一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法技术

本发明专利技术公开了一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法，该方法耦合了轴向缝式机匣处理与叶顶喷气式机匣处理结构，将轴向缝机匣处理置于压气机转子叶顶，于缝式机匣处理顶部加装一背腔体结构，然后与置于压气机叶顶前缘的喷气装置连通，在连通桥路上设置工业截止阀，由此形成了一种压气机可调控耦合式机匣处理结构。通过合理调控阀门的开闭，可以保证获得最大综合失速裕度的同时，极大地降低压气机的峰值效率损失。此外，通过对阀门及桥路宽度的调控，可以开发适用于不同压气机类型的变工况可调节扩稳装置。

【技术实现步骤摘要】
一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法
本专利技术属于叶轮机械
，具体地说，涉及一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法。
技术介绍
作为提升压气机稳定裕度的有效被动处理方法，机匣处理已经在工程实践中得到了广泛的应用。机匣处理具有结构简单、容易实现、扩稳能力强和抗畸变能力等众多优势。经过多年的发展，已经形成包括槽式、缝式及自循环式等种类繁多的机匣处理结构形式。然而，文献“TakataH,F.H.,AStudyonConfigurationsofCasingTreatmentforAxialFlowCompressors.BulletinoftheJSME-JapanSocietyofMechanicalengineers,1984.27(230):p.1675-1681.”的研究结果已表明，在传统的单一结构机匣处理设计体系下，并不存在最优的机匣处理结构，使得机匣处理获得较高稳定裕度的同时不显著降低压气机的效率。随着现代高负荷压气机对高推重比、高效率、高稳定性等压气机性能的不断追求，为了获得足够的稳定裕度而严重牺牲压气机效率的单一机匣处理扩稳方法已变得越来越不可接受。因此，寻求能够同时兼顾稳定裕度和效率的有效扩稳方式已经成为了当前机匣处理研究的关键性问题。现有的周向槽、轴向缝、自循环机匣处理及其单一变量优化结构可以带来不同程度的压气机性能提升，但在兼顾扩稳能力和效率方面仍有很大提升空间。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：为了避免现有单一结构机匣处理设计存在的不足，同时使机匣处理被动扩稳逐渐变得可调控，本专利技术提出一种压气机可调控耦合式机匣处理方法。本专利技术的技术方案是：一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法，包括以下步骤：步骤1：首先，在压气机机匣上沿轴向开多条离散的轴向缝，沿周向均匀分布形成轴向缝机匣处理结构；步骤2：将周向非连通型背腔体结构径向叠加在缝式处理机匣的顶部，其径向向心一侧与步骤1中的轴向缝结构连通，而腔体轴向靠近转子前缘一侧与喷嘴结构连通；步骤3：在喷嘴的轴向水平连通段设置轴向转动截止阀，控制腔体与喷嘴之间通路的开启与关闭，从而形成可调控耦合式机匣处理结构。本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤1中的轴向缝机匣处理结构覆盖叶顶50％-100％轴向弦长。本专利技术进一步的技术方案是：所述缝式机匣处理结构缝宽与缝片宽之比为2:1，缝深为30％叶顶轴向弦长；缝的径向倾斜方向与转子旋转方向一致，与径向的夹角为45°。本专利技术进一步的技术方案是：所述桥路高度与背腔径向深度相当，背腔径向深度为缝式处理机匣缝深的一半。本专利技术进一步的技术方案是：所述压气机机匣叶顶喷气装置的喷气位置位于叶顶前缘上游60％叶顶轴向弦长处。本专利技术进一步的技术方案是：所述喷气装置的喷气口采用Coanda喷嘴结构以形成气流贴壁流动，偏航角为10°。专利技术效果本专利技术的技术效果在于：应用本专利技术压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法，在轴流压气机实验台孤立转子上开展了实壁条件及耦合式机匣处理阀门开闭的对比研究。结果表明，实壁状态、截止阀关闭状态和截止阀打开状态下压气机的综合失速裕度分别为11.76％、57.43％和49.49％；峰值效率分别为91.9％、88.1％和90.7％。即与实壁机匣条件相比，阀门打开状态时，耦合式式机匣处理可以获得37.7％的综合失速裕度提升，峰值效率相比降低1.2％；当阀门处于关闭状态时，耦合式式机匣处理可以获得45.4％的综合失速裕度提升，峰值效率相比降低3.8％。即通过合理调控阀门的开闭，可以保证获得最大综合失速裕度的同时，极大地降低压气机的峰值效率损失。附图说明图1为可调控耦合式机匣处理三维示意图。图2为可调控耦合式机匣处理前视图。图3为可调控耦合式机匣处理俯视图。图4为可调控耦合式机匣处理子午面视图。图5为可调控耦合式机匣处理整体三维示意图。图6为可调控耦合式机匣处理周向剖视图(截止阀开启状态)。图7为可调控耦合式机匣处理周向剖视图(截止阀截断状态)。图中：1—转子叶片，2—轴向缝机匣处理结构，3—背腔体结构，4—可变宽度桥路，5—喷气装置，6—阀门；Z—轴向方向，ω—转子旋转方向，Cax—叶顶轴向弦长；hs—缝式机匣处理缝深，—缝式机匣处理径向夹角，L—缝式机匣处理缝长，Ws—缝式机匣处理缝宽，Wb—缝式机匣处理缝片宽；hp—背腔深度，Za—喷气式机匣处理喷气口轴向位置，ccp—喷气式机匣处理周向覆盖比。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。参见图1-图7，本专利技术耦合了轴向缝式机匣处理与叶顶喷气式机匣处理结构，首先将轴向缝机匣处理置于压气机转子叶顶，而后将一背腔体放置于缝式机匣处理顶部，最后将腔体径向向心一侧与轴向缝结构连通，而腔体轴向靠近转子前缘一侧的喷嘴结构连通。在喷嘴的轴向水平连通段设置工业截断阀，控制腔体与喷嘴之间通路的开启与关闭，由此形成了一种压气机可调控耦合式机匣处理结构。可调控耦合式机匣处理的扩稳优势在于：一方面，阀门处于关闭状态时，在轴向缝机匣处理单独作用下，可以有效抑制叶顶泄漏涡导致的通道堵塞，显著提升压气机的稳定裕度；另一方面，当阀门打开时，缝式机匣处理后段引入的高压气流，一部分经过连通的喷气装置贴壁喷入主流，弱化了缝式机匣处理和通道主流的强烈掺混，解决了单一缝式机匣处理作用下压气机效率损失过大的问题。此外，通过合理的实施阀门开闭，可以开发适用于不同压气机类型的变工况可调节扩稳装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：首先，在压气机机匣上沿轴向开多条离散的轴向缝，沿周向均匀分布形成轴向缝机匣处理结构。优选地，轴向缝结构覆盖叶顶50％-100％轴向弦长；步骤二：随后，将一连通型背腔体结构置于缝式机匣处理顶部，并将腔体侧面与一带有阀门式机构的桥路连通，最后将桥路与置于转子叶顶前缘的喷气装置连通，由此形成可调控耦合式机匣处理结构；步骤三：优选地，缝式机匣处理可覆盖转子叶顶50％-100％轴向弦长；缝式机匣处理缝宽与缝片宽之比为2:1，即开缝面积比为66.7％，沿圆周方向均布120个轴向缝结构；缝深为30％叶顶轴向弦长；缝的径向倾斜方向与转子旋转方向一致，与径向的夹角为45°；步骤四：优选地，背腔深度为缝式机匣处理缝深的一半，桥路高度与背腔深度相当；叶顶喷气装置的喷气位置位于叶顶前缘上游60％叶顶轴向弦长处；喷气口采用Coanda本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：在压气机机匣上沿轴向开多条离散的轴向缝，沿周向均匀分布形成轴向缝机匣处理结构；/n步骤2：将周向非连通型背腔体结构径向叠加在缝式处理机匣的顶部，其径向向心一侧与步骤1中的轴向缝结构连通，而腔体轴向靠近转子前缘一侧与喷嘴结构连通；/n步骤3：在喷嘴的轴向水平连通段设置轴向转动截止阀，控制腔体与喷嘴之间通路的开启与关闭，从而形成可调控耦合式机匣处理结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在压气机机匣上沿轴向开多条离散的轴向缝，沿周向均匀分布形成轴向缝机匣处理结构；
步骤2：将周向非连通型背腔体结构径向叠加在缝式处理机匣的顶部，其径向向心一侧与步骤1中的轴向缝结构连通，而腔体轴向靠近转子前缘一侧与喷嘴结构连通；
步骤3：在喷嘴的轴向水平连通段设置轴向转动截止阀，控制腔体与喷嘴之间通路的开启与关闭，从而形成可调控耦合式机匣处理结构。


2.如权利要求1所述的一种压气机可调控耦合式机匣处理扩稳方法，其特征在于，所述步骤1中的轴向缝机匣处理结构覆盖叶顶50％-100％轴向弦长。


3.如权利要求1所述的压气机可调控耦合式机...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟志东，楚武利，张耀峰，王维，张皓光，戴雨晨，杨吉博，姬田园，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61