[发明专利]一种压气机、燃气轮机及压气机扩稳增效方法

说明书

本发明公开了一种压气机、应用该压气机的燃气轮机以及压气机扩稳增效方法。所述压气机在高压级机匣壁面开设通孔，在低压级动叶叶顶机匣壁面开设通孔，在低压级静叶根部至叶表吸力面开设通孔，并依次连接所述高压级机匣壁面通孔、所述低压级动叶叶顶机匣壁面通孔、所述低压级静叶根部至叶表吸力面通孔，形成具有抽吸‑喷射功能的自循环机构。本发明利用压气机高压级抽吸的部分气体经所述自循环机构引回到低压级动叶叶顶前缘以及低压级静叶叶表吸力面分别进行喷气，拓宽压气机失速裕度，抑制流动分离，有效地改善了压气机效率。

技术领域

本发明涉及能源动力领域，尤其是一种压气机、应用此类压气机的燃气轮机以及压气机扩稳增效方法。

背景技术

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。动叶沿固定在轮毂上，能够随轮毂一起转动。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。多级轴流压气机就包括多个级。压气机级负荷提高，其稳定性是必须要解决的难题之一，例如如何抑制静叶大折转角吸力面分离、拓宽失速裕度以及确保压气机动叶转子的高负荷稳定运行等。在拓宽轴流压气机流动失稳裕度方面，除了在设计过程所采用的弯/掠技术等叶片造型以外，在原始叶片基础上所施加的流动失稳控制措施也比较多，主要包括周向槽和轴向缝机匣处理、叶顶喷气、自循环抽吸-喷气、等离子体控制、背腔式机匣处理、叶尖小翼以及导静叶联调等。周向槽和轴向缝机匣处理目前已经在真实航空发动机中得到了应用，其他扩稳措施大部分都还停留在实验室研究阶段。然而，周向槽和轴向缝机匣处理对效率的负面影响一直是制约其扩稳能力进一步提升的瓶颈。自循环抽吸-喷气作为一种能够兼顾稳定性和效率的压气机扩稳技术之一，充分利用压气机自身后端抽吸和前端喷气的优势，加之抽吸-喷气量可调使得其扩稳能力可根据各级失速监测信号可控的因素，在实际航空发动机和地面燃气轮机多级轴流压气机各级流动失稳控制上具有很好的应用前景。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，为了能够至少在一定程度上地抑制因燃气轮机中低压压气机高负荷设计中静叶大折转角吸力面分离引起的效率损失，以及确保压气机动叶转子的高负荷稳定运行，并充分利用压气机后面高压级因放气或者涡轮冷却需求而抽吸的部分气体，本发明提供了一种能够将压气机后面高压级部分气流抽吸到前面低压级动叶叶顶前缘进行喷射以及到静叶叶表吸力面进行喷射相结合的压气机、应用此类压气机的燃气轮机以及压气机扩稳增效方法。

(二)技术方案

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供了一种压气机，包括动叶、静叶、轮毂和机匣，所述动叶、静叶和轮毂均置于机匣内，所述动叶固定在轮毂并随轮毂一起转动，所述静叶固定在机匣上，所述动叶和静叶沿轮毂轴向方向间隔交错布置，并且沿所述轮毂的圆周方向上，一排动叶和紧随其后的一排静叶构成所述压气机的一个级，所述压气机从机匣的前端到后端工作压力逐级增大，其特征在于：在高压级机匣壁面开设有通孔；在低压级动叶叶顶机匣壁面开设有通孔；在低压级静叶根部至叶表吸力面开设有通孔；其中所述低压级和高压级是所述压气机中的任意两个级，并且，所述高压级的工作压力大于所述低压级；该压气机还包括自循环机构，所述自循环机构是依次连接所述高压级机匣壁面的通孔、所述低压级动叶叶顶机匣壁面的通孔、所述低压级静叶根部至叶表吸力面的通孔的连通装置。