一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法技术

本申请公开一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法，其中，所述亚声速压气机包括轮毂和机匣，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，所述叶顶间隙设置为由所述转子叶片的叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。本申请的亚声速压气机的转子叶片，通过在叶顶与机匣内壁之间构建渐扩型泄漏通道，借助渐扩型流道对泄漏气流的减速控制效果实现间隙泄漏泄漏流量和叶尖吸力面流动分离的有效抑制，并最终实现压气机流动扩稳的目的。并最终实现压气机流动扩稳的目的。并最终实现压气机流动扩稳的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法


[0001]本专利技术涉及亚声速压气机或燃气轮机领域，具体涉及一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法。

技术介绍

[0002]针对高负荷亚声速压气机所面临的由叶尖吸力面分离和间隙泄漏流/涡共同诱发流动堵塞进而导致压气机叶尖流动失稳、损失加剧等显著问题，目前常用做法除了适当卸载或优化亚声速压气机转子叶尖基元级的流向载荷分布外，主要是采用流动控制方法以有效抑制泄漏流的强度和叶尖吸力面分离程度，进而延迟压气机旋转失速的发生。其中在主动式流动控制方法方面，主要通过借助于外部能量输入以增强叶尖主流流体的抗干扰和抗分离能力，如微喷气、射流、等离子体激励等。相比之下，被动式流动控制方法目前应用较多，如机匣处理、叶片弯掠、涡流发生器等。考虑到目前常用的主动控制方法需要额外提供流动控制所需的外部能量并附带相应的作动和辅助机构等，一定程度上制约了其工程应用；而一些被动控制方法则存在非设计工况下可能失效、影响叶片总体负荷以及干涉正常主流流动等问题。
[0003]目前广泛采用的机匣处理方法，无论是轴向槽还是轴向倾斜缝，在明显改善轴流亚声速压气机失速裕度的同时，会一定程度上影响高负荷压气机叶尖区域的工作效率和增压能力。另有一些通过在叶尖所在区域的压力侧壁上设置导流结构，使得气体经过导流结构的导向后，气体在叶尖的顶部端面外侧因泄漏流动产生的分离泡增大，以此减小径向间隙，从而抑制泄漏流的流量和泄漏涡强度，然而该方法收效甚微，且适用压气机类型有限。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择，本专利技术提供一种亚声速压气机的转子叶片、亚声速压气机以及基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，以抑制间隙泄漏流流量和叶尖吸力面流动分离、改善叶尖流场、延迟压气机发生失速等。
[0005]一方面地，本专利技术提出一种亚声速压气机的转子叶片，所述亚声速压气机包括轮毂和机匣，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，所述叶顶间隙形状设置为由所述亚声速压气机转子叶片的叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。
[0006]进一步地，所述转子叶片的叶顶具有斜切面，所述斜切面与机匣内壁之间的夹角为斜切角α，其中，α≤8
°
。
[0007]进一步地，所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。
[0008]进一步地，所述转子叶片的叶顶设有朝向压力面侧延伸的第一延伸面，或者朝向吸力面侧延伸的第二延伸面。
[0009]另一方面地，本专利技术提出一种亚声速压气机，包括上述亚声速压气机的转子叶片。
[0010]另一方面地，本专利技术提出一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，应用于亚声速压气机，所述亚声速压气机包括轮毂、机匣以及转子叶片，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理，以使得所述叶顶间隙形成为由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。
[0011]进一步地，所述转子叶片的吸力面与叶顶端面相交的边缘线为第二切割线，所述转子叶片的压力面与叶顶端面相交的边缘线为第一切割线，所述第一切割线和所述第二切割线组合形成叶顶的基准拉伸面，叶顶前缘点与尾缘点连线形成叶顶弦线；对所述叶顶进行切削处理包括如下步骤：以所述基准拉伸面作为旋转面，以所述叶顶弦线作为旋转轴，所述旋转轴正向为由前缘点指向尾缘点，使所述旋转面绕所述旋转轴沿顺时针旋转，形成斜切面，所述斜切面与所述基准拉伸面形成斜切角α；以所述斜切面为切割工具面，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理。
[0012]进一步地，所述斜切角α≤8
°
。
[0013]进一步地，所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。
[0014]进一步地，对所述叶顶进行切削处理之前还包括如下步骤：使所述转子叶片的叶顶朝向压力面侧扩展以形成第一延伸面；或者使所述转子叶片的叶顶朝向吸力面侧扩展以形成第二延伸面。
[0015]由于采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
[0016]1.本申请的亚声速压气机的转子叶片，通过在叶顶与机匣内壁之间构建由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，借助渐扩型流道对间隙泄漏气流的减速控制效果实现对间隙泄漏流流量和叶尖吸力面分离的双重抑制目的。具体地，对于亚声速压气机转子，利用渐扩型泄漏通道实现亚声速间隙泄漏射流的减速目的，进而减小间隙泄漏流射流速度及影响范围，降低泄漏射流由叶顶间隙吸力面侧进入主流流场时的速度和流量，从而有效削弱泄漏流强度及对主流流体的干扰和堵塞效应；同时叶尖流场在泄漏涡与吸力面之间形成的靠近吸力面的局部加速气流还可以有效抑制吸力面出现的流动分离，从而减小由分离引起的气流堵塞效应。最终得益于泄漏流和吸力面分离的双重抑制效果，进而使得亚声速压气机的叶尖流动特性和稳定工作裕度等得到明显改善。
[0017]其中，“渐扩型”做广义理解，所对应的渐扩型流道的径向尺寸变化既可以是线性的，也可以是非线性的。
[0018]2.作为一种优选的实施方式，所述转子叶片的叶顶具有斜切面，所述斜切面与机匣内壁之间的夹角为斜切角α，其中，α≤8
°
；本申请采用叶顶斜切的方式，在叶顶形成斜切面，对原有转子叶片的改造简单，既不需要引入额外的能量和附加作动装置、机构等，也无需复杂的调控策略，具有实施方便、潜在技术风险小等优点；通过进一步限定斜切角的范围，有助于对叶尖流场的做功能力、工作裕度、气动收益等多方面进行优化。
[0019]3.作为一种优选的实施方式，所述叶顶间隙为由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值；通过限定转静交截面之间的间隙值形成由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，通过抑制泄漏流强度和叶尖吸力面分离，可有效改善亚声速压气机转子的叶尖流
动特性和稳定工作裕度。
[0020]4.作为一种优选的实施方式，所述压气机转子叶片的叶顶设有朝向压力面侧延伸的第一延伸面；或者所述转子叶片的叶顶设有朝向吸力面侧延伸的第二延伸面；通过设置第一延伸面或第二延伸面，可增加叶顶端面面积，而在增加叶顶端面面积的基础上构建由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，可进一步提升对间隙泄漏流和叶尖吸力面流动分离的双重抑制效果。
[0021]5.本申请的基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，通过对亚声速压气机转子叶片的叶顶斜切构建由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，可有效抑制间隙泄漏流的流量和强度，显著减小叶尖吸力面的流动分离，进而提升亚声速压气机的综合性能和稳定工作裕度，既不需要引入额外的能量和附加作动装置、机构等，也无需复杂的调控策略，具有控制效果明显、结构简单、实施方便、潜在技术风险小等优点；相较于现有的其他被动式流动控制方法，本申请在抑制高负荷亚声速压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚声速压气机的转子叶片，所述亚声速压气机包括轮毂和机匣，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，其特征在于，所述叶顶间隙形状设置为由所述亚声速压气机转子叶片的叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。2.根据权利要求1所述的一种亚声速压气机的转子叶片，其特征在于，所述转子叶片的叶顶具有斜切面，所述斜切面与机匣内壁之间的夹角为斜切角α，其中，α≤8
°
。3.根据权利要求1所述的一种亚声速压气机的转子叶片，其特征在于，所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。4.根据权利要求1所述的一种亚声速压气机的转子叶片，其特征在于，所述转子叶片的叶顶设有朝向压力面侧延伸的第一延伸面，或者朝向吸力面侧延伸的第二延伸面。5.一种亚声速压气机，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的亚声速压气机转子叶片。6.一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，应用于亚声速压气机，所述亚声速压气机包括轮毂、机匣以及转子叶片，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，其特征在于，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理，以使得所述叶顶间隙形成为由叶顶压力面侧指向吸力...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔伟伟，姚飞，王晓楠，阮昌龙，曹浩波，杨来顺，常国璋，王翠苹，岳光溪，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：