[发明专利]用于压气机的进口级叶片组件及包含其的轴流压气机

说明书

本发明公开了一种用于压气机的进口级叶片组件及包含其的轴流压气机，进口级叶片组件包括进口导叶和第一级动叶，进口导叶具有最大的尾缘金属角的位置为第一位置，第一位置处的相对叶高T满足0.8≤T≤0.9；第一级动叶在叶尖处的叶型截面具有第一弦长，第一级动叶上相对叶高为T的第二位置处的叶型截面具有第二弦长，第一弦长比第二弦长大3%~10%；在第二位置与第一级动叶的叶尖之间，第一级动叶的积叠轴的前掠或后掠程度不超过第一级动叶的绝对叶高的1%。采用上述结构可以提高第一级动叶的叶尖的失速裕度，并使得第一级动叶从静态到运行状态时前、尾缘的径向变形更加协调。

技术领域

本发明涉及一种用于压气机的进口级叶片组件及包含其的轴流压气机。

背景技术

在航空发动机、燃气轮机的压气机部件，以及地面轴流压气机中，进口导叶是常见的组成部分。进口导叶是压气机进口的第一排静叶，它的作用通常是将轴向来流偏转，使其带一定切向分速度，且切向分速度的方向与转子旋转方向相同。这样，第一级动叶（转子叶片）的来流马赫数就会比无导叶时更低，因此损失更小、效率更高。此外，进口导叶通常还会设计为可调式，随着压气机运行工况的改变而改变其安装角度，从而保持第一级动叶始终工作在较合适的来流预旋角（压气机的转子叶片前方来流与轴向的夹角），从而实现较高的效率和裕度。

为降低机组体积和重量，减少级数，当代轴流压气机通常选用较高的设计转速，使得前面级转子叶片的来流相对马赫数接近或超过1，导致叶片通道中存在激波。激波具有强大的增压能力，但也会带来显著的损失。在所有叶片中，第一级动叶的来流相对马赫数通常是最高的，且从叶根向叶尖逐渐增大。为了保证第一级动叶的效率，进口导叶通常设计为从叶根到叶尖的尾缘金属角逐渐增大的形式，如图1所示。这样可以使其下游的转子叶片的来流预旋角从叶根到叶尖逐渐增大，以缓解来流相对马赫数从叶根到叶尖逐渐增大的趋势，其效果如图2所示。

此外，由于上游附面层等因素的影响，第一级动叶容易在根部和尖部失速。而根据多级轴流压气机的气动力学原理，在转速低于设计转速时，前面级容易偏喘而后面级偏堵，第一级偏喘的趋势最明显，容易成为率先失速级。对于当代航空轴流压气机，第一级动叶的根部通常可设计为半径从前缘到尾缘明显增大的形式，因此其增压能力不仅来自于流道扩张，还来自离心力，其机理与混流级类似，因此增压能力较强，不容易失速。再加上第一级动叶的弦长一般从叶根到叶尖变化不大，而第一级动叶的轮毂比相对较小（常见的为0.5左右），导致第一级动叶的叶根的稠度很大，一般能达到2以上，进一步降低了第一级动叶在叶根处失速的可能性。但是，由于第一级动叶的叶尖的稠度仅能达到叶根的一半，也没有上述离心力的作用，又受到间隙泄漏流的影响，因此失速风险较大。所以，提高第一级动叶的叶尖的抗失速能力意义重大。

为了提高第一级动叶的叶尖的抗失速能力，现有技术大多对第一级动叶的叶尖采取局部前掠的设计，能有效地满足气动需求。但是，不恰当的弯掠设计，容易导致第一级动叶的叶尖的前缘和尾缘的径向变形不均衡，对于宽弦风扇/压气机叶片尤其如此。受限于此，第一级动叶的叶尖局部前掠一般不可能过于强烈，因此依靠它提高裕度的程度有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提高压气机第一级动叶的叶尖的做功能力，提高其失速裕度，并同时避免产生较强的前缘和尾缘的径向变形不均衡的缺陷，提供一种用于压气机的进口级叶片组件及包含其的轴流压气机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种用于压气机的进口级叶片组件，所述进口级叶片组件包括进口导叶和第一级动叶，所述进口导叶具有最大的尾缘金属角的位置为第一位置，所述第一位置处的相对叶高T满足0.8≤T≤0.9，所述尾缘金属角为所述进口导叶的叶型中弧线在所述进口导叶的尾缘处的切线方向与所述压气机的轴向之间的夹角；