压气机机匣及应用其的轴流压气机制造技术

本发明专利技术公开了一种压气机机匣及应用其的轴流压气机。该压气机机匣包括：机匣本体和自循环机构；在机匣本体内壁动叶顶端沿动叶前缘到尾缘开设有至少两个周向槽‑靠近动叶前缘的前周向槽和靠近动叶尾缘的后周向槽；在前周向槽和后周向槽的槽底的机匣壁面分别开设通孔，自循环机构密封固接于前周向槽和后周向槽的槽底通孔之间，将两者连通。本发明专利技术可以实现压气机周向多槽中动叶前缘与动叶尾缘的周向槽优势互补，最大限度地拓宽压气机流动失稳裕度。

Compressor casing and axial compressor using the same

The invention discloses a compressor casing and an axial compressor using the compressor. The compressor casing comprises a casing body and a self circulation mechanism in the casing; the inner wall of the blade tip along the blade leading edge to the trailing edge is provided with at least two circumferential groove near the blade leading edge of the previous week to slot and close to the active trailing edge to the slot; during the week to the trough and the Later Zhou Dynasty to the casing wall groove bottom surface are respectively provided with a through hole, the self circulation mechanism is fixedly connected between the seal on the previous week to slot and slot to the bottom hole, the two connected. The invention can realize the complementary advantages of the circumferential groove of the leading edge of the moving blade in the circumferential multi groove of the compressor and the trailing edge of the moving leaf, and maximize the instability margin of the compressor flow.

【技术实现步骤摘要】
压气机机匣及应用其的轴流压气机
本专利技术涉及燃气轮机
，尤其是一种压气机机匣及应用其的轴流压气机。
技术介绍
压气机作为一种广泛应用的流体机械，如何提高其工作稳定性一直是研究热点和难点。国际上对提高稳定性裕度的扩稳措施进行了各种探索，主要包括可调叶片，机匣处理(周向槽和轴向缝)，叶顶喷气，大小叶片等。叶顶喷气和机匣处理作为有效的扩稳措施在国际上受到了广泛的关注，并对其扩稳机理开展了相关的数值和实验研究。机匣处理作为一种有效的被动扩稳措施，出现于上世纪60年代，因其结构简单，易于改装，扩稳效果良好，得到了广泛的研究与应用。NASA的Hathaway总结了一系列典型的机匣处理方式，并指出了周向槽和轴向缝是两类典型的机匣处理方式。周向槽的扩稳效果虽然不如缝类，但是因其对效率的影响小，这使得研究者们对周向槽的尺寸设计与布置进行了大量研究。多数研究认为周向槽内流体的流入和流出会影响叶顶泄漏流并延缓其溢出，如西北工业大学的研究团队认为槽内流动改变了叶顶泄漏流的轨迹，使其更贴近于叶片吸力面。Wilke等人则认为周向槽能够延缓叶顶间隙泄漏涡的破碎从而达到扩稳的目的。德国学者Muller等人对此有类似看法，同时认为周向槽还可以减弱堵塞。这些研究多建立在多槽基础之上，并认为靠近动叶前缘(以来流方向，气流先到达动叶的一侧被称为动叶前缘)的槽扩稳效果好。剑桥大学的IvorDay等人对周向单槽的研究发现50％轴向弦长位置扩稳效果仍存在一个峰值。中国科学院工程热物理研究所在低速轴流压气机上的周向单槽实验也发现40％-70％轴向弦长位置单槽也有较好扩稳效果。这些均表明叶片中后部槽仍有较好扩稳效果，这也给周向槽的实际应用提供了一定的设计准则。对于位于动叶叶顶前缘的周向槽，其槽内流动比较复杂，主要为对前缘的泄漏流与主流在动叶压力面进行抽吸，在动叶吸力面进行喷射，这样会影响动叶前缘吸力面局部位置的泄漏流轨迹，使得局部泄漏流出现前缘溢出。根据前国际上公认两种主要失速途径之一：泄漏流与主流交界面前缘溢出会诱发突尖型失速先兆，进而导致失速。因局部泄漏流溢出而造成压气机失速途径发生改变，而使得前槽的扩稳效果比较弱，甚至是没有效果。动叶叶顶尾缘处的周向槽对叶片前端泄漏流的影响比较小，压力面和吸力面的压差比较小，使得槽内的高压气流无法流出，而只能沿周向运动。其主要影响后端的分离/堵塞，起到后端卸载的作用。这样，在靠近失速点时，周向槽虽然能够在一定程度上减弱后端泄漏流向前推进，但是无法阻止前端泄漏流轨迹的变化，这样也就限制了其扩稳能力。图1为现有技术多级轴流压气机示意图。如图1所示，多级轴流压气机包括：动叶、静叶、轮毂和机匣。动叶、静叶和轮毂均置于机匣内。动叶固定在轮毂上，随轮毂一起转动；静叶沿固定在机匣上，始终静止不动。并且动叶和静叶在轴向(即轮毂轴向)方向交错间隔布置。在周向(即轮毂的圆周方向)上，一排动叶叶片和紧随其后的一排静叶叶片构成压气机的一个级。多级轴流压气机包括多个级。气流从压气机的入口处进入，经过各个级间的流动，压力逐级增加。通常由于在设计过程中，中间某些级的负载比较高，使得流动失稳裕度不足。周向多槽机匣处理是最常见的并且已经在实际航空发动机压气机动叶转子中得到应用的扩稳技术之一。图2为现有技术多级轴流压气机中动叶与周向多槽机匣的剖面图。如图2所示，通过精心设计多槽中每一个槽的深宽比以达到兼顾稳定性改善而不损失效率的目的。前期在对周向多槽以及单槽研究过程中，发现靠近动叶前缘处周向单槽的扩稳效果非常差，甚至是会影响周向多槽的整体扩稳能力。在对其原因进行分析之后，发现在槽内的流动主要沿周向在压力面和吸力面之间的吸入-喷出流动，如图3所示，这种吸入-喷出流动会影响靠近动叶叶尖前缘的局部泄漏流轨迹，使得局部泄漏流与主流交界面出现前缘溢出，改变压气机的失速途径，使得整个周向多槽的扩稳效果变差。另外，在对靠近动叶叶顶尾缘的周向多槽的扩稳原因进行分析时，发现由于尾缘处吸力面和压力面的压差比较小，槽内的高压气体只能不断积压，只能沿周向运动，如图4所示。这样尾缘处的周向槽只能略微起到扩稳的作用。而中间的槽由于远离动叶叶尖前缘，槽内吸入-喷出不仅不会使前缘的泄漏流出现溢出，还以此实现降低叶顶负载，达到扩稳的目的。然而，现有技术中通常只是简单的从前缘到尾缘设计周向多槽，虽然所设计的周向多槽也能取得不错的扩稳效果，但是无法发挥每一个周向单槽的作用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术提供了一种压气机机匣及应用其的轴流压气机，以实现压气机周向多槽中动叶前缘与动叶尾缘周向槽优势互补的目的，最大限度地拓宽压气机流动失稳裕度。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种压气机机匣。该压气机机匣包括：机匣本体和自循环机构。在机匣本体内壁动叶顶端沿动叶前缘到尾缘开设有至少两个周向槽-靠近动叶前缘的前周向槽和靠近动叶尾缘的后周向槽；在前周向槽和后周向槽的槽底的机匣壁面分别开设通孔，自循环机构密封固接于前周向槽和后周向槽的槽底通孔之间，将两者连通。在本专利技术的一些实施例中，前周向槽的开槽方向与机匣径向的夹角大于0°，与机匣轴向进气方向的夹角大于90°；后周向槽开槽方向与机匣径向的夹角大于0°，与机匣轴向进气方向的夹角小于90°。在本专利技术的一些实施例中，在前周向槽和后周向槽的槽底的机匣壁面开设的通孔沿机匣壁面均匀设置。在本专利技术的一些实施例中，在前周向槽和后周向槽的槽底的机匣壁面开设数量相同的通孔，相互对应的前周向槽通孔和后周向槽通孔通过自循环机构连接起来，两者的连线与机匣轴向进气方向平行。在本专利技术的一些实施例中，自循环机构为管件。在本专利技术的一些实施例中，管件为圆管，圆管与前/后周向槽底通孔的连接部分的内壁与圆管内壁光滑过渡并无缝连接。在本专利技术的一些实施例中，周向槽的个数为3个或以上；前周向槽是最靠近动叶前缘的周向槽，后周向槽是最靠近动叶后缘的周向槽，在前周向槽和后周向槽之间还具有至少一个周向槽。在本专利技术的一些实施例中，前周向槽和后周向槽的深宽比介于1～2之间。根据本专利技术的令一个方面，提供了一种轴流压气机。该轴流压气机包括：压气机机匣，为上述的压气机机匣；设置于压气机机匣中心轴位置的轮毂；沿机匣轴向固定于机匣内侧的N片静叶；沿机匣轴向固定于轮毂外侧的M片动叶；其中，M和N均为大于等于1的整数。在本专利技术的一些实施例中，静叶和动叶交错排布。(三)有益效果本专利技术压气机机匣及应用其的轴流压气机至少具有以下有益效果其中之一：(1)将动叶尾缘附近后周向槽的槽底积压的高压气体通过自循环机构引出，实现对动叶尾缘处积压气流的卸载，增强动叶尾缘处的后周向槽的扩稳能力；(2)采用自循环机构将动叶尾缘附近的后周向槽内的高压气体回引到动叶前缘附近的前周向槽中，有效抑制了前周向槽内的吸入-喷出流动，提高了前周向槽的扩稳能力；(3)前周向槽的槽深延伸方向与轴向进气方向夹角大于90°，能有效利用从动叶尾缘引回的高压气体进行径向和轴向喷气，达到抑制泄漏流波动和卸载的目的；(4)后周向槽的槽深延伸方向与轴向进气方向夹角小于90°，有助于提高动叶尾缘处高压气体的引出量，进而增大前槽内喷射动量，进一步增强周向多槽的扩稳能力。附图说明图1为现有技术多级轴流压气机示意图。图2为现有技术多级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压气机机匣，其特征在于，包括：机匣本体和自循环机构；在所述机匣本体内壁动叶顶端沿动叶前缘到尾缘开设有至少两个周向槽‑靠近动叶前缘的前周向槽和靠近动叶尾缘的后周向槽；在前周向槽和后周向槽的槽底的机匣壁面分别开设通孔，所述自循环机构密封固接于前周向槽和后周向槽的槽底通孔之间，将两者连通。

【技术特征摘要】
1.一种压气机机匣，其特征在于，包括：机匣本体和自循环机构；在所述机匣本体内壁动叶顶端沿动叶前缘到尾缘开设有至少两个周向槽-靠近动叶前缘的前周向槽和靠近动叶尾缘的后周向槽；在前周向槽和后周向槽的槽底的机匣壁面分别开设通孔，所述自循环机构密封固接于前周向槽和后周向槽的槽底通孔之间，将两者连通。2.根据权利要求1所述的压气机机匣，其特征在于：所述前周向槽的开槽方向与机匣径向的夹角大于0°，与机匣轴向进气方向的夹角大于90°；所述后周向槽开槽方向与机匣径向的夹角大于0°，与机匣轴向进气方向的夹角小于90°。3.根据权利要求1所述的压气机机匣，其特征在于，在所述前周向槽和后周向槽的槽底的机匣壁面开设的通孔沿机匣壁面均匀设置。4.根据权利要求1所述的压气机机匣，其特征在于，在前周向槽和后周向槽的槽底的机匣壁面开设数量相同的通孔，相互对应的前周向槽通孔和后周向槽通孔通过自循环机构连接起来，两者的连线与机匣轴向进气方向平行。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：杜娟，李继超，聂超群，张宏武，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11