一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子，包括機(jī)匣、靜子葉片、輪轂，其特征在于，還包括離體小葉片，所述離體小葉片為雙圓弧葉型直葉片，位于靜子葉片和靜子葉片之間，且離體小葉片和靜子葉片不接觸；離體小葉片葉根與輪轂固連，離體小葉片葉根的安裝角不大于靜子葉片葉根的安裝角。本發(fā)明抑制了靜子葉片通道中的角區(qū)分離，并且離體小葉片葉頂前緣產(chǎn)生的誘導(dǎo)渦結(jié)構(gòu)與靜子葉片的分離流體相互作用，使分離流體更加貼近葉背流動(dòng)，抑制了流動(dòng)分離的進(jìn)一步發(fā)展。因此擴(kuò)大了壓氣機(jī)流道的有效流通面積，提高壓氣機(jī)的流量裕度。比起靜子串列葉柵技術(shù)，無需改型設(shè)計(jì)，本發(fā)明安裝方便，節(jié)省工業(yè)制造成本。
【專利說明】
一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及葉輪機(jī)械的流動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸 流壓氣機(jī)靜子。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)，通常要求其風(fēng)扇和進(jìn)口級(jí)壓氣機(jī)能在各種復(fù)雜流場下穩(wěn)定 工作。然而當(dāng)壓氣機(jī)工作在惡劣的非設(shè)計(jì)工況，在流道逆壓梯度的作用下，壓氣機(jī)靜子葉片 輪轂角區(qū)容易發(fā)生角區(qū)分離現(xiàn)象。一旦流動(dòng)分離擴(kuò)大，分離流體堵塞壓氣機(jī)流道，使壓氣機(jī) 進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速、喘振等非穩(wěn)定工況，壓氣機(jī)性能急劇惡化，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。對 于高負(fù)荷靜子葉片擴(kuò)壓程度大，流動(dòng)易分離的特點(diǎn)，文獻(xiàn)"魏巍，劉波等，高負(fù)荷小型壓氣機(jī) 大彎角串列靜子特性[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào).2013.28(5): 1067-1073"提供了一種流動(dòng)分離控 制的技術(shù)，文獻(xiàn)對一臺(tái)小型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的軸流部分一大彎角靜子葉片進(jìn)行了串列改型研 究，采用串列靜子有效減弱了原來靜子的氣流分離，提高了壓比和效率。文獻(xiàn)中為了改進(jìn)壓 氣機(jī)靜子性能，需重新設(shè)計(jì)一套串列靜子葉片，替換原來的靜子葉片，勢必造成工作量大， 并增大工業(yè)制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:為了避免現(xiàn)有串列葉柵技術(shù)的不足之處，本發(fā)明 提出了一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子，即在壓氣機(jī)靜子葉片前緣的輪轂角 區(qū)，安裝一離體小葉片，離體小葉片靠近靜子葉片吸力面，整體尺寸比靜子葉片低1-2個(gè)數(shù) 量級(jí)。利用離體小葉片對靜子通道的分離流體進(jìn)行流動(dòng)控制。一方面，氣流在離體小葉片和 靜子葉片中加速流過，吹除靜子葉片后緣的分離流體，另一方面，離體小葉片的葉頂誘導(dǎo)出 螺旋流動(dòng)，這種渦運(yùn)動(dòng)抑制了靜子葉片通道中角區(qū)分離的發(fā)展。提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范 圍。該技術(shù)簡單易行，只需在原有的靜子葉片輪轂角區(qū)前緣安裝一離體小葉片。避免了像串 列葉柵流動(dòng)控制技術(shù)需要重新設(shè)計(jì)一套葉型的麻煩。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子，包括機(jī)匣 4、靜子葉片1、輪轂3,還包括離體小葉片2,所述離體小葉片2為雙圓弧葉型直葉片，位于靜 子葉片1和靜子葉片1之間，且離體小葉片2和靜子葉片1不接觸;離體小葉片2葉根與輪轂3 固連，離體小葉片葉根的安裝角不大于靜子葉片葉根的安裝角。
[0005] 本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:沿輪轂3軸線方向，所述離體小葉片2與靜子葉片1前 緣的距離為5%-15%的葉根軸向弦長;沿輪轂3周向方向，離體小葉片2與靜子葉片1吸力面 的距離為5%_10%的葉根軸向弦長。
[0006] 本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述離體小葉片2的葉型彎角為30°-60°
[0007] 本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述離體小葉片的葉高為靜子葉片葉高的40 % -60%。尚體小葉片葉根弦長為靜子葉片葉根弦長的5%_10%。
[0008] 發(fā)明效果
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于:相對于設(shè)計(jì)工況，在小流量工況下，靜子輪轂角區(qū)發(fā)生輪 轂角區(qū)分離現(xiàn)象，安裝于靜子葉片輪轂角區(qū)前緣的離體小葉片引導(dǎo)氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并加速 流動(dòng)，抑制了靜子葉片通道中的角區(qū)分離，并且離體小葉片葉頂前緣產(chǎn)生的誘導(dǎo)渦結(jié)構(gòu)與 靜子葉片的分離流體相互作用，使分離流體更加貼近葉背流動(dòng)，抑制了流動(dòng)分離的進(jìn)一步 發(fā)展。因此擴(kuò)大了壓氣機(jī)流道的有效流通面積，提高壓氣機(jī)的流量裕度。比起靜子串列葉柵 技術(shù)，無需改型設(shè)計(jì)，本發(fā)明安裝方便，節(jié)省工業(yè)制造成本。在亞音速軸流壓氣機(jī)級(jí)上開展 了離體小葉片抑制壓氣機(jī)靜子葉片輪轂角區(qū)流動(dòng)分離的研究。研究結(jié)果表明，未安裝離體 小葉片的單級(jí)壓氣機(jī)流量裕度為12.26%，在靜子葉片設(shè)置離體小葉片獲得的流量裕度為 15.49%，流量裕度改進(jìn)量為3.23%。發(fā)明的離體小葉片流動(dòng)控制技術(shù)增大了壓氣機(jī)級(jí)的穩(wěn) 定工作范圍。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的離體小葉片流動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用在壓氣機(jī)靜子葉片的單通道示意 圖；
[0011] 圖2是在靜子葉片葉根截面的離體小葉片和靜子葉片輪廓結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖3為大氣壓為105500Pa背壓下安裝離體小葉片前后軸流壓氣機(jī)靜子10%葉高截 面氣流流線分布對比；
[0013]附圖標(biāo)記說明：1 一靜子葉片；2 -尚體小葉片；3-輪轂;4一機(jī)匣；5-靜子葉片前 緣;6-靜子葉片尾緣;7-吸力面;8-壓力面。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
[0015] 1、參見圖1-圖3,包括軸流壓氣機(jī)靜子葉片，軸流壓氣機(jī)輪轂、機(jī)匣和離體小葉片， 其特點(diǎn)是離體小葉片安裝于靜子通道內(nèi)的每兩個(gè)靜子葉片之間。沿輪轂軸線方向，離體小 葉片與靜子葉片前緣的距離為5%_15%的葉根軸向弦長，軸向弦長是是葉片弦長在旋轉(zhuǎn)軸 方向的投影。沿輪轂周向方向，離體小葉片與靜子葉片吸力面的距離為5%_10%的葉根軸 向弦長，尚體小葉片葉根與靜子輪轂連接。
[0016] 離體小葉片為一雙圓弧葉型的直葉片，葉高為靜子葉片葉高的40 %-60 %。離體小 葉片弦長為靜子葉片葉根弦長的5%_10%，安裝角不大于靜子葉片葉根的安裝角。
[0017] 1)本發(fā)明研究對象的壓氣機(jī)機(jī)匣4半徑為0.1466m，輪轂3半徑0.091m，靜子葉片數(shù) 目為44。
[0018] 2)在輪轂3上安裝離體小葉片2,離體小葉片2的葉根和輪轂3相連。離體小葉片）2 為直葉片，從葉根到葉頂徑向跨度占靜子葉片1徑向長度的40%，即葉片高度為靜子葉片1 尚度的40%。尚體小葉片2的葉根弦長為靜子葉片1葉根弦長的5%。
[0019] 3)離體小葉片2采用的葉型為雙圓弧葉型，葉型的最大相對厚度為0.17_。葉型彎 角為50°。
[0020] 4)軸向位置離體小葉片2葉根加裝于靜子葉片1葉根前緣10%軸向弦長處的輪轂3 上，葉型安裝角為26°，周向位置離體小葉片2葉根前緣距靜子葉片吸力面7的距離為7.4% 的靜子葉根軸向弦長。需要說明的是，葉型的安裝角即為葉型的弦線和軸向的夾角，壓氣機(jī) 中默認(rèn)葉高的方向?yàn)閺较?，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橹芟颍D(zhuǎn)軸為軸向。
[0021] 5)離體小葉片2的徑向長度遠(yuǎn)大于弦向長度，即葉片高度遠(yuǎn)大于葉片弦長，但不是 受力部件。流體從靜子葉片1的吸力面7和壓力面8形成的通道流過，在靜子葉片前緣5附近 被離體小葉片2分成兩部分，一小部分流體從離體小葉片2和靜子葉片1的吸力面7之間的通 道流過，氣流經(jīng)過加速，抑制靜子葉片尾緣6附近發(fā)生的輪轂角區(qū)失速，從而緩解了低能流 體堆積，有效的擴(kuò)大了靜子葉片1輪轂角區(qū)的流通面積。
[0022] 在單級(jí)軸流壓氣機(jī)上開展了靜子離體小葉片流動(dòng)控制的CFD數(shù)值仿真研究，得到 離體小葉片抑制流動(dòng)分離后單級(jí)軸流壓氣機(jī)性能變化前后的數(shù)據(jù)。
[0023]表1安裝離體小葉片前后的單級(jí)壓氣機(jī)性能對比
[0024]
[0025]
[0026] 研究結(jié)果表明在軸流壓氣機(jī)靜子葉片設(shè)置離體小葉片能有效地抑制流動(dòng)分離，擴(kuò) 大了壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，由圖3可清楚的看出，原始的靜子葉片通道內(nèi)流體發(fā)生了分 離，而安裝離體小葉片后，氣流分離得到抑制。參照表1可以直觀的看出。失穩(wěn)點(diǎn)流量從 2.826Kg/s降低到2.722Kg/s。未安裝離體小葉片的壓氣機(jī)級(jí)的流量裕度為12.26%，設(shè)置離 體小葉片后獲得的流量裕度為15.49%，流量裕度改進(jìn)量為3.23%。并且，壓氣機(jī)級(jí)的壓比 并未明顯下降。發(fā)明的離體小葉片擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)使壓氣機(jī)穩(wěn)定工作能力有了較大的提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子，包括機(jī)匣（4)、靜子葉片（1)、輪轂 (3)，其特征在于，還包括離體小葉片(2)，所述離體小葉片(2)為雙圓弧葉型直葉片，位于靜 子葉片（1)和靜子葉片（1)之間，且離體小葉片(2)和靜子葉片（1)不接觸;離體小葉片(2)葉 根與輪轂(3)固連，離體小葉片葉根的安裝角不大于靜子葉片葉根的安裝角。2. 如權(quán)利要求1所述的一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子，其特征在于，沿 輪轂(3)軸線方向，所述離體小葉片(2)與靜子葉片（1)前緣的距離為5%-15%的葉根軸向 弦長;沿輪轂(3)周向方向，離體小葉片(2)與靜子葉片（1)吸力面的距離為5%-10%的葉根 軸向弦長。3. 如權(quán)利要求1所述的一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子，其特征在于，所 述離體小葉片(2)的葉型彎角為30°-60°。4. 如權(quán)利要求1或3所述的一種輪轂角區(qū)帶離體小葉片的軸流壓氣機(jī)靜子，其特征在 于，所述離體小葉片的葉高為靜子葉片葉高的40%_60%。離體小葉片葉根弦長為靜子葉片 葉根弦長的5 %-10 %。
【文檔編號(hào)】F04D29/54GK105864105SQ201610259830
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】吳艷輝, 劉軍, 陳智洋, 安光耀, 彭文輝, 楊國偉
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)