轴流压气机及其转子根部锯齿形缘板制造技术

本实用新型专利技术的目的在于提供一种轴流压气机及其转子根部锯齿形缘板，其能减小级间泄漏引起的气动损失。其中一种轴流压气机转子根部锯齿形缘板，包括在相邻转子叶片之间的转子缘板，在所述转子缘板周向上从所述相邻转子叶片的一个转子叶片压力面到另一转子叶片的吸力面之间的设置呈锯齿形分布的多个凹槽，所述多个凹槽深度沿轴向以二次曲线形式逐渐变化，并在所述转子缘板的出口侧达到最大。

Axial Compressor and Its Rotor Root Sawtooth Flange Plate

The utility model aims to provide an axial flow compressor and a serrated edge plate at the root of the rotor, which can reduce the aerodynamic loss caused by inter-stage leakage. A sawtooth edge plate at the rotor root of an axial flow compressor includes a rotor edge plate between adjacent rotor blades. A plurality of grooves with sawtooth distribution are arranged between the pressure surface of one rotor blade of the adjacent rotor blade and the suction surface of the other rotor blade on the circumference of the rotor edge plate. The depth of the grooves gradually changes in the form of a quadratic curve along the axis. The outlet side of the rotor flange plate reaches the maximum.

【技术实现步骤摘要】
轴流压气机及其转子根部锯齿形缘板
本技术涉及轴流压气机转子缘板。
技术介绍
在多级轴流压气机运转时，由于工况变化或者其它原因，会导致轴流压气机旋转部件，即转子所受的轴向力发生变化，从而会导致轴流压气机转子在轴向上发生串动。因此，为避免高速旋转的转子与相邻的静子结构发生碰磨，需要在转子结构与静子结构之间保留一定的轴向距离，从而形成了转子轮盘与静子内流道结构之间的轴向间隙，即级间间隙。通常情形下，为了减少级间泄漏，在转子鼓筒与静子叶冠内壁之间采用篦齿封严结构。但是，随着压气机对性能的要求，级压比变得越来越高，导致静子叶排进/出口之间的压差越来越高，从而会使得级间泄漏难以完全被封严。专利技术人认识到，如图1所示，箭头A1表示的级间泄漏流动往往以接近垂直主流的方向回到主流道之中，与箭头A3上游来流发生掺混，从而会引起较大的损失，在根部造成较大的总压亏损。对于高性能多级高压压气机后面级，这往往是流动损失的主要来源之一。另一方面掺混区的低能流体会率先引发流体失速，降低压气机喘振裕度。因此，需要一种结构形式较好的缘板设计形式，来尽可能减小附面层与泄漏流掺混发生的区域，进而提升压气机效率和喘振裕度。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种轴流压气机及其转子根部锯齿形缘板，其能减小级间泄漏引起的气动损失。根据本技术一方面的一种轴流压气机转子根部锯齿形缘板，包括在相邻转子叶片之间的转子缘板，其中，在所述转子缘板周向上从所述相邻转子叶片的一个转子叶片压力面到另一转子叶片的吸力面之间的设置呈锯齿形分布的多个凹槽，所述多个凹槽深度沿轴向以二次曲线形式逐渐变化，并在所述转子缘板的出口侧达到最大。根据本技术另一方面的一种轴流压气机包括一系列交替排列的静子和转子，转子固定于鼓筒轴上，静子固定于机匣上，转子的转子叶片根部通过转子缘板与鼓筒轴相连，其中，在所述转子缘板周向上从相邻转子叶片的一个转子叶片压力面到另一转子叶片的吸力面之间的设置呈锯齿形分布的多个凹槽，所述多个凹槽深度沿轴向以二次曲线形式逐渐变化，并在所述转子缘板的出口侧达到最大。在一个或多个实施方式中，所述凹槽的起点位于转子叶片前缘点所连成的直线上，起点位置处凹槽深度为0。在一个或多个实施方式中，所述凹槽深度不超过1/2缘板厚度，并且凹槽深度与级间流动气流的附面层厚度相当。在一个或多个实施方式中，转子缘板与转子叶片根部相交的点，均处在锯齿形最高点位置，所有的锯齿形波峰位置处于同一内流道型面上，锯齿形波谷位置处于凹槽最底端。在一个或多个实施方式中，沿流向上，凹槽深度自起点位置至终点位置以二次曲线形式渐变，且在前半段变化较缓，在后半段变化较快。本技术的有益效果是：篦齿封严结构难以完全抑制级间泄漏，并级间间隙的这种典型结构形式使得因静子前后压差而产生的级间泄漏流，会与主流发生掺混引起较大的损失，本技术通过多个凹槽深度沿轴向以二次曲线形式逐渐变化，并在所述转子缘板的出口侧达到最大，使得压气机内流道端壁的附面层厚度明显减小，附面层与级间泄漏流掺混区域明显变小，气动损失减小，提高压气机效率和喘振裕度。附图说明本技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：图1是高压压气机后面级典型级间间隙结构及其泄漏流动示意图。图2是增大轴向速度前后的掺混区域变化对比图。图3是采用一个或多个实施方式的转子缘板前后附面层及速度剖面变化的对比图。图4是轴流压气机转子的局部视图。图5是根据一个多个实施方式的轴流压气机转子根部缘板从气流方向观察的示意图。图6根据一个多个实施方式的轴流压气机转子根部缘板从逆向气流方向观察的示意图。具体实施方式下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本专利技术的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。如图1所示的传统的封严结构与级间结构形式，其中篦齿封严结构的封严效果，在确定压力差和篦齿形状的情况下，受篦齿2的齿顶间隙和篦齿数目影响。篦齿2的数量受轴向尺寸的限制。而篦齿2的齿顶间隙则与旋转部件3与静止部件1之间的运行工况变化和旋转部件转轴偏心扰动有关，难以控制到理想小的间隙。所以，篦齿封严难以在结构上做出改进以增强封严效果。级间间隙的轴向距离往往与旋转部件的不同运行工况的轴向力变化有关，一般情况下也已达到最小许可的值。从气动方面考虑，掺混区域的大小由转子根部气流轴向速度和泄漏流速度的合速度共同决定，根据图2所示，在级间泄漏流速度v1不变的情况下，增大转子根部轴向速度v2能有效降低掺混区域大小，从而减小级间泄漏与附面层掺混损失。后述实施方式所要解决的技术问题是如何提高转子根部的流体的轴向速度，进而减小级间泄漏引起的气动损失。在后述实施方式中，从提高转子根部流体的轴向速度着手，提出了一种转子根部缘板沿周向开设均匀分布的凹槽的方案，由于转子鼓筒的高速旋转，开设的凹槽会使附面层流体产生较强的涡流，加强轮毂端壁与主流区的动量交换，使得在靠近轮毂端壁处流体流动速度沿径向分布更加饱满。如图3所示，经过充分的动量交换，转子根部附面层厚度由δ1变化δ2，与级间泄漏流掺混的轴向速度明显增大。这种方案是在容腔封严结构不变的情况下，为增大转子根部流体轴向速度，在转子缘板周向上设置从转子压力面到吸力面呈锯齿形分布的凹槽，凹槽深度沿轴向以二次曲线形式逐渐变化，并在转子根部缘板出口达到最大。对与一系列静子-转子交替排列构成的轴流压气机中，其转子固定于鼓筒轴上，静子固定于机匣上。对转子叶片，其根部通过转子缘板与鼓筒轴相连。如图4所示的实施方式中，将转子叶片吸力面侧的缘板及其前后延伸段定义为A区域，将转子叶片压力面侧的缘板及前后延伸段定义为B区域。两排相邻转子叶片的A区域和B区域连接成为C区域，以下描述均以C区域上进行展示。如图5和图6所示，转子叶片根部缘板沿周向设置均匀凹槽，凹槽深度沿流向逐渐增大，在转子缘板出口处达到最大。凹槽起点位于转子前缘点所连成的直线上，起点位置处凹槽深度为0，如图5中D点及D′点连线处。凹槽终点位于转子缘板出口处，凹槽终点最大深度满足：①凹槽深度不应超过1/2缘板厚度；②在满足条件①的情况下凹槽深度尽可能与附面层厚度相当。凹槽沿周向以锯齿形均匀分布，其中缘板与叶片根部相交的点(如图6中的E点和H点)，均处在锯齿形最高点位置，所有的锯齿形波峰位置(如图6中F点)与原始内流道处于同一型面上，锯齿形波谷位置(如图6中G点)处于凹槽最底端。凹槽数量需同时满足气动和结构要求，气动上需达到足够的掺混强度，结构上要求尽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轴流压气机转子根部锯齿形缘板，包括在相邻转子叶片之间的转子缘板，其特征在于，在所述转子缘板周向上从所述相邻转子叶片的一个转子叶片压力面到另一转子叶片的吸力面之间的设置呈锯齿形分布的多个凹槽，所述多个凹槽深度沿轴向以二次曲线形式逐渐变化，并在所述转子缘板的出口侧达到最大。

【技术特征摘要】
1.轴流压气机转子根部锯齿形缘板，包括在相邻转子叶片之间的转子缘板，其特征在于，在所述转子缘板周向上从所述相邻转子叶片的一个转子叶片压力面到另一转子叶片的吸力面之间的设置呈锯齿形分布的多个凹槽，所述多个凹槽深度沿轴向以二次曲线形式逐渐变化，并在所述转子缘板的出口侧达到最大。2.如权利要求1所述的轴流压气机转子根部锯齿形缘板，其特征在于，所述凹槽的起点位于转子叶片前缘点所连成的直线上，起点位置处凹槽深度为0。3.如权利要求1所述的轴流压气机转子根部锯齿形缘板，其特征在于，所述凹槽深度不超过1/2缘板厚度，并且凹槽深度与级间流动气流的附面层厚度相当。4.如权利要求1所述的轴流压气机转子根部锯齿形缘板，其特征在于，转子缘板与转子叶片根部相交的点，均处在锯齿形最高点位置，所有的锯齿形波峰位置处于同一内流道型面上，锯齿形波谷位置处于凹槽最底端。5.如权利要求1所述的轴流压气机转子根部锯齿形缘板，其特征在于，沿流向上，凹槽深度自起点位置至终点位置以二次曲线形式渐变，且在前半段变化较缓，在后半段变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫转运，樊琳，曾瑞慧，杨俊，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：新型
国别省市：上海,31