一种在转静干涉条件下的大折转角叶型分离流动控制方法

摘要

一种在转静干涉条件下的大折转角叶型分离流动控制方法，它涉及一种压气机流动分离的控制方法。本发明为解决现有压气机分离非定常控制方法需要输入额外能量，结构复杂导致压气机可靠性差的问题。方法：一、在静叶片的表面上开设数个通孔，形成通孔射流；二、利用脉动压力传感器测量静叶片出口压力脉动，得出静叶片上的吸力面的旋涡脱落频率；三、利用脉动压力传感器测量静叶片表面流动分离起始点处压力脉动，得出数个通孔射流总的射流频率；四、当射流频率＞旋涡脱落频率时，应减少通孔的数量；当射流频率＜旋涡脱落频率时，应增加通孔的数量；当射流频率＝旋涡脱落频率时，即可抑制旋涡产生。本发明用于压气机固有的非定常性抑制叶型分离流动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种压气机分离流动控制方法。

背景技术

压气机通流部分由很多叶片组成，除进口导叶1和出口导叶4外，每级均包含动叶片2和静叶片3，见图1。运行时动叶片2对气体做功，提高总压并使静压有所提升，静叶片3的作用则是将动叶片2所作的一部分功转化为静压的提高，气体压力逐级升高。转静干涉是由于动叶片2和静叶片3之间的相互转动而产生的非定常流动现象。压气机出口12的压力与压气机进口11的压力之比称为压比。为了增加单级压比，可以提高扭速，即相应增大动叶片2或静叶片3的气流转折角。当动叶片2的气流折转角θ超过一定范围时，吸力面33将发生严重的分离流动，见图2，此时，动叶片2的单级压比下降，效率下降，如果分离区A进一步扩大，会导致压气机进入不稳定区。如果采用低反动度，则静叶片3将具有很大的几何转折角θ，造成静叶片3的吸力面发生严重的气流分离，使压气机不能工作。其中反动度是指动叶栅的静参数实际功和理论功之比，它反映了总加入功在动叶栅中转变为压力能的大小。因此，为了得到更高的单级压比，控制叶栅(动叶片或静叶片)流动分离是很重要的。目前，非定常控制是控制附面层分离的一种方法，非定常控制首先要产生非定常激励，在通常研究和应用中都是通过控制片或扰动丝等外部物体的振动产生非定常激励的，在抑制旋涡产生时需要连接外置触发器才能产生非定常激励，其缺点是：需要输入额外能量，结构复杂导致压气机可靠性差等。

发明内容

本发明的目的是为解决现有压气机分离非定常控制方法是利用控制片或扰动丝连接外置触发器才能产生非定常激励，需要输入额外能量，结构复杂导致压气机可靠性差的问题，提供一种在转静干涉条件下的大折转角叶型分离流动控制方法。

本发明的方法是通过以下步骤实现的：一、先在静叶片或动叶片的表面上开设数个通孔，使压气机中的气流在叶片表面压力差的作用下从静叶片或动叶片的压力面一侧进入通孔再从吸力面一侧喷出，形成通孔射流，在转静干涉条件下，静叶片或动叶片表面压力的波动使通孔射流在流道中产生非定常激励；二、利用脉动压力传感器测量静叶片或动叶片出口压力脉动，得出静叶片或动叶片上的吸力面的旋涡脱落频率；三、利用脉动压力传感器测量静叶片或动叶片表面流动分离起始点处压力脉动，得出数个通孔射流总的射流频率；四、当射流频率大于旋涡脱落频率时，应减少通孔的数量，以使射流频率与旋涡脱落频率相等；当射流频率小于旋涡脱落频率时，应增加通孔的数量，以使射流频率与旋涡脱落频率相等；当射流频率与旋涡脱落频率相等时，即可抑制旋涡产生，实现了控制压气机流动分离。

本发明的优点：本发明通过在静叶片表面开通孔，利用叶片两面的压力差产生通孔射流，在转静干涉条件下，叶片表面压力波动使通孔射流在流道中产生非定常激励，不需要输入额外的能量，而且简化了非定常控制的结构，解决了由结构复杂带来的可靠性差的问题。

附图说明

图1是压气机结构主剖视图，图2是动叶片2或静叶片3上的气流折转角θ超过一定范围后造成气流分离的示意图，图3是通孔3-1沿静叶片3径向和轴向分布的静叶片3立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：一、先在静叶片3或动叶片2的表面上开设数个通孔3-1，使压气机中的气流在叶片表面压力差的作用下从静叶片3或动叶片2的压力面3-2一侧进入通孔3-1再从吸力面33一侧喷出，形成通孔射流，在转静干涉条件下，静叶片3或动叶片2表面压力的波动使通孔射流在流道中产生非定常激励；二、利用脉动压力传感器测量静叶片3或动叶片2出口压力脉动，得出静叶片3或动叶片2上的吸力面3-3的旋涡脱落频率F；三、利用脉动压力传感器测量静叶片3或动叶片2表面流动分离起始点E处压力脉动，得出数个通孔3-1射流总的射流频率Fs；四、当射流频率Fs大于旋涡脱落频率F时，应减少通孔3-1的数量，以使射流频率Fs与旋涡脱落频率F相等；当射流频率Fs小于旋涡脱落频率F时，应增加通孔3-1的数量，以使射流频率Fs与旋涡脱落频率F相等；当射流频率Fs与旋涡脱落频率F相等时，即可抑制旋涡产生，实现了控制压气机流动分离。脉动压力传感器采用AK-1型应变式脉动压力传感器。本发明在静叶片3上设置的通孔3-1与常规没有孔的静叶片相比较，通孔叶片与常规叶片体积减小，意味着压气机质量的减轻。同时通孔的受力面积减小，意味着受到的流体非定常流动诱发的应力减小，延长了静叶片的寿命。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的通孔3-1位于静叶片3或动叶片2表面流动分离起始位置E的前面。这样设计可以有效的抑制吸力面分离产生。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的数个通孔3-1沿静叶片3或动叶片2径向和轴向分别设置。这样设计可以在全叶高范围内抑制吸力面分离产生。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的每个通孔3-1的直径小于3mm。这样设计是为了保证射流流量不超过主流流量的5％。其它步骤与具体实施方式一相同。