[发明专利]一种周向多分区圆弧斜槽形轮毂激励发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高民用风机稳定裕度的装置，尤其是改善民用轴流风机静子根部端区流动分离及二次流损失的一种周向多分区圆弧斜槽形轮毂激励发生器。

背景技术

民用轴流风机的级压比和流动速度相对航空燃气轮机低得多，而且为了尽量降低加工和制造成本，叶型通常相对简单而粗糙，因此叶片通道内存在有较大的流动分离，尤其是静子根部的端壁区域，存在着很严重的分离流动和丰富的二次流动，其往往是风机噪声源和性能较低的原因之一。民用风机的效率基本在60-80％左右。

在航空发动机领域，为了扩大压气机的稳定裕度，处理机匣技术的扩稳效果被认为非常明显，且实用性很强，因而得到了比较广泛的应用。机匣处理技术的根本目的在于提高压气机的稳定裕度范围，其有效性的本质在于改善端区的流动情况。本课题组基于对风机静子端区的流动结构的分析，结合前期已获得成功的非定常耦合流动理论，针对风机静子叶根存在大尺度分离的流动结构，已经成功设计了改善静子端区流动分离的轮毂激励发生器，这种轮毂激励发生器能有效减少静子端区的流动分离，大幅降低气动噪声，提高民用风机性能。但是这种轮毂处理环只能产生单一的激励频率，对静子叶根端区的二次流不能产生非定常耦合激励作用。

因此，如何更有效地控制风机静子叶根端区的非定常流动，设计出一种能够产生多种激励频率的轮毂处理环，使它不仅能对静叶根部的分离团进行更好地整流而且能对复杂的二次流进行一定程度的整流，使流场更加有序，减轻叶背分离和减少流动损失，使得民用风机的性能进一步提升，噪声进一步降低。这种非定常多频率激励的轮毂激励发生器成为本发明所追求的目标。

发明内容

受到航空发动机处理机匣以及只能产生单频率的轮毂激励发生器的的启发，并针对民用风机静子端区的非定常流动特点，本发明提供了一种能产生多频率激励的周向多分区圆弧斜槽形轮毂激励发生器。其特征是在轮毂激励发生器的基础上去掉50％的处理槽，处理槽采用圆弧斜槽形式。这种周向多分区圆弧斜槽形轮毂激励发生器包括开有处理槽的为四个激励区和未开处理槽的四个缓冲区。激励区和缓冲区相间分布，每个激励区的处理槽数为轮毂激励发生器总槽数的12.5％。

这种周向多分区圆弧斜槽形轮毂处理环是在轮毂激励发生器的基础上进行设计发明的。首先对轮毂激励发生器进行设计：

(1)激励发生器处理槽数目N的确定

激励器控制的主要对象为轮毂端区的分离团，因此，激励器槽数与该脱落涡的主要特征频率以及轮毂转速相关，其具体取值为：

N=f(n,fshed)=60.cf·fshedn]]>

其中，n为轮毂转速RPM，f_shed为轮毂端区分离团旋涡的频率，其可以通过实验的方法来获得，c_f为系数，取值范围为0.5～1.5；

(2)激励发生器处理槽位置确定

激励发生器处理槽的总的轴向投影长度L_H，其初步取值在一定范围变化：

L_H＝0.7L_b～1.3L_b

上式中L_b为静子叶根基元级叶型的轴向弦长。

激励器槽后端应位于转子轮毂端区分离的起始点位置。一般来说，其大概范围为：

L_T＝0.4L_H～0.7L_H

(3)根据经验，激励发生器处理槽径向倾斜角α_h取40°-60°范围

(4)激励发生器处理槽深度h的确定

h＝0.04R_h～0.07R_h

其中R_h轮毂半径。处理槽的深度影响进出槽道气流的强度，即施加激励的幅值大小，其取值应该随着静子分离区增加而增大