本發(fā)明涉及機械壓氣機技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種縫式處理機匣及壓氣機。

背景技術(shù)：

壓氣機作為發(fā)動機的核心部件之一，其優(yōu)劣直接影響航空發(fā)動機的性能。近年來，隨著壓氣機壓比和負荷不斷提高，致使其內(nèi)部流動更加不穩(wěn)定，進而影響發(fā)動機的穩(wěn)定工作；同時相關(guān)研究表明：壓氣機轉(zhuǎn)子葉片通道頂部區(qū)域流動狀況，尤其是頂部間隙泄漏及其導(dǎo)致的間隙泄漏渦對壓氣機喘振的發(fā)生起著關(guān)鍵作用。因此，拓寬壓氣機穩(wěn)定工作裕度成為設(shè)計人員亟待解決的關(guān)鍵問題。處理機匣作為提高壓氣機穩(wěn)定工作裕度的技術(shù)之一，由于該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，可靠性高等特點被廣泛應(yīng)用于許多發(fā)動機中。

圖1中為周向槽處理機匣的結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)是在壓氣機機匣的周向開設(shè)周向槽1，周向槽1具有軸對稱的結(jié)構(gòu)外形，其槽深方向與壓氣機徑向成一定的夾角。在均勻來流情況下，該結(jié)構(gòu)以略微降低效率的代價提高壓氣機穩(wěn)定裕度。傳統(tǒng)的處理機匣結(jié)構(gòu)形式可在一定范圍內(nèi)提高壓氣機的穩(wěn)定工作裕度，但是通常以降低效率為代價，效率降低量約為0.5％～2％，在航空發(fā)動機中，壓氣機部件效率的降低將導(dǎo)致耗油率增加，進而影響到發(fā)動機的經(jīng)濟性。

圖2中采用圓弧形的縫式處理機匣，即在機匣的內(nèi)壁開設(shè)有縫槽2，縫槽的底部截面采用圓弧型，使縫槽內(nèi)部流動更加順暢，且盡量減少縫槽內(nèi)流動產(chǎn)生的損失，該技術(shù)雖然不降低壓氣機的效率，但是對于壓氣機穩(wěn)定工作裕度的改善非常有限。

因此，如何改進縫式處理機匣的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計出一種結(jié)構(gòu)簡單，即能拓寬壓氣機工作裕度，又能提高壓氣機效率的處理機匣是一個凾待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種縫式處理機匣及壓氣機，以解決現(xiàn)有的處理機匣在提高穩(wěn)定裕度的同時會降低壓氣機效率的技術(shù)問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種縫式處理機匣，布置于轉(zhuǎn)子葉片的外圍，在壓氣機機匣內(nèi)側(cè)壁面沿周向均勻分布有多個軸向縫槽，縫槽的底部截面包括兩個平行的等直段，及設(shè)置在兩個等直段的兩端且與兩個等直段相接的圓弧段。

進一步地，縫槽的長度方向與轉(zhuǎn)子葉尖基元弦長方向的夾角為80-90度。

進一步地，縫槽的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)目的6-8倍。

進一步地，縫槽的軸向長度為轉(zhuǎn)子葉尖基元軸向長度的70％-90％。

進一步地，縫槽的寬度為轉(zhuǎn)子葉尖基元最大厚度的1.5-3倍，縫槽的深度為轉(zhuǎn)子葉尖基元最大厚度的50％-60％，且縫槽的深度方向與壓氣機徑向的夾角為0°。

進一步地，縫槽的軸向投影中點位于轉(zhuǎn)子葉尖軸向弦長的40％-60％位置處。

進一步地，圓弧段為半圓弧。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種壓氣機，其包括上述的縫式處理機匣。

進一步地，壓氣機為軸流壓氣機。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的壓氣機縫式處理機匣，該處理機匣位于轉(zhuǎn)子葉片的外圍，在壓氣機機匣內(nèi)側(cè)壁面沿周向均勻分布有多個軸向縫槽，縫槽的底部截面包括兩個平行的等直段，及設(shè)置在兩個等直段的兩端且與兩個等直段相接的兩個圓弧段。本發(fā)明利用縫槽內(nèi)產(chǎn)生的壓差，一方面能夠?qū)⒓げㄅc間隙泄漏渦作用后產(chǎn)生的低能堵塞團抽吸進入縫槽內(nèi)，緩解轉(zhuǎn)子葉尖的堵塞；另一方面縫槽將這部分氣體向轉(zhuǎn)子上游區(qū)域輸送并重新注入轉(zhuǎn)子通道，這股射流有效地抑制低能間隙泄漏渦發(fā)展，從而推遲間隙泄漏渦破裂現(xiàn)象的發(fā)生，這兩種作用機制使得轉(zhuǎn)子葉片中下游區(qū)域的大尺度堵塞團被削弱，抑制了在近失速狀態(tài)下轉(zhuǎn)子通道內(nèi)部的流動分離，從而改善壓氣機的穩(wěn)定工作裕度和效率，并且在壓氣機不同轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能有效地提高壓氣機的穩(wěn)定工作裕度，并且能夠不同程度的提高效率，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。

除了上述所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是現(xiàn)有的壓氣機周向槽處理機匣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有的壓氣機圓弧形縫式處理機匣的子午示意圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的壓氣機子午面示意圖；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的壓氣機縫式處理機匣縫槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例的壓氣機縫式處理機匣縫槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明優(yōu)選實施例的壓氣機縫式處理機匣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明和實壁機匣應(yīng)用于軸流壓氣機的壓比特性示意圖；

圖8是本發(fā)明和實壁機匣應(yīng)用于軸流壓氣機的效率特性示意圖。

附圖標號說明：

1、周向槽；2、圓弧形縫式處理機匣；

10、機匣；11、縫槽；la、縫槽的軸向長度；ca、轉(zhuǎn)子葉尖基元的軸向長度；b、縫槽的寬度；cmax、轉(zhuǎn)子葉尖基元的最大厚度；

111、等直段；112、圓弧段；12、轉(zhuǎn)子葉尖基元；

20、轉(zhuǎn)子葉片；30、靜子葉片。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

參照圖3至圖4，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種縫式處理機匣，該機匣10布置于轉(zhuǎn)子葉片20的外圍，機匣10內(nèi)側(cè)壁面沿周向均勻分布有多個軸向縫槽11，縫槽11的底部截面包括兩個平行的等直段111，及設(shè)置在兩個等直段111的兩端且與兩個等直段111相接的兩個圓弧段112。該縫槽11利用壓氣機內(nèi)流動的氣體產(chǎn)生的壓差，將堆積在轉(zhuǎn)子葉片20中下游的低能堵塞團抽吸進入縫槽11內(nèi)，以改善轉(zhuǎn)子葉尖通道的堵塞。

在本實施例中，如圖3及圖4所示，轉(zhuǎn)子葉片20下游是靜子葉片30，機匣10位于轉(zhuǎn)子葉片20的外圍，沿機匣10內(nèi)側(cè)壁的周向均勻設(shè)置多個縫槽11，縫槽11的底部截面包括兩個平行的等直段111，及設(shè)置在兩個等直段111的兩端且與兩個等直段111相接的兩個圓弧段112。由于轉(zhuǎn)子葉片20的增壓作用，氣流在縫槽11內(nèi)將產(chǎn)生一定的壓差，縫槽11能夠?qū)⒍逊e在轉(zhuǎn)子葉片20中下游區(qū)域的低能堵塞團抽吸進入縫槽11內(nèi)，同時將這部分氣體向轉(zhuǎn)子上游區(qū)域噴射并重新注入轉(zhuǎn)子通道，縫槽11的抽吸及噴射作用極大的改善了葉尖通道的流動情況，轉(zhuǎn)子葉尖通道的低速區(qū)域明顯得到抑制，有效地緩解了通道內(nèi)的堵塞狀況，從而推遲壓氣機喘振的發(fā)生，改善壓氣機的穩(wěn)定工作裕度。

優(yōu)選地，圓弧段112為半圓弧。在本實施例中，縫槽11的中間段采用直線型，兩端采用半圓弧形，經(jīng)過試驗得知，縫槽11的這種結(jié)構(gòu)設(shè)計能有效的減少氣流在縫槽11內(nèi)流動產(chǎn)生的損失。

優(yōu)選地，參照圖5及圖6，縫槽11的長度方向與轉(zhuǎn)子葉尖基元12的夾角為80-90度。在本實施例中，經(jīng)過反復(fù)試驗得知，縫槽11的長度方向與轉(zhuǎn)子葉尖基元12的夾角為80-90度，便于氣體順利進入縫槽11，增大抽吸量。

優(yōu)選地，縫槽11的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片20數(shù)目的6-8倍。在本實施例中，縫槽11數(shù)目越多，擴穩(wěn)效果越顯著，但是會降低壓氣機效率，而縫數(shù)過少則擴穩(wěn)效果不明顯，經(jīng)過反復(fù)試驗得知，在縫槽11數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片20數(shù)目的6-8倍時，效果最好。

優(yōu)選地，縫槽11的軸向長度la為轉(zhuǎn)子葉尖基元12的軸向長度ca的70％-90％。

優(yōu)選地，縫槽11的寬度b為轉(zhuǎn)子葉尖基元12最大厚度cmax的1.5-3倍，縫槽11的深度為轉(zhuǎn)子葉尖基元12的最大厚度cmax的50％-60％，且縫槽11的深度方向與壓氣機徑向的夾角為0°。在本實施例中，經(jīng)過試驗得知，縫槽11的軸向長度la為轉(zhuǎn)子葉尖基元12軸向長度ca的70％-90％，縫槽11的寬度b為轉(zhuǎn)子葉尖基元12的最大厚度cmax的1.5-3倍，縫槽11的深度為轉(zhuǎn)子葉尖基元12最大厚度cmax的50％-60％，且縫槽11的深度方向與壓氣機徑向夾角為0°時，縫槽11的抽吸及噴射作用效果最為明顯，能有效的改善轉(zhuǎn)子葉尖通道的流動情況。

優(yōu)選地，縫槽11的軸向投影中點位于轉(zhuǎn)子葉尖軸向弦長的40％-60％位置處。經(jīng)過試驗得知，縫槽11的軸向投影中點a位于轉(zhuǎn)子葉尖軸向弦長的40％-60％位置時，縫槽11能最大限度的抽吸及噴射高壓氣體，保證壓氣機的擴穩(wěn)量。

經(jīng)過試驗得知，參照圖7及圖8，從軸流壓氣機在采用實壁機匣和采用本發(fā)明的縫式處理機匣的特性對比圖可以看出，本發(fā)明的縫式處理機匣在不同轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均顯著提高了壓氣機的穩(wěn)定工作裕度，并且峰值效率呈現(xiàn)不同程度的增加，在本實施例中，以相對折合轉(zhuǎn)速0.8為例，其穩(wěn)定裕度提高12.2％，峰值效率提高1.1個百分點；本發(fā)明的縫式處理機匣不僅能提高壓氣機穩(wěn)定工作裕度，而且能適當提高壓氣機的峰值效率。

本發(fā)明還提供一種壓氣機，該壓氣機包括上述介紹的縫式處理機匣，在本實施例中的壓氣機包括但不限于軸流壓氣機。

從以上的描述可以得知：本發(fā)明的縫式處理機匣，通過在機匣內(nèi)側(cè)壁面沿周向均勻分布有多個軸向縫槽，縫槽包括兩個平行的等直段、及設(shè)置在兩個等直段的兩端且與兩個等直段相接的兩個圓弧段。本發(fā)明利用氣流在縫槽內(nèi)產(chǎn)生的壓差，將堆積在轉(zhuǎn)子中下游區(qū)域的低能堵塞團抽吸進入縫槽內(nèi)，同時將這部分氣體向轉(zhuǎn)子上游區(qū)域輸送并重新注入轉(zhuǎn)子通道，縫槽的抽吸及噴射作用極大的改善了葉尖通道的流動情況，低速區(qū)域明顯得到抑制，從而推遲壓氣機喘振的發(fā)生，改善壓氣機的穩(wěn)定工作裕度并且能適當提高壓氣機的峰值效率，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。