專利名稱：一種橢圓及圓弧斜槽處理機匣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高壓氣機穩(wěn)定裕度的裝置，尤其是指一種能明顯提高壓氣機穩(wěn)定裕度而同時其峰值效率并不降低的橢圓及圓弧斜槽處理機匣。
背景技術(shù)：
壓氣機廣泛運用在航空發(fā)動機和工業(yè)生產(chǎn)中。隨著壓氣機級負(fù)荷系數(shù)的不斷提高，壓氣機的不穩(wěn)定流動表現(xiàn)得日益為突出，如旋轉(zhuǎn)失速、喘振等，極大地限制了壓氣機性能的進(jìn)一步提升。發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時，存在一個或多個低能失速團沿壓氣機周向旋轉(zhuǎn)，壓氣機的性能會突然下降，流量、壓比和效率均降至最低點，并且會對壓氣機葉片產(chǎn)生周期性的激振力，甚至引起喘振的發(fā)生，危害極大。因此人們采取了很多方法來推遲壓氣機發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速等不穩(wěn)定現(xiàn)象，以擴大其穩(wěn)定工作裕度。為了擴大壓氣機的穩(wěn)定裕度，國內(nèi)外工作者做了很多研究工作。處理機匣技術(shù)的擴穩(wěn)效果被認(rèn)為非常明顯，且實用性很強，因而得到了比較廣泛的應(yīng)用。圖1-圖2給出了兩種典型的處理機匣結(jié)構(gòu)形式。如圖1所示，軸向斜槽處理機匣是在機匣上沿壓氣機的軸向開槽，其槽深方向與壓氣機的徑向成一定夾角。當(dāng)槽深方向?qū)?zhǔn)來流方向時，無論來流是均勻流或發(fā)生進(jìn)口畸變，穩(wěn)定裕度都有較大改善。但這類處理機匣的缺點是，穩(wěn)定裕度的改善以損失壓氣機的效率為代價。如圖2所示，弦向斜槽處理機匣是在機匣上沿葉尖基元的弦向開槽，槽深方向可以有不同的夾角。在均勻來流情況下，穩(wěn)定裕度的增長僅次于軸向斜槽處理機匣，對壓氣機效率的損失也比軸向斜槽少一些?？偨Y(jié)傳統(tǒng)的處理機匣技術(shù)，存在這樣的缺點在提高壓氣機的穩(wěn)定裕度的同時總是以絕熱效率的降低為代價。這種代價通常為-3%左右。在航空發(fā)動機上，壓氣機的絕熱效率的下降意味著燃油消耗會更多。傳統(tǒng)的處理機匣之所以會降低壓氣機的峰值效率，其中一個很重要的原因便是處理槽的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理。傳統(tǒng)的處理機匣的處理槽在R(徑向)、Z(軸向)和θ (周向)三個方向中至少有一個為矩形或梯形設(shè)計，這種非流線型的設(shè)計必然在處理槽的角區(qū)造成較大的旋渦損失。因此，如何從優(yōu)化處理槽的幾何結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計出一種處理槽內(nèi)流動損失較小的處理機匣成為本發(fā)明所述工作的初衷。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述傳統(tǒng)處理機匣技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明提供一種橢圓及圓弧斜槽處理機匣，該處理機匣的特征是處理槽在R方向(徑向)采用橢圓型設(shè)計；處理槽在θ方向(周向)采用圓弧型設(shè)計；在Z方向(軸向)上處理槽的后端與轉(zhuǎn)子葉尖基元級中弧線的方向大致相同，處理槽的前端沿軸向。
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這種橢圓及圓弧斜槽處理機匣的設(shè)計方法如下(1)橢圓及圓弧斜槽處理機匣處理槽數(shù)目N—般取轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的6 9倍；(2)處理槽軸向投影長度Lh的確定處理槽的總的軸向投影長度LH，其初步取值在一定范圍變化Lh = 0. 7Lb 1. 3Lb上式中Lb為轉(zhuǎn)子葉尖基元級葉型的軸向弦長。(3)根據(jù)經(jīng)驗，處理槽徑向傾斜角Alpha取40° -60°范圍(4)處理槽在R方向(徑向)采用橢圓型橢圓的長軸即為處理槽前后端的距離，槽深a(l/2橢圓短軸的長度)=0. 3 0. 5Lh(5)處理槽在θ方向(周向)采用圓弧型(6)處理槽的搭接量取35%(7)處理機匣的敞開比為50%這種結(jié)構(gòu)在各個方向上都比較圓滑，避免了傳統(tǒng)處理槽在某個方向上矩形或梯形的設(shè)計，能夠減少處理槽的流動損失，因而在大幅提高壓氣機的失速裕度的同時，峰值效率并不降低。


圖1為軸向斜槽處理機匣示意圖；圖2為弦向斜槽處理機匣示意圖；圖3為本發(fā)明實施的示意圖(Lb為轉(zhuǎn)子葉尖基元級葉型的軸向弦長)；圖4為本發(fā)明在θ (周向)、Ζ(軸向)和R(徑向)方向的視圖(Lh為處理槽軸向投影長度，Lb為轉(zhuǎn)子葉尖基元級葉型的軸向弦長，Alpha為處理槽徑向傾斜角，a為槽深，A-A 為沿該面的剖視圖，B視圖為上視圖)；圖5為本發(fā)明應(yīng)用于某跨聲速壓氣機單轉(zhuǎn)子設(shè)計轉(zhuǎn)速數(shù)值計算的特性線。
具體實施例方式以某跨聲速壓氣機單轉(zhuǎn)子為例來說明本發(fā)明的具體實施方式
，表1是該跨聲速壓氣機單轉(zhuǎn)子的基本的氣動和結(jié)構(gòu)參數(shù)。表1跨聲速軸流壓氣機轉(zhuǎn)子設(shè)計參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種橢圓及圓弧斜槽處理機匣，其特征在于本發(fā)明所述橢圓及圓弧斜槽處理機匣的處理槽在徑向采用橢圓型并且在周向采用圓弧型的組合設(shè)計。
2.如權(quán)利要求1所述的橢圓及圓弧斜槽處理機匣，其特征在于處理槽在徑向的橢圓的長軸為處理槽前后端的距離，短軸為槽深a的2倍，a為0. 3 0. 5LH，LH為處理槽總的軸向投影長度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在軸流壓氣機轉(zhuǎn)子葉尖端區(qū)的橢圓及圓弧斜槽處理機匣。該橢圓及圓弧斜槽處理機匣的設(shè)計考慮到了傳統(tǒng)處理機匣的矩形和梯形設(shè)計所帶來處理槽較大的流動損失。通過合理的設(shè)計處理槽的幾何結(jié)構(gòu)形式，即在R方向(徑向)采用橢圓型并且在Z方向(軸向)采用圓弧型的組合設(shè)計，避免了矩形和梯形設(shè)計所帶來的較大的流動損失，從而使橢圓及圓弧斜槽處理機匣在大幅提高壓氣機失速裕度的同時，效率并不降低。
文檔編號F04D29/66GK102162471SQ201110113059
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者李志平, 李茂義, 袁巍, 陸亞鈞 申請人:北京航空航天大學(xué)