一種控制壓氣機靜子角區(qū)分離的組合抽吸布局方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制壓氣機靜子角區(qū)分離的組合抽吸方案，其特征在于在軸流壓氣機靜子葉柵通道端壁上沿周向、葉片吸力面沿葉高方向開抽吸槽，端壁上的抽吸槽方向與額線平行，能夠?qū)崿F(xiàn)不同軸向位置和不同抽吸槽長度的控制，而端壁上的抽吸槽與葉片吸力面上的抽吸槽也可以通過不同的位置的組合形式來進行控制。本發(fā)明的提出的組合抽吸方案相比于單一的抽吸方案能夠結(jié)合吸力面抽吸和端壁抽吸的優(yōu)點，故能夠更加有效的阻止吸力面和端壁上邊界層的發(fā)展，并且阻止其在角區(qū)發(fā)生聚集及摻混，明顯抑制角區(qū)分離，減小總壓損失，從而提高壓氣機的穩(wěn)定性和效率。
【專利說明】一種控制壓氣機靜子角區(qū)分離的組合抽吸布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是以一種控制壓氣機靜子角區(qū)分離的組合抽吸布局方法，以及具有該布局的軸流壓氣機，屬于葉輪機械【技術(shù)領(lǐng)域】的流動控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代葉輪機械的設(shè)計朝著更高的級負(fù)荷、更高的效率、更高的穩(wěn)定性方向發(fā)展。而在靜子葉柵中，葉片吸力面和輪轂端壁形成的角區(qū)間存在附面層以及低能流體的聚集和摻混，這會加劇葉柵內(nèi)的三維分離，是壓氣機內(nèi)流動損失和流動堵塞的主要來源，嚴(yán)重時甚至?xí)鹗俸痛?。因此，如何控制壓氣機中的角區(qū)分離已成為提高發(fā)動機性能的關(guān)鍵技術(shù)之一 O
[0003]目前，控制三維角區(qū)分離與失速的主要控制手段有:葉片三維造型、葉尖間隙控制、處理機匣、抽吸氣控制等。葉片的三維造型、葉尖間隙控制及處理機匣等被動控制手段能夠在一定程度上有效控制角區(qū)分離，但隨著壓氣機工作狀態(tài)的變化，這些手段很難適應(yīng)不同的工作條件。因此，發(fā)展能夠控制壓氣機角區(qū)分離的主動流動控制技術(shù)成為一種重要趨勢。
[0004]利用抽吸氣來控制端壁或葉表附面層的發(fā)展，以此來控制三維角區(qū)分離是近年來主動控制技術(shù)在葉輪機中應(yīng)用的一個熱點，其主要思路是通過抽吸端壁或葉片表面邊界層內(nèi)的低速流體或改變速度剖面分布來提高邊界層抗分離的能力，這種控制技術(shù)能夠極大地提高壓氣機的負(fù)荷。目前，在壓氣機靜子中一般采用在端壁或在葉片表面上開抽吸槽來控制角區(qū)分離，對高負(fù)荷葉片角區(qū)分離的控制效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明人進行了研究，并提出了本發(fā)明的技術(shù)方案，該技術(shù)方案實現(xiàn)了降低壓氣機靜子葉柵角區(qū)分離損失的效果，提供了一種更有效的控制角區(qū)分離的抽吸槽布局方案。
[0006]本發(fā)明提供的組合抽吸槽布局方案，相比于現(xiàn)有的單一抽吸槽在壓氣機靜子葉柵端壁或吸力面上的布局方案，能夠吸除端壁內(nèi)低能高熵流體，改善端壁附近復(fù)雜流動結(jié)構(gòu)的同時，也能夠吸除葉片吸力面邊界層內(nèi)的低能高熵流體提高壓氣機效率，擴大壓氣機穩(wěn)定工作范圍。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種軸流壓氣機，其特征在于包括:在軸流壓氣機靜子葉柵通道端壁上設(shè)置的第一抽吸槽；在軸流壓氣機靜子葉柵吸力面的表面上設(shè)置的第二抽吸槽，其中，所述第一抽吸槽的延伸方向與額線平行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為組合抽吸槽布置方案的示意圖，抽吸槽在端壁和葉片吸力面上都為最大長度的布局示意圖。[0009]圖2為本發(fā)明的一個實例的組合抽吸槽在壓氣機靜子葉柵端壁上布置的分段長度方案的示意圖，抽吸槽在端壁上長度為最大長度的25%，葉片吸力面上為最大長度。
[0010]圖3為本發(fā)明的另一個實施例的組合抽吸槽，在吸力面上為分段長度，長度為50%最大長度，等葉柵端壁上為最大長度的布局示意圖。
[0011]圖4為本發(fā)明的又一個實施例的組合抽吸槽，在葉片吸力面和葉柵端壁上均為分段長度的布局示意圖。
[0012]圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施例采用組合抽吸方案的工況與原始葉柵以及單一抽吸方案工況的葉柵攻角特性對比圖。
[0013]圖6為本發(fā)明實例中采用組合抽吸方案的工況與原始葉柵以及單一抽吸槽工況總壓損失系數(shù)對比圖。
【具體實施方式】
[0014]現(xiàn)在以PVD葉柵為例，結(jié)合附圖對本發(fā)明進行說明。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的控制壓氣機靜子葉柵角區(qū)分離的組合抽吸槽布局方案包括:
[0016]A)在軸流壓氣機靜子葉柵通道端壁上開抽吸槽，抽吸槽的長度可根據(jù)葉柵內(nèi)的流動特征設(shè)置，抽吸槽最大長度為吸力面到相鄰葉片壓力面的長度。如圖1所示的是本發(fā)明的一個實施例，其中端壁(11)上抽吸槽(13)的方向與額線平行，抽吸槽長度為最大長度；如圖2所示的，是本發(fā)明的另一個實施例，其中端壁(11)上抽吸槽(13)長度為最大長度的25%;如圖3所示為本發(fā)明的另一實施例，其中端壁(11)上抽吸槽(13)為長度為最大抽吸長度。如圖4所示為本發(fā)明的又一實施例，其中端壁(11)上抽吸槽(13)為最大長度的50%。
[0017]B)在軸流壓氣機靜子葉柵吸力面表面開抽吸槽，該抽吸槽的長度可根據(jù)葉柵內(nèi)的流動特征設(shè)置，該抽吸槽最大長度為整個葉片高度。如圖1所示的是本發(fā)明的一個實施例，其中吸力面(12)上抽吸槽(14)為最大抽吸長度；如圖2所示的本發(fā)明實施例中，吸力面(12)上抽吸槽(14)為最大抽吸長度；如圖3所示的本發(fā)明的另一實施例中，吸力面(12)上抽吸槽長度(14)最大抽吸長度的50% ;如圖4所示的又一實施例，吸力面(12)上抽吸槽
(14)長度為最大抽吸長度的50%，抽吸槽(14)置于吸力面(12)上距端壁(11) 25%葉高處。
[0018]本發(fā)明的構(gòu)思是基于的這樣的原理，即:對于壓氣機葉柵，在葉片吸力面開槽抽吸可以有效地改善葉片表面的分離流動，減少葉片表面邊界層流動損失，而在端壁上進行邊界層抽吸可以有效地抑制端壁附近的流動分離，改善端壁角區(qū)的流動。由于在葉片吸力面和端壁上加抽吸對葉柵內(nèi)流場作用區(qū)域的不同，將二者有效的結(jié)合在一起，實現(xiàn)對壓氣機葉柵通道內(nèi)分離流動的控制。
[0019]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點包括:
[0020]目前對靜子葉柵的抽吸氣控制方法主要是采取單純在吸力面或端壁上進行控制的方法，但由于這兩種控制方案對流場的影響區(qū)域不同，雖然相較于原始葉柵有一定的正效應(yīng)，但對整個流場的作用有限，組合抽吸有效的將葉表抽吸和端壁抽吸結(jié)合在一起，能夠綜合利用兩種抽吸槽的優(yōu)勢，從而對整個葉片通道的邊界層分離流動進行控制，實現(xiàn)壓氣機性能的提升。
[0021]模擬實施效果:為驗證本發(fā)明的效果，本發(fā)明人進行了數(shù)值模擬，具體模擬參數(shù)和結(jié)果如下:
[0022]PVD葉柵主要的幾何及氣動參數(shù)如表1所示:
[0023]表1
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種軸流壓氣機，其特征在于包括: 在軸流壓氣機靜子葉柵通道端壁(11)上設(shè)置的第一抽吸槽(13)， 在軸流壓氣機靜子葉柵吸力面(12)的表面上設(shè)置的第二抽吸槽(14)， 其中，所述第一抽吸槽(13)的延伸方向與額線平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的軸流壓氣機，其特征在于: 所述第一抽吸槽(13)的長度可根據(jù)葉柵內(nèi)的流動特性設(shè)置，其最大長度為吸力面(12)到相鄰葉片的壓力面的長度， 所述第二抽吸槽(14)的長度可根據(jù)葉柵內(nèi)的流動特性設(shè)置，其最大長度為整個葉片高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合抽吸方法，其特征在于: 按實際流動情況分配所述第一和第二抽吸槽(13，14)的抽吸量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合抽吸方法，其特征在于: 所述第一抽吸槽位于葉柵通道前緣，且所述第二抽吸槽的延伸方向與葉片的弦長方向垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一 4之一所述的軸流壓氣機，其特征在于對于壓氣機葉柵， 利用所述第二抽吸槽改善葉片表面的分離流動，減少葉片表面邊界層流動損失， 利用所述第一抽吸槽在端壁上進行邊界層抽吸，從而有效地抑制端壁附近的流動分離，改善端壁角區(qū)的流動， 從而，通過組合抽吸有效地將葉片表面抽吸和端壁抽吸結(jié)合在一起，對整個葉片通道的邊界層分離流動進行控制，實現(xiàn)壓氣機性能的提升。
6.軸流壓氣機的葉片通道邊界層分離流動的組合抽吸控制方法，其特征在于包括在根據(jù)權(quán)利要求1一 4之一所述的軸流壓氣機中: 利用所述第二抽吸槽(14)改善葉片表面的分離流動，減少葉片表面邊界層流動損失，利用所述第一抽吸槽(13)在端壁上進行邊界層抽吸，從而有效地抑制端壁附近的流動分離，改善端壁角區(qū)的流動， 從而，通過組合抽吸有效地將葉片表面抽吸和端壁抽吸結(jié)合在一起，對整個葉片通道的邊界層分離流動進行控制，實現(xiàn)壓氣機性能的提升。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于: 按實際流動情況分配所述第一和第二抽吸槽(13，14)的抽吸量。
【文檔編號】F04D19/00GK103807201SQ201310461599
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】柳陽威, 孫槿靜, 梁斐杰, 陸利蓬 申請人:北京航空航天大學(xué)