一种非轴对称分布静叶轴流式压气机制造技术

本发明专利技术涉及轴流式压气机，具体涉及一种非轴对称分布静叶轴流式压气机。本发明专利技术设计的非轴对称分布静叶轴流式压气机，将压气机受畸变影响区域内的静叶替换成具有抑制气流分离的改型静叶，使得压气机在保证均匀来流条件下压气机的性能与轴对称压气机近似相同，同时它还可以改善畸变进口条件下，压气机的压比与效率，从而扩大了轴流式压气机在进口受到畸变影响的稳定裕度，为高负荷风扇/压气机设计提供新的设计思路和方法。

【技术实现步骤摘要】
一种非轴对称分布静叶轴流式压气机
本专利技术属于叶轮机械
，涉及轴流式压气机，具体涉及一种非轴对称分布静叶轴流式压气机。
技术介绍
高性能航空发动机和燃气轮机对压缩系统提出了高负荷、高效率、高稳定裕度的急切需求。轴流式压气机作为当代航空发动机、舰船燃气轮机和工业燃气轮机的核心部件，是世界各国发展的重点。当前轴流式压气机的设计主流是把压气机进口假设成均匀进气，但是实际应用中，压气机几乎无一例外都工作在畸变进口条件下。进气畸变改变了压气机原有的设计工况，破坏了气流的轴对称流动，轻则造成压气机稳定裕度下降、性能恶化，重则引起压气机失速和喘振，严重影响整机的正常工作。因此，提高压气机稳定性和抗畸变能力对于保证动力系统的稳定运行具有重大的实际意义。研究表明，进口总压畸变使得压气机流场提前进入失速状态，畸变流体流经动叶后，引起周向部分范围的静叶流道内产生严重的角区分离，该“周向部分范围”的角区分离只集中在受畸变流体影响的流道内，即整个压气机内流动表现为强烈的非轴对称特性。
技术实现思路
本专利技术针对畸变条件下压气机中明显的非轴对称特征，提出非轴对称分布静叶理念，设计出一种非轴对称分布静叶轴流式压气机，即在受畸变流体影响的静叶区域采用能够改善角区分离流动的叶片，而在受畸变流体影响小的范围内仍采用原型叶片，以实现利用非轴对称几何结构改善非轴对称流场的目的。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种轴流式压气机畸变流体影响区的预判方法，静叶中受畸变流体影响的周向区域为静叶畸变影响区，压气机进口总压畸变的位置固定，但是随着压气机动叶的旋转，静叶畸变影响区的周向位置和范围相对进口有所变化，静叶畸变影响区预判的具体步骤如下：(1)确定畸变传递变化根据Mazzawy提出的多级平型压气机理论进行预测得到压力传递变化和粒子传递变化，压力传递公式为式(1)，粒子传递公式为式(2)：式中：Δθpressure表示压力传递变化角，Δθparticie表示粒子传递变化角，b表示轴向弦长，cax表示轴向速度，ω是叶片旋转的角速度，cs表示声速；(2)确定静叶畸变影响区压力的传递速度较粒子传递变化快，因此压气机进口总压畸变对静叶流道内的周向影响范围可以由式(3)确定：Δθst＝Δθparticle-Δθpressure+γ(3)式中：Δθst表示静叶畸变角，γ表示畸变角。一种非轴对称分布静叶轴流式压气机，其特征在于，应用上述轴流式压气机畸变流体影响区的预判方法，在计算得出静叶畸变影响区内，将原始静叶更换为具有抑制气流分离的改型静叶，使叶轮上原始静叶和静叶畸变影响区内的改型静叶相对叶轮中心轴呈非中心对称分布，称为非轴对称分布；而原始静叶在叶轮上相对叶轮中心轴呈中心对称分布，称为轴对称分布；压气机静叶畸变影响区内更换改型静叶，使叶轮上静叶非轴对称分布的目的是降低甚至消除受畸变流体影响区域的静叶吸力面分离，即减小静叶吸力面的角区损失，削弱流动分离，从而提高畸变条件下压气机的通流能力；所述的改型静叶，根据压气机静叶受畸变流体影响具体情况进行不同改型静叶设计。进一步地，所述的改型静叶，跨音速轴流式单级压气机采用前掠静叶，即采用静叶叶片叶顶前掠方式。进一步地，所述的跨音速轴流式单级压气机的前掠静叶，前掠静叶上端区积叠线与端壁的夹角，即掠角α为5°～10°，掠高L为原始静叶叶高Lo的10～40％。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：通过在轴流压气机受畸变影响区内的静叶更换成具有抑制气流分离的改型静叶，实现轴流压气机的非轴对称性，从而能够改善进口畸变来流引起的流场非轴对称性，它既能够保证均匀来流条件下压气机的性能与轴对称压气机近似相同，同时它还可以改善畸变进口条件下，畸变影响区域内气流流动情况，包括压气机的压比与效率，从而扩大了轴流式压气机在进口受到畸变影响的稳定裕度，为高负荷风扇/压气机设计提供新的设计思路和方法。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1中现有技术中单级轴对称压气机结构示意图；图2是本专利技术实施例1中动叶进口总压畸变影响区域示意图；图3是本专利技术实施例1中畸变影响传递原理示意图；图4是本专利技术实施例1中静叶叶进口总压畸变影响区域示意图；图5是本专利技术实施例1中前掠静叶参数示意图，(a)为前掠静叶设计的视角示意图，(b)为前掠静叶的方案示意图；图6是本专利技术实施例1中非轴对称静叶结构示意图；图7是本专利技术实施例1中前掠静叶结构示意图；图8是本专利技术实施例1中畸变条件下轴对称和非轴对称静叶压气机的特性线；图中：1、动叶，2、原始静叶，3、动叶畸变影响区，4、静叶畸变影响区，5、前掠静叶，6、叶轮中心轴。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。在本专利技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴流式压气机畸变流体影响区的预判方法，其特征在于，静叶中受畸变流体影响的周向区域为静叶畸变影响区，压气机进口总压畸变的位置固定，但是随着压气机动叶的旋转，静叶畸变影响区的周向位置和范围相对进口有所变化，静叶畸变影响区预判的具体步骤如下：(1)确定畸变传递变化根据Mazzawy提出的多级平型压气机理论进行预测得到压力传递变化和粒子传递变化，压力传递公式为式(1)，粒子传递公式为式(2)：

【技术特征摘要】
1.一种轴流式压气机畸变流体影响区的预判方法，其特征在于，静叶中受畸变流体影响的周向区域为静叶畸变影响区，压气机进口总压畸变的位置固定，但是随着压气机动叶的旋转，静叶畸变影响区的周向位置和范围相对进口有所变化，静叶畸变影响区预判的具体步骤如下：(1)确定畸变传递变化根据Mazzawy提出的多级平型压气机理论进行预测得到压力传递变化和粒子传递变化，压力传递公式为式(1)，粒子传递公式为式(2)：式中：Δθpressure表示压力传递变化角，Δθparticle表示粒子传递变化角，b表示轴向弦长，cax表示轴向速度，ω是叶片旋转的角速度，cs表示声速；(2)确定静叶畸变影响区压力的传递速度较粒子传递变化快，因此压气机进口总压畸变对静叶流道内的周向影响范围可以由式(3)确定：Δθst＝Δθparticle-Δθpressure+γ(3)式中：表示静叶畸变角，γ表示畸变角。2.一种非轴对称分布静叶轴流式压气机，其特征在于，应用上述轴流式压气机畸变流体影响区...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏，傅文广，徐文峰，杨木肖，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21