[发明专利]一种非轴对称组合处理机匣

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高压气机稳定裕度的装置，尤其是指一种能明显提高压气机稳定裕度而又能同时提高其绝热效率的非轴对称组合处理机匣。

背景技术

压气机大量运用在航空发动机和工业生产中。但是在压气机的设计发展过程中，压气机的不稳定流动，如旋转失速、喘振等，极大地限制了压气机性能的进一步提升。发生旋转失速时，存在一个或多个低能失速团沿压气机周向旋转，压气机的性能会突然下降，流量、压比和效率均降至最低点，并且会对压气机叶片产生周期性的激振力，甚至引起喘振的发生，危害极大。因此人们采取了很多方法来推迟压气机发生旋转失速等不稳定现象，以扩大其稳定工作裕度。

为了扩大压气机的稳定裕度，国内外工作者做了很多研究工作。处理机匣技术的扩稳效果被认为非常明显，且实用性很强，因而得到了比较广泛的应用。目前国内外很多先进航空发动机机所用的压气机均采用了这项技术。图1-图3给出了三种典型的处理机匣结构形式。

如图1所示，轴向斜槽处理机匣是在机匣上沿压气机的轴向开槽，其槽深方向与压气机的径向成一定夹角(一般为60度)。当槽深方向对准来流方向时，无论来流是均匀流或发生进口畸变，稳定裕度都有较大改善。但这类处理机匣的缺点是，稳定裕度的改善以损失压气机的效率为代价。

如图2所示，弦向斜槽处理机匣是在机匣上沿叶尖基元的弦向开槽，槽深方向可以有不同的夹角。在均匀来流情况下，稳定裕度的增长仅次于轴向斜槽处理机匣3％，对压气机效率的损失也比轴向斜槽少一些。

如图3所示，反旋涡浅槽处理机匣是根据叶片通道中已知旋涡的方向和强度，在机匣上沿压气机轴向开无气室的三角槽，当叶片扫过这些处理槽时，在三角槽内产生与叶尖泄漏涡反向的涡量，并与叶尖区的泄漏涡抵消。这种处理机匣对压气机的绝热效率会有明显提升，但是对稳定裕度的增加量不大。

总结传统的处理机匣技术，存在这样的缺点：很难同时提高压气机的稳定裕度和绝热效率。包括上述前两种典型结构处理机匣在内的大部分处理机匣在扩大压气机稳定裕度的同时，不得不付出降低压气机的绝热效率为代价。这种代价通常为1％-3％左右。在航空发动机上，压气机的绝热效率的下降意味着燃油消耗会更多。而上述反旋涡浅槽处理机匣虽然对压气机的绝热效率有所提升，却对压气机的稳定裕度的增加量少。

如前所述，当压气机发生旋转失速时，会产生一个或多个低能失速团沿周向旋转，由此产生沿周向变化和传播的强烈气流脉动。此时的压气机流场是典型的非轴对称流场。而传统的处理机匣都是轴对称分布的单一处理槽结构，没有考虑到压气机发生旋转失速时流场的严重非轴对称性是其一大缺点。而压气机的这种非轴对称特性反映了一种比较强烈的非定常流动状态。

因此，如何从压气机流场的非轴对称性出发，结合某些机匣的优点，设计成能发挥各自优势并且产生不同非定常激励的组合机匣成为本发明所述工作的初衷。

发明内容

针对上述传统处理机匣技术存在的缺点，本发明提供一种非轴对称结构的组合处理机匣，该处理机匣包括：

一个开有两种结构形式处理槽组合的非轴对称分布的处理环；

一个或两个调距环，用于调整上述处理环相对压气机叶片的轴向位置。

该非轴对称组合处理机匣所述的处理环有两种结构形式的处理槽，分别是一种新型的圆弧斜槽结构和反旋涡浅槽结构。按处理槽结构形式的不同，可以将此处理环在周向上分为一个或多个激励区，一个或多个缓冲区。激励区和缓冲区相间分布。激励区内开有三个或三个以上的圆弧斜槽式处理槽，且压气机的单个转子通道对应的处理槽数为3～8，缓冲区内开有反旋涡浅槽式处理槽。激励区的周向长度应大于一个压气机转子通道的叶尖栅距。缓冲区的周向长度也应大于一个压气机转子通道的叶尖栅距。所有激励区所对应的扇形角之和α相对于所有缓冲区所对应的扇形角之和β的比值α/β＝1/5～5。

本发明所述的非轴对称组合处理机匣在压气机中的位置为在压气机转子叶片尖部的上方，并在轴向上相对叶片有相当于转子叶尖弦长30％-70％的前伸量。该处理机匣在设计过程中考虑到了压气机内部流场的非定常性，特别针对轴流压气发生旋转失速时的非轴对称流场设计了开有非轴对称分布的处理槽的处理环。

从处理机匣对压气机流场的非定常激励频率分析，可以看到本发明所述的非轴对称处理机匣对压气机流场的激励频率是多频率的，而传统的轴对称结构处理机匣对压气机流场的激励频率为单一频率。因此，本发明所述的非轴对称处理机匣相对传统轴对称结构的处理机匣来说，具有不同的非定常作用机理。