[发明专利]一种新型的压气机转子间隙结构及应用

说明书

本发明公开了一种新型的压气机转子间隙结构及应用，涉及压气机流动控制领域。其中，所述压气机转子间隙结构具有压气机转子的叶片、轮毂及机匣，压气机转子的叶片的叶顶形状为飞羽形状。本发明基于飞羽形状对叶顶间隙进行仿生学造型，通过间隙内凹凸结构实现对压气机转子泄漏流动的整流，降低了泄漏涡、分离涡及间隙二次流引起的损失，提高了压气机转子的气动性能，并起到扩稳的作用。

技术领域

本发明涉及压气机流动控制领域，更具体的说是涉及一种新型的压气机转子间隙结构及应用。

背景技术

燃气轮机作为一种旋转叶轮式热力发动机，以连续流动的气体为工质，将热能转换为机械能。对燃气轮机来说，压气机是其核心部件，它的性能参数直接决定了整台燃气轮机的经济效率和安全可靠性。随着科技的不断进步，对压气机的性能要求也越来越高，需要满足在压比和效率均保持很高的情况下能够具有足够宽的失速裕度。压气机转子运动过程中，动叶与机匣及静叶与轮毂之间会有相对运动，为避免在运动过程中定子与转子之间出现摩擦和碰撞，通常在动叶与机匣及静叶与轮毂之间存在间隙。一部分流体在压力面与吸力面压差作用下会穿过叶顶间隙形成叶顶泄漏流。叶顶泄漏流是一种非常复杂的三维粘性流动，在与机匣轮毂及叶表附面层、主流和其他二次流相互作用及轴向两侧叶栅的非定常气动干涉的下形成叶顶泄漏涡。对于压气机而言，大多数叶顶泄漏流动成为了气流堵塞和流动损失的主要原因。大量的研究已经表明，泄漏损失通常占总损失的20-40％，严重影响压气机的性能，不仅导致其压升能力降低，效率下降，同时也导致压气机的稳定工作范围减小，而且泄漏流的非定常特性以及泄漏轨迹偏移是导致压气机失速的诱因之一，所以间隙泄漏的研究与控制一直是业内学者研究的重点。

目前关于压气机转子间隙流动的控制手段已经具有一定的研究基础。例如，针对均匀间隙进行优化，给出了轴向非均匀布置的间隙，即间隙的高度沿轴向进行线性变化。后来的学者给定了非线性的非均匀间隙变化。近年来，间隙高度差形成的台阶结构也有人进行了研究，同时，针对压气机转子叶顶区域的流动控制，机匣处理也是一种较为实用的方式。通过对机匣开槽进行顶部流动控制，一般布置为整周槽，而这种方式虽然能够改善压气机顶部的流动，但是需要更改机匣形状，调整发动机外机匣的布置结构，并且加工成本较高，所以存在一定的局限性，与之相同地，压气机顶室造型也有着不易实现的问题。因此给出一种改善间隙流动的简便可行的方法具有一定的发展意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种新型的压气机转子间隙结构及应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型的压气机转子间隙结构，所述压气机转子间隙结构具有压气机转子的叶片、轮毂及机匣，压气机转子的叶片的叶顶形状为飞羽形状。

可选的，所述压气机转子间隙结构的型线由NURBS曲线控制，形状以叶片重心线为对称线。

可选的，对称曲线半支的控制点给定15至30个。

可选的，对称曲线半支形成的凹凸结构给定8至15个。

可选的，凹凸结构宽度为转子叶片顶部弦长的3.3％至6.25％之间，凹凸结构的高度给定0.4mm至0.6mm之间。

一种新型的压气机转子间隙结构的应用，安装时，中间位置间隙值给定范围为0.5mm-0.7mm，两侧位置为最大间隙值，给定范围为2mm-3mm。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种新型的压气机转子间隙结构及应用，具有以下有益效果：

1、相比于非均匀间隙布置，本发明所述新型压气机叶顶间隙结构，能够在产生压力梯度的情况下，通过飞羽状仿生学造型，在压气机转子叶顶处布置凹凸结构，实现对间隙流动的整流，降低了叶顶泄漏涡及分离涡的损失，