[实用新型]速度方向定制的燃气轮机高压压气机圆弧斜缝机匣处理

说明书

技术领域：

本实用新型属于叶轮机械领域，具体涉及一种速度方向定制的燃气轮机高压压气 机圆弧斜缝机匣处理。

背景技术：

燃气轮机中高压压气机的负荷越高，对其稳定工作范围的要求也越加苛刻。如果 压气机的稳定裕度过小，不仅限制了燃气轮机性能的提高，更有可能使其工作在非稳定流 动状态，将导致十分严重的后果。因而稳定裕度已成为高性能燃气轮机研制中必须确保的 重要技术指标之一。拓宽压气机的稳定工作范围，推迟气流失速和喘振的发生，对于提高燃 气轮机的性能和可靠性具有十分重要的意义，已成为燃气轮机设计者致力追求的目标。

压气机设计过程中，可采取流动控制的方法来提高稳定裕度。在诸多流动控制方 法中，机匣处理技术是一项被较早研究并成功运用的扩稳技术。它具有易于在结构上实现、 制造成本低、改型方便、可靠性高以及扩稳效果好等优点。其中，轴向缝类机匣处理是一种 扩稳效果显著的机匣处理结构，其结构有轴向缝、轴向斜缝等多种几何形式，如图1-图2所 示，在高速及低速压气机实验台上能够获得20％左右的稳定裕度提升量。但与此同时，轴向 缝类机匣处理会在拓宽稳定裕度的同时带来显著的峰值效率损失，效率损失量可达到5％ 左右。要在现代先进高压压气机上使用轴向缝类机匣处理，必须克服这一弊端，设计出在几 乎不影响峰值效率的情况下达到扩稳效果的机匣处理结构。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于：克服现有轴向缝类机匣处理对高压压气机峰值效率影响 严重的弊端，以减少掺混损失为目的，基于压气机叶尖流场速度方向，提供了一种速度方向 定制的燃气轮机高压压气机圆弧斜缝机匣处理，在几乎不影响峰值效率的情况下拓宽燃气 轮机高压压气机的稳定工作范围。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现的：

速度方向定制的燃气轮机高压压气机圆弧斜缝机匣处理，该圆弧斜缝机匣处理的 处理缝开口轮廓线采取圆弧形；在子午面内处理缝的前后端面向上游倾斜，与机匣壁面成 一锐角；处理缝的前后端面与上端面相交处为圆角。

本实用新型进一步的改进在于，该圆弧斜缝机匣处理的结构参数通过分析压气机 转子效率最高点的叶尖速度场及叶尖基元级的几何特征确定，其中，结构参数包括：处理缝 的轴向处理范围、径向缝深、处理缝圆弧型线弦长的长度、圆弧型线的半径、前后端面与机 匣壁面的夹角、径向倾斜角、缝内圆角半径以及单个处理缝在周向方向上的弧度范围。

本实用新型进一步的改进在于，处理缝轴向处理范围的起始位置位于叶尖前缘上 游0.1-0.3b_ax，终止位置位于叶尖前缘下游0.2-0.5b_ax，所述的径向缝深H取0.2-0.4b_ax；根 据处理缝在轴向方向上的范围，确定处理缝圆弧型线弦长的长度L＝0.3-0.7b_ax；其中，b_ax为转子叶尖基元级叶型的轴向弦长。

本实用新型进一步的改进在于，根据圆弧型线弦长的长度L及叶尖基元叶型的安 装角β，确定圆弧型线的半径r₃＝L/[2sin(90°-β)]，且圆弧型线的弯曲方向与叶片的弯曲 方向相反。

本实用新型进一步的改进在于，结合叶尖速度方向确定处理缝的前后端面与机匣 壁面的夹角γ取30°-50°，处理缝的径向倾斜角α取30°-60°。