[发明专利]静叶间自循环抽吸喷气的多级轴流压气机

说明书

本发明提供了一种静叶间自循环抽吸喷气的多级轴流压气机。该多级轴流压气机包括：机匣；设置于机匣中心轴位置的轮毂；于机匣内侧沿机匣轴向设置的N排静叶；以及设置于N排静叶其中之一的高压级静叶和其中另一的低压级静叶之间的自循环抽吸喷气装置；于轮毂外侧沿机匣轴向设置的M排动叶，且动叶与静叶交错排布；其中，N≥2，M≥1，自循环吸喷气装置利用多级轴流压气机中高压级与低压级之间的静压差，将高压级静叶吸力面的气体引回到低压级静叶吸力面进行附面层喷气。本发明兼具附面层抽吸、喷气技术的有益效果，从而达到稳定性裕度提高和效率改善的双重目的。

技术领域

本发明涉及燃气轮机/航空发动机技术领域，尤其涉及一种静叶间自循环抽吸喷气的多级轴流压气机。

背景技术

压气机作为燃气轮机/航空发动机的关键部件之一，目前其朝着高负荷和高稳定性方向发展。增加负荷会使压气机内部流动变得非常复杂，对静叶而言，强逆压梯度会使吸力面附面层流动分离加剧，叶型损失增加。此外，非定常转静干涉会产生大量噪音，且上游静叶出口流场内的压力损失会加剧下游转子进口的非定常性和非均匀性，有可能会引起发动机的高周疲劳，影响发动机的使用寿命。因此，设法抑制压气机静叶吸力面流动分离具有重要意义。

采用吹/吸附面层以抑制流动分离的方法早在1904年由普朗特提出，并证实了采用附面层抽吸技术可以有效的控制流动分离。1997年，麻省理工学院在美国空军的资助下为提高高压压气机的级负荷率先提出了吸气式压气机气动设计概念，即通过加大静叶折转角尽可能地提高压气机级负荷，同时在静叶吸力面采用抽吸的方式抑制因折转角加大引起的分离。已有的设计结果表明吸气式压气机只需要抽吸3.5％的主流流量就可使压气机的级压比超过3(典型的压气机级压比低于2)。现有的研究表明，采用附面层抽吸，可以吸除附面层的低能流体，抑制或推迟附面层流动分离，从而可以使叶型达到很大的弯度，提高级压比；同时，采用附面层抽吸，可以减弱叶尖泄漏涡的强度，进而有利于增强压气机运行的稳定性。研究同时表明，单独应用附面层抽吸技术，会将部分已加功流体排出，影响整机的效率及经济性。

采用附面层喷气是抑制流动分离的另一种方法，研究表明采用喷气的方法可以使气流转角超过临近值60°。2009年Nerge等人采用实验和数值模拟的方法对附面层喷气进行了研究，结果表明，当叶片稠度由0.4变为0.6时，除了二次流外，附面层产生了严重的分离，采用稳态附面层喷气技术可以有效控制强二次流及附面层分离，使气流转角增至60°。之后，Nerger又针对稠度0.6的高负荷压气机平面叶栅进行了端壁和吸力面喷气的实验研究，发现端壁喷气主要是削弱二次流影响，吸力面喷气的主要作用是减少叶型附面层分离，二者组合喷气效果最好。2004年Kirtley等人采用实验和数值模拟的方法，进行了通过降低叶片稠度来提高叶栅的负荷，同时采用定常射流的方法抑制流动分离的研究。在引气量为主流流量的1％时，对低速压气机可以达到使用2.1％的级效率下降换取稠度减少30％的目标，对高速压气机保守估计要用0.5％的级效率下降换取同等目标。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种静叶间自循环抽吸喷气的多级轴流压气机，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

本发明静叶间自循环抽吸喷气的多级轴流压气机包括：机匣；于机匣内侧沿机匣轴向设置的N排静叶；以及设置于N排静叶其中之一的高压级静叶和其中另一的低压级静叶之间的自循环抽吸喷气装置；其中，N≥2，自循环吸喷气装置利用多级轴流压气机中高压级与低压级之间的静压差，将高压级静叶吸力面的气体引回到低压级静叶吸力面进行附面层喷气。

优选地，在本发明的一些实施例中，N≥4，高压级静叶和低压级静叶隔开n排的静叶，n≥2。

优选地，在本发明的一些实施例中，自循环抽吸喷气装置包括：在高压级静叶的吸力面开设的抽吸结构；在低压级静叶的吸力面开设的喷气结构；以及密封连接高压级静叶的吸力面上的抽吸结构与低压级静叶的吸力面上的喷气结构之间的气流通道。