專利名稱：一種軸流壓縮機(jī)靜子葉片排的排布形式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸流葉輪機(jī)械領(lǐng)域，是一種可以減輕壓縮機(jī)重量的靜子葉片排的排布 形式。
(二)
背景技術(shù)：
重量和氣動(dòng)穩(wěn)定性是軸流壓縮機(jī)重要的性能參數(shù)之一。為此，人們已經(jīng)在材料、 加工、氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面采取了許多措施來(lái)減輕壓縮機(jī)的重量、提高壓縮機(jī) 的氣動(dòng)穩(wěn)定性。
現(xiàn)有的軸流壓縮機(jī)的葉片采用完全軸對(duì)稱的、均勻布局的設(shè)計(jì)方案，即不論壓縮 機(jī)轉(zhuǎn)子葉片排還是靜子葉片排，沿圓周方向均采用相同的葉片按照周向均勻、軸向位 置相同的布局排列。對(duì)于這種軸對(duì)稱的均勻布局，只能通過(guò)葉片的氣動(dòng)和強(qiáng)度優(yōu)化設(shè) 計(jì)來(lái)減輕重量。現(xiàn)有的壓縮機(jī)，特別是航空發(fā)動(dòng)機(jī)所用的壓氣機(jī)就是采用這類方法設(shè) 計(jì)的。但要進(jìn)一步減輕壓縮機(jī)的重量，很難找到新的解決方案。另外，當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)口 氣流攻角較大時(shí)，均勻布局的葉片排每個(gè)葉片葉背表面的氣流附面層會(huì)同時(shí)發(fā)生分離， 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)失速甚至喘振，并最終可能造成結(jié)構(gòu)損壞。這種氣動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象，是壓 縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)力求避免的問(wèn)題。但對(duì)現(xiàn)有的對(duì)稱均勻葉片排，所能挖掘的潛力很受局限。
1974年由美國(guó)A.J. Wennerstrom提出了一種轉(zhuǎn)動(dòng)葉片排的布局方案，即在原葉 片通道中的后半部分增加一個(gè)分流葉片或稱小葉片(參考文獻(xiàn)ARL-TR-74-0110),其 目的是降低轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的氣流落后角，以提高壓縮機(jī)的增壓比。但是，由于分流葉片是 安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)葉片排中，而且葉片的尺寸和厚度均比原葉片小得多，這就使得分流葉片 在結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度上存在較大的問(wèn)題，工程上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。
為了提高壓縮機(jī)的氣動(dòng)穩(wěn)定性，2005年西北工業(yè)大學(xué)在申請(qǐng)?zhí)枮?00510096231. 8 的專利申請(qǐng)中提出了一種葉片排交錯(cuò)排列的布局方案，即在同一葉片排中，相鄰葉片 在軸向前后交錯(cuò)，構(gòu)成交錯(cuò)葉片排。但該方案中交錯(cuò)排列所用的葉片軸向尺寸相同， 故同一排葉片的前緣和尾緣的軸向位置均交錯(cuò)排列，導(dǎo)致葉片排的軸向尺寸增大。

發(fā)明內(nèi)容
為克服葉片排交錯(cuò)排列的布局使葉片排的軸向尺寸增大、采用分流葉片則結(jié)構(gòu)強(qiáng)
度上不易滿足要求，并且工程上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難的不足，本發(fā)明提出了一種可有效
地減輕壓縮機(jī)重量的靜子葉片排的排布形式。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將壓縮機(jī)的靜子葉片制作成寬葉片和窄葉片兩種。 當(dāng)同一葉片排的葉片數(shù)目為偶數(shù)時(shí)，則寬、窄葉片的數(shù)目相同，且將寬、窄葉片
間隔排列在同一靜子葉排中；寬葉片與相鄰的窄葉片之間在前緣處分別形成間距C與
D，并且C與D的比值為0.82 1.2。
當(dāng)同一葉片排的葉片數(shù)目為奇數(shù)時(shí)，寬葉片的數(shù)目比窄葉片的數(shù)目多一片，排列 葉片時(shí)，將兩片寬葉片相鄰排列，兩個(gè)相鄰的寬葉片之間的間距為E，并且E與(C+D) 的比值為0.5;其余葉片仍按寬、窄葉片間隔的方式排列在同一靜子葉排，即在同一 排葉片中，有兩片寬葉片的一側(cè)相鄰而在另一側(cè)與窄葉片相鄰，其余寬葉片的兩側(cè)均 與窄葉片相鄰，寬葉片與相鄰的窄葉片之間在前緣處分別形成間距C與D，并且C與D 的比值為0. 82 1.2。
在同一靜子葉排中，所有葉片的尾緣都處于同一軸向位置，即尾緣對(duì)齊；所有寬 葉片的前緣都處于同一軸向位置，即前緣對(duì)齊；所有窄葉片的前緣也都處于同一軸向 位置，即前緣對(duì)齊；而寬、窄葉片的前緣則不在同一軸向位置上，使寬葉片和窄葉片 的前緣軸向位置有5的錯(cuò)位；寬、窄葉片前緣的軸向距離S為寬葉片軸向弦長(zhǎng)S的5%
15%。
在制作葉片時(shí)，窄葉片從葉根至葉尖各截面葉型軸向弦長(zhǎng)和厚度相對(duì)于寬葉片均 減小5% 15%。
窄葉片與寬葉片交替排列時(shí)所構(gòu)成的葉片氣流通道為兩種不同的形式，即寬葉片 的葉背與窄葉片的葉盆構(gòu)成葉片氣流通道A，寬葉片的葉盆與窄葉片的葉背構(gòu)成葉片 氣流通道B。
由于本發(fā)明所采取的葉片排布方案是在靜子葉排上實(shí)施，靜子葉排上的葉片與轉(zhuǎn) 子葉排上的葉片相比，靜子葉片無(wú)需承受轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而作用在轉(zhuǎn)子葉片上巨大的離心負(fù) 荷，而且窄葉片軸向弦長(zhǎng)只比寬葉片軸向弦長(zhǎng)減小5% 15%，因此，不存在結(jié)構(gòu)和強(qiáng)
度上的困難，工程上容易實(shí)現(xiàn)。
由于窄葉片的軸向弦長(zhǎng)和厚度比寬葉片的軸向弦長(zhǎng)和厚度要減小5% 15%，因此，
窄葉片葉身的重量比寬葉片葉身的重量降低約10% 30%。故采用這種葉片排列布局， 則整個(gè)靜子葉片排的重量可顯著減小。
壓縮機(jī)在小流量大攻角情況下工作時(shí)，常規(guī)的對(duì)稱均勻靜子葉片排中所有葉片葉 背表面附面層將同時(shí)發(fā)生分離，與前面的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片排進(jìn)行相互干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致旋 轉(zhuǎn)失速發(fā)生。但對(duì)于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的靜子葉片排，其葉片數(shù)保持不變，在同樣條件下 工作時(shí)，由于氣流在葉片通道中會(huì)受到寬葉片的導(dǎo)向作用，窄葉片前緣的氣流攻角將 會(huì)減小，使得葉背表面附面層厚度變薄，有可能推遲或消除葉背表面的氣流分離，使 葉片通道B的氣體流動(dòng)保持通暢，使流動(dòng)保持穩(wěn)定,從而達(dá)到提高流動(dòng)穩(wěn)定性的目的。
(四)


卜付圖1是常規(guī)對(duì)稱均勻排列葉片排的布局結(jié)構(gòu)。
附圖2是帶分流葉片的轉(zhuǎn)子葉片排的布局結(jié)構(gòu)。
附圖3是葉片排葉片數(shù)為偶數(shù)時(shí)本發(fā)明的葉片排列布局結(jié)構(gòu)。
附圖4是葉片排葉片數(shù)為奇數(shù)時(shí)本發(fā)明的葉片排列布局結(jié)構(gòu)。
其中1.寬葉片 2.窄葉片
(五)
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
本實(shí)施例是一靜子葉片數(shù)量為60片的單級(jí)軸流壓縮機(jī)。實(shí)施中，將壓縮機(jī)的靜 子葉片制作成30片寬葉片1和30片窄葉片2，葉片排中的葉片數(shù)目保持不變，寬葉 片1的尺寸同均勻排列時(shí)按常規(guī)設(shè)計(jì)的尺寸，窄葉片2的幾何尺寸與寬葉片1相比縮 小6%，并沿周向，即X方向?qū)捜~片l和窄葉片2交替排布，構(gòu)成靜子葉片排。排布 時(shí)，每相鄰的寬、窄葉片的前緣軸向位置有5的錯(cuò)位，使同一靜子葉排中葉片的尾緣 處同一軸向位置上，而前緣則不在同一軸向位置上；窄葉片2前緣的軸向位置比寬葉 片1前緣的軸向位置向后錯(cuò)開的距離S為寬葉片1軸向弦長(zhǎng)S的6%，寬葉片1分別與 兩側(cè)相鄰的兩個(gè)窄葉片2之間在前緣處分別形成間距C與D，并且C與D的比值為0. 82。
本實(shí)施例窄葉片2的重量比寬葉片1的重量減輕約l淺。
實(shí)施例二
本實(shí)施例是一臺(tái)雙級(jí)軸流壓縮機(jī)，其第一級(jí)靜子葉片數(shù)量為57片，第二級(jí)靜子 葉片數(shù)量為74片。
實(shí)施中，將壓縮機(jī)的第一級(jí)靜子葉片制作成29片寬葉片1和28片窄葉片2，寬 葉片1的軸向弦長(zhǎng)同均勻排列時(shí)按常規(guī)設(shè)計(jì)的尺寸，窄葉片2的幾何尺寸與寬葉片1 相比縮小10%;排布時(shí)，沿周向，即X方向先將兩片寬葉片1的一側(cè)彼此相鄰排列， 另一側(cè)則分別與窄葉片相鄰；然后將其余的葉片按照寬葉片1和窄葉片2交替排布的 方式排列，構(gòu)成靜子葉片排。排布時(shí)，所有寬葉片l前緣的軸向位置都相同，所有窄 葉片2前緣的軸向位置也都相同，而相鄰的寬葉片1和窄葉片2的前緣軸向位置有5 的錯(cuò)位，使同一靜子葉排中葉片的尾緣處同一軸向位置上，而寬葉片和窄葉片的前緣 則不在同一軸向位置上；窄葉片2前緣的軸向位置比寬葉片1前緣的軸向位置向后錯(cuò) 開的距離S為寬葉片1軸向弦長(zhǎng)S的10%，窄葉片2分別與兩側(cè)相鄰的兩個(gè)寬葉片1 之間在前緣處分別形成間距C與D，并且C與D的比值為1. 0;兩片相鄰的寬葉片1 之間的間距為E，并且E與(C+D)的比值為0.5。
將壓縮機(jī)的第二級(jí)靜子葉片制作成37片寬葉片和37片窄葉片，窄葉片2的幾何 尺寸與寬葉片1相比縮小15%，并沿周向，即X方向?qū)捜~片l和窄葉片2交替排布， 構(gòu)成第二級(jí)靜子葉片排。排布時(shí)，每相鄰的兩個(gè)葉片的前緣軸向位置有5的錯(cuò)位，使 同一靜子葉排中葉片的尾緣處在同一軸向位置上，而前緣則不在同一軸向位置上，窄 葉片2前緣與寬葉片1前緣的軸向距離S為寬葉片1軸向弦長(zhǎng)S的15%,寬葉片1與 兩邊相鄰的兩個(gè)窄葉片2之間在前緣處分別形成間距C與D，并且C與D的比值為1. 2。
本實(shí)施例中第一級(jí)靜子葉片排窄葉片2的重量比寬葉片1的重量減輕約19%，第二 級(jí)靜子葉片排窄葉片2的重量比寬葉片1的重量減輕約28%。.
實(shí)施例三
本實(shí)施例是一靜子葉片數(shù)量為67片的單級(jí)軸流壓縮機(jī)。實(shí)施中，將壓縮機(jī)的靜 子葉片制作成34片寬葉片和33片窄葉片，葉片排中的葉片數(shù)目保持不變，窄葉片2 的幾何尺寸與寬葉片1相比縮小12%;排布時(shí)，沿周向，即X方向先將兩片寬葉片1 的一側(cè)彼此相鄰排列，另一側(cè)則分別與窄葉片相鄰；然后將其余的葉片按照寬葉片1
和窄葉片2交替排布的方式排列，構(gòu)成靜子葉片排。排布時(shí)，所有寬葉片l和寬葉片 l前緣的軸向位置都相同，所有窄葉片2前緣的軸向位置也都相同，而相鄰的寬葉片 和窄葉片的前緣軸向位置有5的錯(cuò)位；同一靜子葉排中葉片的尾緣處同一軸向位置上,
而寬葉片和窄葉片的前緣則不在同一軸向位置上；窄葉片2前緣的軸向位置比寬葉片 1前緣的軸向位置向后錯(cuò)開的距離S為寬葉片1軸向弦長(zhǎng)S的12%,窄葉片2分別與兩 側(cè)相鄰的兩個(gè)寬葉片1之間在前緣處分別形成間距C與D,并且C與D的比值為0. 92; 兩片相鄰的寬葉片1之間的間距為E，并且E與(C+D)的比值為0.5。本實(shí)施例中， 窄葉片2的重量比寬葉片1的重量減輕約23%。
權(quán)利要求
1.一種軸流壓縮機(jī)靜子葉片排的排布形式，其特征在于同一靜子葉排中包括寬葉片(1)和窄葉片(2)兩種葉片，并且a.當(dāng)同一葉片排的葉片數(shù)目為偶數(shù)時(shí)兩種葉片間隔排列；b.當(dāng)同一葉片排的葉片數(shù)目為奇數(shù)時(shí)，寬葉片(1)的數(shù)目比窄葉片(2)的數(shù)目多一片，排列葉片時(shí)，將兩片寬葉片(2)相鄰排列，其余葉片仍按寬、窄葉片間隔的方式排列在同一靜子葉排，即在同一排葉片中，有兩片寬葉片(1)的一側(cè)彼此相鄰而另一側(cè)與窄葉片(2)相鄰，其余寬葉片(1)的兩側(cè)均與窄葉片(2)相鄰；c.寬葉片(1)和窄葉片(2)的前緣軸向位置有δ的錯(cuò)位，尾緣在同一軸向位置對(duì)齊；d.寬葉片(1)與相鄰的窄葉片(2)之間在前緣處分別形成間距C與D，并且C與D的比值為0.82～1.2；依此方法排列其它靜子葉排。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述軸流壓縮機(jī)靜子葉片排的排布形式，其特征在于寬葉片(l) 和窄葉片(2)前緣的軸向錯(cuò)位5為寬葉片(1)軸向弦長(zhǎng)S的5%-15%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述軸流壓縮機(jī)靜子葉片排的排布形式，其特征在于窄葉片(2) 從葉根至葉尖各截面葉型的軸向弦長(zhǎng)和厚度相對(duì)于寬葉片(1)均減小5% 15%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述軸流壓縮機(jī)靜子葉片排的排布形式，其特征在于當(dāng)葉片 排的葉片數(shù)為奇數(shù)時(shí)，唯一相鄰的寬葉片之間的間距為E，并且E與(C+D)的比值為 0.5。
全文摘要
本發(fā)明是一種壓縮機(jī)靜子葉片排的排布形式。為克服現(xiàn)有技術(shù)軸向尺寸大、重量重的不足，本發(fā)明將靜子葉片制作成寬葉片(1)和從葉根至葉尖各截面葉型的軸向弦長(zhǎng)相對(duì)于寬葉片(1)減小5％～15％的窄葉片(2)；δ與寬葉片的軸向弦長(zhǎng)S的比值為5％～15％；將兩種葉片間隔排列在同一靜子葉排中，相鄰的葉片前緣間有δ的錯(cuò)位，而尾緣處則在同一軸向位置上對(duì)齊；寬葉片(1)與相鄰的兩個(gè)窄葉片(2)之間在前緣處分別形成間距C與D，并且C與D的比值為0.82～1.2。依此方法排列其它靜子葉排，使寬、窄葉片交替排列時(shí)所構(gòu)成的葉片氣流通道為兩種不同的形式。由于本發(fā)明所采取的技術(shù)方案，有效地減小了靜子葉片排的重量，使壓縮機(jī)的重量顯著減小。
文檔編號(hào)F04D29/54GK101169138SQ200610104800
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者劉前智, 廖明夫 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)