轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种轴流压气机机匣处理方法，特别涉及一种轴流压气机吹气型周向 槽机匣处理方法。
【背景技术】
[0002] 周向开槽作为一种有效的机匣扩稳处理型式已为国内外大量的实验研究机构所 证实。这种处理型式的优点在于它可以基本不降低压气机的原有效率而获得一定的稳定裕 度改进。它作为一种主要的机匣处理研究型式，在单、多级轴流压气机前面级和后面级中得 到应用。在国内的现役机种上，为了弥补压气机裕度不足的问题也采用过这种处理型式， 并获得了一定的效益。但其不足之处是裕度改进量小，或是不能使效率有明显的提高。文 献"Improved Compressor Performance Using Recessed Clearance(Trenches)over the rotor. AIAA-86-1745, 1986. "公开了几种沟槽式机匣处理型式，通过更改沟槽的槽深、槽 宽、倾斜角、槽的纵深长度等几何配置，并在一台四级轴流压气机上进行实验验证，找到了 提尚压气机效率的方法，但却不能够提尚其稳定裕度。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有轴流压气机机匣处理方法处理的压气机稳定裕度差的不足，本发明 提供一种轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法。该方法在周向槽式处理机匣的基础上， 在处理机匣的周向槽中加入切向吹气，通过实验手段，探寻使压气机稳定裕度和效率均有 明显提升的最佳吹气槽设计方案。实验证明，本发明轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方 法，增加了轴流压气机叶顶区域的流通能力，延缓附面层的分离并减少了附面层的损失，改 善了叶顶端壁区的堵塞状况，不仅有效地扩大了压气机的稳定工作范围，同时还使得压气 机效率有所提升。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种轴流压气机吹气型周向槽机匣处 理方法，其特点是包括以下步骤：
[0005] 步骤一、周向槽处理机匣处理宽度覆盖转子叶顶的整个轴向宽度，在每条周向槽 中分别开有与周向槽相切的沿圆周均布的吹气管6,吹气方向与转子叶片7的旋转方向一 致。
[0006] 步骤二、周向槽按气流流动方向设置，分别是第一周向槽1、第二周向槽2、第三周 向槽3、第四周向槽4和第五周向槽5,每个周向槽在圆周方向均勾布置八个吹气管6,吹气 管6的直径为2. 5mm，吹气管6与机匣夹角为5°，相邻周向槽上的吹气管6在圆周方向相 隔9°。通过空气压缩机经调压阀将空气吹入处理机匣的各周向槽中，吹入周向槽前压力控 制为1.2个大气压。同一周向槽的所有八个吹气管6连通。各周向槽分别用一根单独的总 管接出。
[0007] 步骤三、第一阶段，分别在相对转速为0. 53、0. 71和0. 84下，在保持吹气管6的喷 气量不变的情况下，比较不同吹气环槽数目对机匣扩稳效果及压气机峰值效率和稳定边界 点效率的影响。分别对第二周向槽2、第四周向槽4,第二周向槽2、第三周向槽3、第四周向 槽4,和第一周向槽1、第二周向槽2、第三周向槽3、第四周向槽4和第五周向槽5进行吹气。
[0008] 步骤四、第二阶段，在第一阶段得出的最佳周向槽数目的基础上，通过调压阀改变 吹气量，研究不同吹气量对机匣扩稳效果及压气机峰值效率和稳定边界点效率的影响。吹 气量的大小用调压阀的开度比?表示，以调压阀全开角度a。为基准，实际打开的角度为a， 贝丨Ja = a/?0.0:
[0009] 所述调压阀的开度比Z=〇.52"
[0010] 所述调压阀的开度比;? = 1,00 ,
[0011] 本发明的有益效果是：该方法在周向槽式处理机匣的基础上，在处理机匣的周向 槽中加入切向吹气，通过实验手段，探寻使压气机稳定裕度和效率均有明显提升的最佳吹 气槽设计方案。实验证明，本发明轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法，增加了轴流压气 机叶顶区域的流通能力，延缓附面层的分离并减少了附面层的损失，改善了叶顶端壁区的 堵塞状况，不仅有效地扩大了压气机的稳定工作范围，同时还使得压气机效率有所提升。
[0012] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明方法中吹气型周向槽机匣应用在压气机转子叶顶的示意图。
[0014] 图中，1-第一周向槽，2-第二周向槽，3-第三周向槽，4-第四周向槽，5-第五周向 槽，6-吹气管，7-转子叶片。
【具体实施方式】
[0015] 参照图1。本发明轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法具体步骤如下：
[0016] 1、本发明应用在轴流压气机实验室的孤立转子上，其主要设计参数参见表1。
[0017] 表1孤立转子主要设计参数
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[0019] 2、本发明所用试验件基于一个周向槽处理机匣，试件的处理宽度覆盖转子叶顶的 整个轴向宽度，其主要几何参数参见表2。在每条周向槽中分别开有与周向槽相切的沿圆周 均布的吹气管6,吹气方向与转子叶片7的旋转方向一致。
[0020] 表2周向槽处理机匣主要几何参数
[0022] 3、周向槽按气流流动方向设置，分别是第一周向槽1、第二周向槽2、第三周向槽 3、第四周向槽4和第五周向槽5,每个周向槽在圆周方向均匀布置八个吹气管6,吹气管6 的直径为2. 5mm，吹气管6与机匣夹角为5°，相邻周向槽上的吹气管6在圆周方向相隔 9°。试验中，通过空气压缩机经调压阀将空气吹入处理机匣的各周向槽中，吹入周向槽前 压力控制为1. 2个大气压。为了实现吹入周向槽压力的较大变化，增设了另一条供气路。试 验中将同一周向槽的所有八个吹气管6连通。各周向槽分别用一根单独的总管接出，以便 于接通或切断吹气，实现吹气槽数的变更。
[0023] 4、第一阶段的试验，分别在相对转速为0. 53, 0. 71和0. 84下，在保持吹气管6的 喷气量不变的情况下，比较不同吹气环槽数目对机匣扩稳效果及压气机峰值效率和稳定边 界点效率的影响。分别对第二周向槽2、第四周向槽4,第二周向槽2、第三周向槽3、第四周 向槽4，和第一周向槽1、第二周向槽2、第三周向槽3、第四周向槽4和第五周向槽5进行吹 气试验。
[0024] 5、试验第二阶段在第一阶段得出的最佳周向槽数目的基础上，通过调压阀改变吹 气量，研究不同吹气量对机匣扩稳效果及压气机峰值效率和稳定边界点效率的影响。吹气 量的大小用调压阀的开度比5表示，它是这样定义的：以调压阀全开角度a。为基准，实际打 开的角度为a，则J = Wiv试验中测试了两种不同的吹气量，分别为J=a52和J=lX)〇。
[0025] 试验结果表明，带切向吹气的周向槽机匣处理是一种进一步提高扩稳效果和改进 性能的有效型式。在适当的吹气条件下，它不仅可以获得比实壁机匣和不吹气的原型机匣 更大的稳定裕度，还可以获得比他们更高的峰值效率和稳定边界点效率。同时试验表明，无 需对所有环槽都进行吹气，位于叶顶前端的环槽吹气效果不如叶顶中段的环槽吹气效果明 显。对于三条槽的吹气机匣处理获得的裕度改进量和效率提高值最高，在最佳吹气量条件 下，吹三条槽的处理机匣与实壁机匣相比，叾=3.55%，^, =3.30%，& =3.81基于以上 结果，轴流压气机吹气型周向槽机匣处理是一种切实有效的提高压气机性能的方法，有较 高的实用和推广价值。其中，^是稳定裕度改进量，是峰值绝热效率改进量，是稳定 边界点绝热效率。.市、和定义如下： 概=^ r〇s)iGnpas / Gnpcs) -1] X100% i ηΜ = [(η* ηΜ I η ,aM)-Y\xm% , ^ ι]χ_%，其中，η Λ η /和G ηρ分别表示孤立转子的总压比、总绝热效 率和换算流量。
【主权项】
1. 一种轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤一、周向槽处理机匣处理宽度覆盖转子叶顶的整个轴向宽度，在每条周向槽中分 别开有与周向槽相切的沿圆周均布的吹气管（6)，吹气方向与转子叶片（7)的旋转方向一 致； 步骤二、周向槽按气流流动方向设置，分别是第一周向槽（1)、第二周向槽（2)、第三周 向槽（3)、第四周向槽（4)和第五周向槽（5)，每个周向槽在圆周方向均匀布置八个吹气管 (6)，吹气管（6)的直径为2. 5mm，吹气管（6)与机匣夹角为5°，相邻周向槽上的吹气管（6) 在圆周方向相隔9° ;通过空气压缩机经调压阀将空气吹入处理机匣的各周向槽中，吹入周 向槽前压力控制为1. 2个大气压；同一周向槽的所有八个吹气管（6)连通；各周向槽分别 用一根单独的总管接出； 步骤三、第一阶段，分别在相对转速为0. 53、0. 71和0. 84下，在保持吹气管(6)的喷气 量不变的情况下，比较不同吹气环槽数目对机匣扩稳效果及压气机峰值效率和稳定边界点 效率的影响；分别对第二周向槽（2)、第四周向槽（4)，第二周向槽（2)、第三周向槽（3)、第 四周向槽（4)，和第一周向槽（1)、第二周向槽（2)、第三周向槽（3)、第四周向槽（4)和第五 周向槽（5)进行吹气； 步骤四、在第一阶段得出的最佳周向槽数目的基础上，通过调压阀改变吹气量，研究不 同吹气量对机匣扩稳效果及压气机峰值效率和稳定边界点效率的影响；吹气量的大小用调 压阀的开度比?表示，以调压阀全开角度a。为基准，实际打开的角度为a，则2. 根据权利要求1所述的轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法，其特征在于：所述 调压阀的开度H3. 根据权利要求1所述的轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法，其特征在于：所述 调压阀的开度比
【专利摘要】本发明公开了一种轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法，用于解决现有轴流压气机机匣处理方法处理的压气机稳定裕度差的技术问题。技术方案是在周向槽式处理机匣的基础上，在处理机匣的周向槽中加入切向吹气，通过实验手段，探寻使压气机稳定裕度和效率均有明显提升的最佳吹气槽设计方案。实验证明，本发明轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法，增加了轴流压气机叶顶区域的流通能力，延缓附面层的分离并减少了附面层的损失，改善了叶顶端壁区的堵塞状况，不仅有效地扩大了压气机的稳定工作范围，同时还使得压气机效率有所提升。
【IPC分类】F04D29/54
【公开号】CN105179321
【申请号】
【发明人】吴艳辉, 安光耀, 张皓光, 陈智洋, 丁永鹏
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月6日