轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法技术

一种轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法，根据压气机平面叶栅中径处的进、出口气动参数和篦齿几何参数计算篦齿泄漏流量；然后通过篦齿泄漏流量与压气机主流流量计算篦齿泄漏造成的压气机主流损失；而后通过压气机平面叶栅的几何参数确定篦齿泄漏损失的影响范围和径向分布规律。本发明专利技术针对带有篦齿封严的压气机静子，在压气机设计分析过程中，无需进行实验测量，通过静子的中径处气动参数以及篦齿容腔的几何参数来对篦齿泄漏流损失进行预测，并考虑泄漏流对压气机静子叶片通道所造成的影响，能够在压气机的通流设计及分析中纳入篦齿泄漏对压气机出口性能径向方向的影响，预测篦齿泄漏流量，以及篦齿泄漏流引起的静子出口损失的影响范围、损失大小，实现更为精细化的轴流压气机通流计算。气机通流计算。气机通流计算。

【技术实现步骤摘要】
轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法


[0001]本专利技术涉及的是一种叶轮制造领域的技术，具体是一种轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法。

技术介绍

[0002]现代轴流压气机的篦齿容腔结构是典型的轴流压气机静子根部气动封严结构，由于旋转轮毂与静子叶根不可避免的间隙存在，导致静子根部产生一定的间隙泄漏流动，泄漏流与主流之间的掺混对压气机的气动性能造成一定的影响。为了实现精细化的通流计算，需要采用篦齿泄漏损失模型来评估篦齿间隙的存在对压气机气动性能的影响。现有方法是根据压气机几何和气动参数对篦齿泄漏造成的总体损失进行预测，该方法难以计算篦齿泄漏损失在压气机径向方向上的分布规律，尤其是针对高压压气机后面级展弦比较小时，难以准确预测压气机出口总压损失的径向分布，使得基于通流计算的压气机设计精度偏低。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术无法考量篦齿容腔泄漏对压气机静子叶片通道所造成的影响的不足，提出一种轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法，针对带有篦齿封严的压气机静子，在压气机设计分析过程中，无需进行实验测量，通过静子的中径处气动参数以及篦齿容腔的几何参数来对篦齿泄漏流损失进行预测，并考虑泄漏流对压气机静子叶片通道所造成的影响，能够在压气机的通流设计及分析中纳入篦齿泄漏对压气机出口性能径向方向的影响，预测篦齿泄漏流量，以及篦齿泄漏流引起的静子出口损失的影响范围、损失大小，实现更为精细化的轴流压气机通流计算。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法，根据压气机平面叶栅中径处的进、出口气动参数和篦齿几何参数计算篦齿泄漏流量；然后通过篦齿泄漏流量与压气机主流流量计算篦齿泄漏造成的压气机主流损失；而后通过压气机平面叶栅的几何参数确定篦齿泄漏损失的影响范围和径向分布规律。
[0006]所述的压气机平面叶栅的气动参数包括：中径处进口总压、进口静压、进口密度、出口总压和出口静压。
[0007]所述的篦齿几何参数包括：篦齿间隙、篦齿所处直径、齿数。
[0008]所述的平面叶栅的几何参数包括：弦长和叶高。
[0009]本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：泄漏流量单元、主流损失单元以及径向分布单元，其中：泄漏流量单元根据压气机静子中径处的进、出口总压、静压、密度、篦齿齿数、篦齿间隙以及篦齿半径计算篦齿泄漏流量，主流损失单元根据泄漏流量单元计算的篦齿泄漏流量与主流流量计算篦齿泄漏造成的压气机主流损失，径向分布单元根据压气机静子的弦长和叶高计算篦齿泄漏引起的主流损失在径向方向的影响范围和分布规律，最后
将主流损失单元计算的主流损失与径向分布单元计算的径向影响范围与分布规律相乘得到篦齿泄漏引起的压气机静子主流损失的径向分布。技术效果
[0010]本专利技术根据压气机静子的几何参数预测篦齿泄漏引起的压气机静子主流损失影响范围及径向分布规律。相比现有技术，本专利技术能够在轴流压气机通流设计分析阶段，考虑篦齿容腔泄漏流对压气机性能的影响，预测篦齿泄漏流引起的压气机静子出口总压损失的径向分布。
附图说明
[0011]图1为本专利技术流程图；
[0012]图2为实施例中带有篦齿容腔结构的压气机平面叶栅几何示意图；
[0013]图3为篦齿泄漏损失径向分布规律图；
[0014]图4为篦齿泄漏损失计算结果与数值结果对比图。
具体实施方式
[0015]本实施例涉及一种轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法，预测一带有篦齿容腔结构的压气机平面叶栅的篦齿泄漏损失，具体为：根据压气机平面叶栅中径处的进、出口气动参数和篦齿几何参数计算篦齿泄漏流量；然后通过篦齿泄漏流量与压气机主流流量计算篦齿泄漏造成的压气机主流损失；而后通过压气机平面叶栅的几何参数确定篦齿泄漏损失的影响范围和径向分布规律。
[0016]本实施例中压气机平面叶栅，其设计参数如表1所示。
[0017]表1压气机平面叶栅设计参数表1压气机平面叶栅设计参数
[0018]如图1所示，所述的预测方法，包括：
[0019]1)根据如图2所示的压气机平面叶栅中径处的进口静压、出口总压和篦齿几何参数计算篦齿泄漏流量，具体包括：
[0020]1.1)根据压气机平面叶栅中径处的进口静压P1、出口总压和篦齿齿数计算泄漏
速度其中：ρ为压气机中径处进口密度，z为篦齿齿数。
[0021]1.2)计算篦齿泄漏流量M
L
＝C
c
ρπD
L
δ
L
c
L
，其中：c
L
为篦齿泄漏速度，δ
L
为篦齿间隙，D
L
为篦齿直径，C
c
为篦齿容腔泄漏收缩系数，本实施例中取值0.8。
[0022]2)通过篦齿泄漏流量与压气机主流流量计算篦齿泄漏造成的压气机主流损失，具体包括：
[0023]2.1)计算相对泄漏量其中：M为压气机主流流量；
[0024]2.2)计算篦齿泄漏造成的主流总压损失其中：为压气机平面叶栅中径处的进口总压。
[0025]3)根据压气机平面叶栅的弦长和叶高确定篦齿泄漏损失的影响范围和径向分布规律，具体包括：
[0026]3.1)确定篦齿泄漏损失的径向影响范围其中：C为压气机平面叶栅的弦长，H为叶高，并为了保证预测方法的鲁棒性，将其限定在0.25＜Δh＜0.5之间；
[0027]3.2)计算分布系数其中：h为相对叶高位置，并根据篦齿泄漏总压损失ω
sh
与径向分布系数f
sh
计算得到压气机平面叶栅出口不同径向位置的篦齿泄漏损失ω
L
＝ω
sh
f
sh
，分布系数分布规律如图3所示。
[0028]4)将预测的篦齿泄漏损失与零间隙工况下的平面叶栅出口总压损失进行叠加，得到带篦齿泄漏的平面叶栅出口总压损失径向分布。
[0029]经过具体实际实验，以带篦齿容腔结构的平面叶栅在进口马赫数为0.66，进口攻角为0
°
工况下进行CFD数值模拟，得到该平面叶栅的出口总压损失以及篦齿泄漏引起的总压损失的径向分布。将模拟结果与现有技术进行对比，如图4所示，预测结果与数值计算结果吻合较好。
[0030]相比现有技术针对本实施案例预测的篦齿泄漏损失影响范围为0.23，而本方法预测的泄漏损失影响范围与数值模拟结果相吻合，为0.34，对于篦齿泄漏损失的预测误差，现有技术在影响范围的预测结果与数值结果的相对误差为9％，而本方法预测的篦齿泄漏损失与数值结果的相对误差为3％。
[0031]上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本专利技术原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本专利技术的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本专利技术之约束。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法，其特征在于，根据压气机平面叶栅中径处的进、出口气动参数和篦齿几何参数计算篦齿泄漏流量；然后通过篦齿泄漏流量与压气机主流流量计算篦齿泄漏造成的压气机主流损失；而后通过压气机平面叶栅的几何参数确定篦齿泄漏损失的影响范围和径向分布规律。2.根据权利要求1所述的轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法，其特征是，所述的压气机平面叶栅的气动参数包括：中径处进口总压、进口静压、进口密度、出口总压和出口静压；所述的篦齿几何参数包括：篦齿间隙、篦齿所处直径、齿数；所述的平面叶栅的几何参数包括：弦长和叶高。3.根据权利要求1或2所述的轴流压气机篦齿泄漏损失预测方法，其特征是，具体包括：1)根据压气机平面叶栅中径处的进口静压、出口总压和篦齿几何参数计算篦齿泄漏流量，具体包括：1.1)根据压气机平面叶栅中径处的进口静压P1、出口总压和篦齿齿数计算泄漏速度和篦齿齿数计算泄漏速度其中：ρ为压气机中径处进口密度，z为篦齿齿数；1.2)计算篦齿泄漏流量M
L
＝C
c
ρπD
L
δ
L
c
L
，其中：c
L
为篦齿泄漏速度，δ
L
为篦齿间隙，D
L
为篦齿直径，C
c
为篦齿容腔泄漏收缩系数；2)通过篦齿泄漏流量与压气机主流流量计算篦齿泄漏造成的压气机主流损失，具体包括：2.1)计算相对泄漏量其中：M为压气机主流...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，邓贺方，邵润珠，滕金芳，朱铭敏，羌晓青，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：