。
[0012] 圖3為離體小葉片葉中位置軸向截面剖視的壓氣機全通道示意圖。
[0013] 圖4為在轉(zhuǎn)子葉片10%葉高處的離體小葉片和轉(zhuǎn)子葉片輪廓結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖5為圖4中方框所示部分的局部放大視圖。
[0015] 圖6為安裝離體小葉片前后軸流壓氣機轉(zhuǎn)子特性對比示意圖。
[0016] 圖中：
[0017] 1 ·轉(zhuǎn)子葉片2 ·轉(zhuǎn)子葉片輪轂3 ·離體小葉片4 ·固定裝置5 ·吸力面6 ·壓力面
【具體實施方式】
[0018] 本實施例是一種軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片。
[0019] 參閱圖1~圖6,本實施例軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片應用在軸流壓氣機轉(zhuǎn) 子上，壓氣機轉(zhuǎn)子機匣半徑為0.149米，輪轂半徑0.091米，轉(zhuǎn)子葉片數(shù)目為30。圖1中所示， 下方為壓氣機進口，上方為壓氣機出口；圖3中所示的箭頭表示壓氣機的旋轉(zhuǎn)方向。
[0020] 本實施例中，在壓氣機轉(zhuǎn)子葉片輪轂2上設(shè)置離體小葉片3，離體小葉片3的葉根和 轉(zhuǎn)子葉片輪轂2連接，葉根處的葉型安裝角為56°。離體小葉片3頂部葉柵軸向位置同葉根處 葉柵軸向位置相同，葉型安裝角為57°。在離體小葉片3和轉(zhuǎn)子葉片1之間安裝固定裝置4,固 定裝置4連接離體小葉片3與轉(zhuǎn)子葉片1，提高離體小葉片3的抗載荷能力。固定轉(zhuǎn)置4的寬度 為離體小葉片弦長的46.7%，高度為離體小葉片弦長的22.2%。離體小葉片3從葉根到葉頂 徑向跨度占轉(zhuǎn)子葉片1徑向長度的24%。徑向積疊方式與轉(zhuǎn)子葉片1的葉背在相同軸向弦長 處的截面線相同。
[0021] 在葉片的三維設(shè)計中，把不同葉高平面二維葉型在徑向方向上按照某一曲線分布 規(guī)律進行疊加起來構(gòu)造出三維葉片，這種沿葉高的疊加方式為徑向積疊方式。離體小葉片3 的徑向積疊線即為該截面線，表示離體小葉片3從葉根到葉頂?shù)娜~片空間彎曲分布規(guī)律同 該截面線相同。離體小葉片3任意葉高截面的葉型都一致，是轉(zhuǎn)子葉片1葉頂處葉型的等比 例縮小。離體小葉片3的弦長為轉(zhuǎn)子葉片1葉頂弦長的3 %。
[0022] 亞音速壓氣機中所采用的葉型，均是由對稱的飛機機翼葉型按一定要求彎曲成 型，未彎曲之前的對稱葉型稱為基準葉型。離體小葉片3采用的基準葉型為NACA BC-6葉型。
[0023] 離體小葉片葉根安裝在轉(zhuǎn)子葉根前緣20%軸向弦長處的輪轂上，沿徑向安裝，離 體小葉片葉根周向位置距轉(zhuǎn)子葉片吸力面1.2毫米。離體小葉片葉頂周向位置距轉(zhuǎn)子葉片 吸力面1.4毫米。固定裝置4安裝在小葉片葉頂70%葉高處，在弦長方向位于小葉片的中間 位置，固定裝置4起到連接離體小葉片和轉(zhuǎn)子葉片的作用。離體小葉片3和固定裝置4分別單 獨加工，離體小葉片3和轉(zhuǎn)子葉片輪轂2的安裝方式為焊接連接，固定裝置4和離體小葉片3 以及轉(zhuǎn)子葉片1同樣采用焊接方式連接。離體小葉片3和固定裝置4的材料與轉(zhuǎn)子葉片的材 料相同。
[0024] 流體流過轉(zhuǎn)子葉柵通道時，離體小葉片分流輪轂角區(qū)上游的流體，一小部分從離 體小葉片和轉(zhuǎn)子葉片之間的通道流過，大部分從主流流道通過。兩部分流體流過小葉片形 成的尾渦抑制下游輪轂角區(qū)的流動分離。
[0025] 如圖6所示，在軸流壓氣機轉(zhuǎn)子上開展了轉(zhuǎn)子葉片分離點前緣設(shè)置離體小葉片的 CFD數(shù)值仿真研究，得到離體小葉片抑制流動分離后軸流壓氣機性能變化前后的數(shù)據(jù)。
[0026] 表1安裝離體小葉片前后的壓氣機轉(zhuǎn)子性能對比
[0028]仿真結(jié)果表明：在軸流壓氣機轉(zhuǎn)子葉片分離點前緣設(shè)置離體小葉片能有效地抑制 流動分離，擴大了壓氣機的穩(wěn)定工作范圍。失穩(wěn)點流量從2.6426Kg/s降低到2.4346Kg/s。未 安裝離體小葉片的壓氣機轉(zhuǎn)子失速裕度為16.05%，設(shè)置離體小葉片后獲得的失速裕度為 22.99%，失速裕度改進量為6.94%。同時壓氣機轉(zhuǎn)子最高效率降低0.6 %。離體小葉片擴穩(wěn) 技術(shù)使壓氣機擴穩(wěn)能力有較大的提高，并能兼顧壓氣機效率。
【主權(quán)項】
1. 一種軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片，其特征在于：包括轉(zhuǎn)子葉片、轉(zhuǎn)子葉片輪 轂、離體小葉片、固定裝置，所述離體小葉片安裝在轉(zhuǎn)子通道內(nèi)的每兩個轉(zhuǎn)子葉片之間，每 個轉(zhuǎn)子葉片配有一個離體小葉片，離體小葉片的軸向位置位于轉(zhuǎn)子葉片通道前緣20%的轉(zhuǎn) 子葉根軸向弦長處，周向位置距轉(zhuǎn)子葉片吸力面4.6%的轉(zhuǎn)子葉根周向弦長，離體小葉片葉 根與轉(zhuǎn)子葉片輪轂連接，離體小葉片葉頂處與轉(zhuǎn)子葉片吸力面通過固定裝置連接件，離體 小葉片葉根處的葉型安裝角為56°，葉頂處的葉型安裝角為57° ;固定轉(zhuǎn)置的寬度為離體小 葉片弦長的46.7%，高度為離體小葉片弦長的22.2%，離體小葉片葉高為轉(zhuǎn)子葉片葉高的 24%;離體小葉片任意葉高截面葉型與轉(zhuǎn)子葉頂葉型一致，弦長為轉(zhuǎn)子葉片葉頂弦長的 3%，離體小葉片徑向積疊方式與轉(zhuǎn)子葉片的葉背在相同軸向弦長處的截面線相同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片，其特征在于:所述離體小 葉片的基準葉型為NACA BC-6葉型。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軸流壓氣機轉(zhuǎn)子擴穩(wěn)的離體小葉片；包括轉(zhuǎn)子葉片、轉(zhuǎn)子葉片輪轂、離體小葉片、固定裝置，離體小葉片安裝在轉(zhuǎn)子葉柵通道內(nèi)每兩個轉(zhuǎn)子葉片之間，離體小葉片對轉(zhuǎn)子通道的流體進行流動控制；離體小葉片的軸向位置位于轉(zhuǎn)子葉片通道前緣20％的轉(zhuǎn)子葉根軸向弦長處，周向位置距轉(zhuǎn)子葉片吸力面4.6％的轉(zhuǎn)子葉根周向弦長，離體小葉片葉根與轉(zhuǎn)子葉片輪轂連接，離體小葉片葉頂處通過連接件與轉(zhuǎn)子葉片吸力面連接，以固定離體小葉片；氣流流過離體小葉片后產(chǎn)生的復雜誘導渦結(jié)構(gòu)會干擾主葉片吸力面邊界層流動的層流底層，湍動能的增強使得邊界層層流流動提前變?yōu)橥牧?，從而抑制或延緩層流邊界層分離，提高了壓氣機的穩(wěn)定工作裕度。
【IPC分類】F04D29/38
【公開號】CN105673562
【申請?zhí)枴緾N201610020490
【發(fā)明人】吳艷輝, 劉軍, 張皓光, 安光耀, 陳智洋
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月13日