[发明专利]一种压气机吸气式离散倾斜缝机匣处理控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种压气机吸气式离散倾斜缝机匣处理控制装置及方法，在压气机处理机匣壁面上沿周向开设多个离散倾斜缝，缝向转子旋转方向倾斜一定的角度，然后在缝的顶部开设一定数量的抽吸孔，并在抽吸孔的上部增设背腔。通过调整抽吸孔的角度、抽气量和抽气位置可改变离散倾斜缝内的回流旋涡结构以及流入和流出离散倾斜缝的气流的轴向动量，进而改变叶顶泄漏流和主流的动量，从而能够调节叶顶泄漏流和主流交界面的位置，以及缝和叶顶流场相互作用引起的流动损失。与传统离散倾斜缝机匣处理相比，吸气式离散倾斜缝机匣处理可实现在提高压气机稳定工作范围的同时降低效率损失的目标。

技术领域

本发明涉及一种压气机吸气式离散倾斜缝机匣处理控制装置及流动控制方法，用于提高压气机的稳定工作范围，属于叶轮机械领域。

背景技术

压气机的作用是在尽量低的流阻损失下对所流过的气流加工以提高其压强。压气机是燃气轮机和航空发动机的核心部件之一，随着燃气轮机和航空发动机向高紧凑型、低耗油率和高稳定性方向发展，提高压气机负荷和效率的同时保证压气机具有较高的失速裕度是研究人员不断追求的目标。在一定的转速下当通过压气机的流量减小到一定程度时，压气机内会出现旋转失速和喘振等不稳定流动现象。压气机不允许在不稳定工作边界左方工作，它可能会导致压气机叶片断裂和发动机熄火等严重事故。

压气机发生旋转失速时，气流脉动会沿压气机的周向变化和传播。目前认为诱发旋转失速的先兆波主要有模态波型失速先兆和突尖型失速先兆。压气机的旋转失速与叶顶区域的流动具有密切的关系，失速先兆波往往最先出现在叶顶区域。高负荷压气机叶顶区域存在强激波和泄漏涡之间的相互作用，容易引起较大的流动堵塞。压气机叶顶区域的流动堵塞是引起旋转失速的重要原因，制约了压气机的稳定工作范围。为了提高压气机的失速裕度，可以采用可调进口导叶，机匣处理和叶顶微喷气等流动控制方法。机匣处理作为一种被动流动控制方法，能够有效提高压气机的稳定工作范围，具有可靠性高和结构上容易实现等优点。目前机匣处理扩稳方法已经在航空发动机中得到了实际的应用，赢得了许多研究者的关注。

机匣处理能够改善压气机叶顶区域的流动堵塞状况，推迟叶顶泄漏流从相邻叶片前缘溢出进相邻叶片通道，从而提高压气机的失速裕度。压气机叶顶区域的流动本身是非常复杂的三维流动，而机匣处理和叶顶流场之间的相互作用又加剧其复杂性。如何设计机匣处理结构来有效地提高压气机稳定工作范围，同时尽量降低压气机的效率损失，仍是目前叶轮机械领域具有挑战性的问题。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种压气机吸气式离散倾斜缝机匣处理控制装置及流动控制方法，对压气机叶顶泄漏流进行有效的输运和激励，从而使叶顶泄漏流和主流交界面与叶片压力面的交点向叶片通道下游移动，降低叶顶泄漏流引起的堵塞，提高压气机的失速裕度同时降低效率损失。

本发明为解决其技术问题所采用的技术解决方案为：

一种压气机吸气式离散倾斜缝机匣处理控制装置，包括压气机动叶和压气机处理机匣，所述压气机动叶的顶部与所述压气机处理机匣之间具有叶顶间隙，其特征在于：

在所述压气机动叶顶部对应的压气机处理机匣壁面上开设若干沿周向分布的离散倾斜缝，各所述离散倾斜缝向转子旋转方向倾斜一定的角度，且各所述离散倾斜缝的轴向长度L_t大于其周向宽度L_w；

各所述离散倾斜缝的顶部设有若干与其连通的抽吸孔，各所述抽吸孔的另一端与一周向延伸的环形背腔连通，所述环形背腔内的背压可调，且各所述抽吸孔的孔径不大于所述离散倾斜缝的周向宽度L_w。

优选地，所述离散倾斜缝覆盖所述压气机动叶叶顶前缘上游20％-30％轴向弦长范围。

优选地，所述离散倾斜缝的轴向长度L_t为所述压气机动叶叶顶轴向弦长的0.5-1.0倍。