[发明专利]一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣及设计方法

说明书

本发明涉及一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，所述机匣整体沿压气机轮毂径向倾斜，并且该自循环机匣与压气机轴线存在夹角，且在一个叶顶栅距周向范围内分布3个自循环装置，该机匣的处理宽度覆盖叶顶的部分轴向弦长；该自循环处理机匣引气口和喷气口所在平面的中心连线方向与轴向存在角度。相比于传统的自循环处理机匣，新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，形成的抽吸流、喷射流更强，同时带来的流动损失更小，因此，获得的压气机稳定裕度更高，对压气机性能带来的损失更小。

技术领域

本发明属于叶轮机械内部流动控制技术领域，是一种提高轴流压气机稳定裕度的装置，具体是一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣。

背景技术

压气机在实际工作中，并非总在设计工况下工作。当运行条件改变时，其工况点会偏离设计工况点，在一定的条件下会产生诸如失速、喘振等不稳定流动。当压气机处于不稳定工况时，不仅会降低压气机的压比和效率，而且还会产生强烈的振动，甚至导致压气机叶片断裂。为此，国内外研究者积极探索扩大压气机稳定工作范围的措施。处理机匣作为一种有效的扩稳措施，具有结构简单，易于在机匣上改装等特点，已在多种航空发动机上得到了应用。目前处理机匣主要有槽式、缝式结构。但是，传统的槽、缝式机匣处理在提升压气机综合稳定裕度的同时对效率有较大影响，槽式机匣处理获得的稳定裕度一般小于10％，压气机最大效率降低程度约在0～1％之间。一些缝式机匣处理获得的稳定裕度为20％左右，但压气机最大效率降低程度约在0.5～2％之间。而自循环机匣与槽式和缝式机匣相比，能在提高压气机稳定工作裕度的同时，对压气机效率的负面作用很小，甚至还能少量提高压气机最大效率。然而，传统的自循环处理机匣沿径向和轴向均无倾斜，同时获得的稳定裕度一般小于15％。自循环处理机匣沿着径向和轴向倾斜后，是否能在获得更大的稳定裕度的同时并提高压气机最大效率，这仍是一个需要解决的技术疑题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了进一步地扩大压气机的稳定工作范围，尽量减小给压气机带来的效率损失，本发明在传统自循环处理机匣研究的基础上提出了一种径向、轴向倾斜的自循环处理机匣方法。该方法在传统自循环处理机匣的基础上改变自循环装置的周向分布形式，同时将改变后的自循环装置分别沿径向、轴向倾斜，结果表明：相较于传统自循环处理机匣，本发明的新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣可使压气机的稳定工作范围进一步增大，同时提高了压气机的最大效率。解决了传统自循环机匣扩大压气机稳定工作范围的效果小和使得压气机最大效率降低的问题。

本发明的技术方案是：一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣，所述自循环处理机匣整体为U型状，包括引气段、喷气段和中间弧段，且沿轴向气流方向从前到后分别为喷气段、中间弧段和引气段；自循环处理机匣整体沿压气机轮毂径向倾斜，并且该自循环机匣与压气机轴线存在夹角。

本发明的进一步技术方案是：所述径向倾斜角度β＝65～71度。

本发明的进一步技术方案是：所述轴向偏转角α＝28.5～31.5°。

本发明的进一步技术方案是：所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣之间的宽度与自循环机匣宽度之比为1.38～1.68。

本发明的进一步技术方案是：所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣引气口的抽吸角是86～94度，喷气口的喷气角是32～46度。

本发明的进一步技术方案是：所述新型径向、轴向倾斜的自循环机匣抽吸口轴向长度为7～9.4mm、喷气口轴向长度为3.3～4.4mm。

本发明的进一步技术方案是：一种新型径向、轴向倾斜的自循环处理机匣的设计方法，包括以下步骤：

步骤一：在压气机机匣上沿与轴向夹角α建立若干桥道并沿周向均匀布置形成与压气机轴线存在夹角的自循环处理机匣，该自循环处理机匣的处理宽度覆盖叶顶的部分轴向弦长；定义α为引气口和喷气口开口面中心连线与压气机轴线的夹角，且α＝28.5～31.5°；