一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣及设计方法技术

本发明专利技术涉及一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，所述机匣整体沿压气机轮毂径向倾斜，并且该自循环机匣与压气机轴线存在夹角，且在一个叶顶栅距周向范围内分布3个自循环装置，该机匣的处理宽度覆盖叶顶的部分轴向弦长；该自循环处理机匣引气口和喷气口所在平面的中心连线方向与轴向存在角度。相比于传统的自循环处理机匣，新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，形成的抽吸流、喷射流更强，同时带来的流动损失更小，因此，获得的压气机稳定裕度更高，对压气机性能带来的损失更小。

【技术实现步骤摘要】
一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣及设计方法
本专利技术属于叶轮机械内部流动控制
，是一种提高轴流压气机稳定裕度的装置，具体是一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣。
技术介绍
压气机在实际工作中，并非总在设计工况下工作。当运行条件改变时，其工况点会偏离设计工况点，在一定的条件下会产生诸如失速、喘振等不稳定流动。当压气机处于不稳定工况时，不仅会降低压气机的压比和效率，而且还会产生强烈的振动，甚至导致压气机叶片断裂。为此，国内外研究者积极探索扩大压气机稳定工作范围的措施。处理机匣作为一种有效的扩稳措施，具有结构简单，易于在机匣上改装等特点，已在多种航空发动机上得到了应用。目前处理机匣主要有槽式、缝式结构。但是，传统的槽、缝式机匣处理在提升压气机综合稳定裕度的同时对效率有较大影响，槽式机匣处理获得的稳定裕度一般小于10％，压气机最大效率降低程度约在0～1％之间。一些缝式机匣处理获得的稳定裕度为20％左右，但压气机最大效率降低程度约在0.5～2％之间。而自循环机匣与槽式和缝式机匣相比，能在提高压气机稳定工作裕度的同时，对压气机效率的负面作用很小，甚至还能少量提高压气机最大效率。然而，传统的自循环处理机匣沿径向和轴向均无倾斜，同时获得的稳定裕度一般小于15％。自循环处理机匣沿着径向和轴向倾斜后，是否能在获得更大的稳定裕度的同时并提高压气机最大效率，这仍是一个需要解决的技术疑题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：为了进一步地扩大压气机的稳定工作范围，尽量减小给压气机带来的效率损失，本专利技术在传统自循环处理机匣研究的基础上提出了一种径向、轴向倾斜的自循环处理机匣方法。该方法在传统自循环处理机匣的基础上改变自循环装置的周向分布形式，同时将改变后的自循环装置分别沿径向、轴向倾斜，结果表明：相较于传统自循环处理机匣，本专利技术的新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣可使压气机的稳定工作范围进一步增大，同时提高了压气机的最大效率。解决了传统自循环机匣扩大压气机稳定工作范围的效果小和使得压气机最大效率降低的问题。本专利技术的技术方案是：一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，所述自循环处理机匣整体为U型状，包括引气段、喷气段和中间弧段，且沿轴向气流方向从前到后分别为喷气段、中间弧段和引气段；自循环处理机匣整体沿压气机轮毂径向倾斜，并且该自循环机匣与压气机轴线存在夹角。本专利技术的进一步技术方案是：所述径向倾斜角度β＝65～71度。本专利技术的进一步技术方案是：所述轴向偏转角α＝28.5～31.5°。本专利技术的进一步技术方案是：所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣之间的宽度与自循环机匣宽度之比为1.38～1.68。本专利技术的进一步技术方案是：所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣引气口的抽吸角是86～94度，喷气口的喷气角是32～46度。本专利技术的进一步技术方案是：所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣抽吸口轴向长度为7～9.4mm、喷气口轴向长度为3.3～4.4mm。本专利技术的进一步技术方案是：一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣的设计方法，包括以下步骤：步骤一：在压气机机匣上沿与轴向夹角α建立若干桥道并沿周向均匀布置形成与压气机轴线存在夹角的自循环处理机匣，该自循环处理机匣的处理宽度覆盖叶顶的部分轴向弦长；定义α为引气口和喷气口开口面中心连线与压气机轴线的夹角，且α＝28.5～31.5°；步骤二：将步骤一所述自循环处理机匣沿径向倾斜一定角度β使之形成新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣；定义β为新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣在轴向的轮廓与径向的夹角，径向倾斜角β＝65～71°；步骤三：喷气口中心距离叶顶叶片前缘5～6.8mm，喷气口的喷气角是39度；引吸口中心距离叶顶叶片前缘7～9.6mm，引气口的抽吸角是90度。本专利技术的进一步技术方案是：所述自循环处理机匣宽为3.48～4.72mm，且自循环机匣之间的宽度与自循环机匣宽度之比为1.38～1.68。本专利技术的进一步技术方案是：所述自循环处理机匣高约为6.8～9.2mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述压气机单通道时，桥道的数目为3。专利技术效果本专利技术的技术效果在于：相比于传统的自循环处理机匣，新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，在传统自循环处理机匣的基础上改变自循环装置的周向分布形式，同时将改变后的自循环装置分别沿径向、轴向倾斜，形成的抽吸流、喷射流更强，同时带来的流动损失更小，因此，获得的压气机稳定裕度更高，对压气机性能带来的损失更小。本专利技术在某亚音轴流压气机转子上开展了两种处理机匣的研究，一种是传统自循环处理机匣，另外一种是所述新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣。结果表明，传统自循环处理机匣，新型径向、轴向倾斜的处理机匣获得的综合失速裕度改进量分别为14.5％、26.4％，峰值效率增加量分别为-1.8％、0.2％。即与传统自循环处理机匣相比，新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣进一步提高了综合失速裕度，同时提高了压气机的最大效率。该自循环机匣克服了传统自循环机匣扩大压气机稳定工作范围的效果小和使得压气机最大效率降低的问题。附图说明图1为新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣三维视图图2为新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣引气口、喷气口开口面在压气机机匣上的轮廓视图图3为新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣在某一轴向截面方向上的轮廓视图图4为新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣气流方向示意图图中，1-轴向，2-周向，3-转子叶片，4-新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，5-转子叶顶，6-引气口开口面，7-喷气口开口面，8-处理机匣在轴向某一位置上的轮廓。具体实施方式参见图1—图4，本专利技术的技术方案是：一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，所述自循环处理机匣整体沿压气机轮毂径向倾斜，并且该自循环处理机匣与压气机轴线有一定的夹角。此外，在自循环处理机匣周向覆盖率相同的条件下，传统自循环处理机匣在一个叶顶栅距周向范围内分布1个自循环装置，而本专利技术的新型自循环处理机匣在一个叶顶栅距周向范围内分布3个自循环装置。需要说明的是，本专利技术在传统自循环处理机匣的基础上改变自循环装置的周向分布形式。同时定义各个方向称谓分别为：轴向——沿圆柱体轴线方向；径向——沿截面半径方向(垂直于轴线)；周向——绕圆柱体轴线方向(垂直于轴线，同时垂直于截面半径)。在压气机机匣上沿周向建立自循环处理机匣结构，自循环处理机匣结构引气口和喷气口所在平面的中心连线方向与轴向存在一定的角度α＝30°。所述新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣整体沿压气机轮毂径向倾斜角度β＝68°。所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣之间的宽度与自循环机匣宽度之比为1.53。所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣引气口的抽吸角是90度，喷气口的喷气角是39度。所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣抽吸口轴向长度为8.2mm、喷气口轴向长度为3.845mm。图1反映新型径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，其特征在于，所述自循环处理机匣整体为U型状，包括引气段、喷气段和中间弧段，且沿轴向气流方向从前到后分别为喷气段、中间弧段和引气段；自循环处理机匣整体沿压气机轮毂径向倾斜，并且该自循环机匣与压气机轴线存在夹角。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，其特征在于，所述自循环处理机匣整体为U型状，包括引气段、喷气段和中间弧段，且沿轴向气流方向从前到后分别为喷气段、中间弧段和引气段；自循环处理机匣整体沿压气机轮毂径向倾斜，并且该自循环机匣与压气机轴线存在夹角。


2.如权利要求1所述的一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，其特征在于，所述径向倾斜角度β＝65～71度。


3.如权利要求1所述的一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，其特征在于，所述轴向偏转角α＝28.5～31.5°。


4.如权利要求1所述的一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，其特征在于，所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣之间的宽度与自循环机匣宽度之比为1.38～1.68。


5.如权利要求1所述的一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，其特征在于，所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣引气口的抽吸角是86～94度，喷气口的喷气角是32～46度。


6.如权利要求1所述的一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，其特征在于，所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣抽吸口轴向长度为7～9.4mm、喷气口轴向长度为3.3～4.4mm。


7.基于权利要求1所述的一种新型径向、轴向倾斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：张皓光，李琪，刘文豪，董飞扬，楚武利，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61