[发明专利]一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法

说明书

本申请公开一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法，其中，所述亚声速压气机包括轮毂和机匣，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，所述叶顶间隙设置为由所述转子叶片的叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。本申请的亚声速压气机的转子叶片，通过在叶顶与机匣内壁之间构建渐扩型泄漏通道，借助渐扩型流道对泄漏气流的减速控制效果实现间隙泄漏泄漏流量和叶尖吸力面流动分离的有效抑制，并最终实现压气机流动扩稳的目的。

技术领域

本发明涉及亚声速压气机或燃气轮机领域，具体涉及一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法。

背景技术

针对高负荷亚声速压气机所面临的由叶尖吸力面分离和间隙泄漏流/涡共同诱发流动堵塞进而导致压气机叶尖流动失稳、损失加剧等显著问题，目前常用做法除了适当卸载或优化亚声速压气机转子叶尖基元级的流向载荷分布外，主要是采用流动控制方法以有效抑制泄漏流的强度和叶尖吸力面分离程度，进而延迟压气机旋转失速的发生。其中在主动式流动控制方法方面，主要通过借助于外部能量输入以增强叶尖主流流体的抗干扰和抗分离能力，如微喷气、射流、等离子体激励等。相比之下，被动式流动控制方法目前应用较多，如机匣处理、叶片弯掠、涡流发生器等。考虑到目前常用的主动控制方法需要额外提供流动控制所需的外部能量并附带相应的作动和辅助机构等，一定程度上制约了其工程应用；而一些被动控制方法则存在非设计工况下可能失效、影响叶片总体负荷以及干涉正常主流流动等问题。

目前广泛采用的机匣处理方法，无论是轴向槽还是轴向倾斜缝，在明显改善轴流亚声速压气机失速裕度的同时，会一定程度上影响高负荷压气机叶尖区域的工作效率和增压能力。另有一些通过在叶尖所在区域的压力侧壁上设置导流结构，使得气体经过导流结构的导向后，气体在叶尖的顶部端面外侧因泄漏流动产生的分离泡增大，以此减小径向间隙，从而抑制泄漏流的流量和泄漏涡强度，然而该方法收效甚微，且适用压气机类型有限。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择，本发明提供一种亚声速压气机的转子叶片、亚声速压气机以及基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，以抑制间隙泄漏流流量和叶尖吸力面流动分离、改善叶尖流场、延迟压气机发生失速等。

一方面地，本发明提出一种亚声速压气机的转子叶片，所述亚声速压气机包括轮毂和机匣，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，所述叶顶间隙形状设置为由所述亚声速压气机转子叶片的叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。

进一步地，所述转子叶片的叶顶具有斜切面，所述斜切面与机匣内壁之间的夹角为斜切角α，其中，α≤8°。

进一步地，所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。

进一步地，所述转子叶片的叶顶设有朝向压力面侧延伸的第一延伸面，或者朝向吸力面侧延伸的第二延伸面。

另一方面地，本发明提出一种亚声速压气机，包括上述亚声速压气机的转子叶片。

另一方面地，本发明提出一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，应用于亚声速压气机，所述亚声速压气机包括轮毂、机匣以及转子叶片，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理，以使得所述叶顶间隙形成为由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。

进一步地，所述转子叶片的吸力面与叶顶端面相交的边缘线为第二切割线，所述转子叶片的压力面与叶顶端面相交的边缘线为第一切割线，所述第一切割线和所述第二切割线组合形成叶顶的基准拉伸面，叶顶前缘点与尾缘点连线形成叶顶弦线；对所述叶顶进行切削处理包括如下步骤：以所述基准拉伸面作为旋转面，以所述叶顶弦线作为旋转轴，所述旋转轴正向为由前缘点指向尾缘点，使所述旋转面绕所述旋转轴沿顺时针旋转，形成斜切面，所述斜切面与所述基准拉伸面形成斜切角α；以所述斜切面为切割工具面，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理。