[发明专利]一种增加气动负荷及稳定性的压气机叶栅的叶片排布方式

说明书

一、技术领域

本发明涉及轴流式叶轮机械领域，是一种增加气动负荷及稳定性的压气机叶栅的叶片排布方式。

二、背景技术

提高轴流压气机气动负荷、减少压气机级数是现代高推重比航空燃气涡轮发动机对压气机的要求。在压气机设计中，提高压气机叶片气动负荷往往带来的后果就是压气机的气动稳定性降低。为此，人们已经在气动设计和结构设计上采取了许多方案来提高压气机的气动稳定性。现有常规的轴流压气机叶片采用完全轴对称的、均匀布局的设计方案，当进口气流攻角较大时，每个叶片叶背表面的气流附面层会同时发生分离，严重时导致旋转失速甚至喘振，并最终可能造成结构损坏。在压气机气动设计中，应尽可能避免使压气机工作在这种不稳定的状态。但对现有的对称均匀叶栅，所能挖掘的潜力很受局限。

在公告号为CN1955492的中国发明专利中公开了一种压气机叶栅的气动布局方案，通过叶片排中的相邻两个叶片前缘在压气机轴向的位置交错排列(移动距离为叶片轴向弦长的5％～15％)，当位置在前的叶片(叶片1)工作在大的进口正攻角状态时，由于叶片1对流入气流的限制与导向作用，前缘轴向位置向后移动的叶片(叶片2)的进口气流攻角减小，从而使叶片2的流动得到改善，提高压气机的气动稳定性。

对于现有技术的压气机叶栅来说，在叶片弯度不变的前提下，只有通过增大叶栅稠度的方法来提高气流的转折角，加大叶栅的气动负荷。但是，当稠度增大到一定值后，增加设计点附近小攻角状态下的气流转折角的效果很有限，同时还会引起流动损失的明显上升。

在相邻两个叶片一组轴向位置交错排列的叶栅中，由于通道A和通道B是彼此相邻的，通道A的流动对通道B产生影响，从而减弱了这种叶栅结构增加气动稳定性的效果。

三、发明内容

为了克服现有技术中存在的叶栅小攻角气动负荷增加不易、气动稳定性效果提升有限的不足，本发明提出了一种增加气动负荷及稳定性的压气机叶栅的叶片排布方式。

本发明所采取的技术方案是将沿叶栅切向，即X方向排列的同一叶片排中的各叶片前缘按叶栅的轴向，即Z方向位置的前后不同排布。排布时，同一叶片排中每相邻的三个叶片为一个叶片组，在同一叶片组中，以第一个叶片的前缘轴向位置为轴向的定位基准，与其相邻的第二个叶片位于第一个叶片的叶盆表面一侧，其前缘位置相对于定位基准沿叶栅的轴向向后移动一段距离，所移动的距离为第一个叶片轴向弦长L的7％～15％；与第二个叶片相邻的第三个叶片位于第二个叶片的叶盆表面一侧，其前缘轴向位置相对于第二个叶片的前缘沿叶栅轴线方向后移一段距离，所移动的距离为第一个叶片轴向弦长L的5％～15％；第三个叶片绕其前缘旋转1°到3°，旋转方向是由叶片的叶背指向叶盆；同一叶片排的其它叶片组则按此方式排布。

在一个叶片组中，由于三个叶片前缘的轴向位置不同，它们依次排列后所构成的叶栅气流通道为三种不同的形式，即第一个叶片的叶盆与第二个叶片的叶背构成叶栅气流通道A，第二个叶片的叶盆与第三个叶片的叶背构成的叶栅气流通道B，以及第三个叶片的叶盆与相邻的另一组的第一个叶片的叶背构成的叶栅气流通道C。

一般来说，构成同一气流通道的叶片叶盆及叶背两个表面的相对轴向位置不同，对流动的影响不同。如两表面的轴向相对位置相同时，就是现有技术中常规的叶片均匀对称排布叶栅所对应的气流通道。相比均匀对称叶栅，叶盆表面相对轴向位置在前面的，构成该通道的叶盆表面对气流产生作用的位置提前以及作用加强，通道中的流动条件将得到改善；相反，叶盆表面相对轴向位置在后面的，构成该通道的叶盆表面对气流产生作用的位置退后且作用减弱，通道中的流动条件将恶化。

本发明的压气机叶栅区别于现有技术的显著特征是：叶栅由顺序排列的叶片组构成，每个叶片组由三个叶片构成，三个叶片中的第二个叶片位于第一个叶片叶盆的一侧，而第三个叶片则位于第二个叶片的叶盆一侧，第二个叶片和第三个叶片的前缘分别相对于其叶背一侧的相邻叶片前缘沿轴向后移一段距离，且第三个叶片绕其前缘由叶背向叶盆方向旋转1°～3°，从而形成三个叶片不同轴向位置的排列方式，构成了三个互不相同的、具有独特结构的气流通道，气流在三个不同通道中的流动特征不同于现有技术，从而可以获得叶栅气动负荷及气动稳定性的提升。