轴流压气机

摘要： 为了研究不同质量流下轴流压气机叶片的疲劳特性,以叶形NASA Rotor 37轴流压气机叶片为研究对象,基于k-ω SST湍流模型,采用热流固耦合求解方法,利用GCI插值技术将流场求解到的压力场、温度场加载到叶片的结构网格节点上进行瞬态求解,得到应力分布及载荷谱,采用Gerber模型修正平均应力后,以Vonmises等效应力计算疲劳寿命。结果表明,疲劳危险部位为出口尾缘的叶根处,疲劳寿命随着质量流增大先缓慢增加后大幅度增加,而随着质量流增大,压比在减小,故需要平衡疲劳寿命与压比,可为轴流压气机叶片使用工况管控与疲劳寿命预测提供一定的理论依据。

摘要： 针对微细颗粒沉积与冲蚀损伤会造成压气机性能退化甚至设备失效的问题,系统总结了近年来国内外研究机构在颗粒沉积与冲蚀损伤对压气机性能影响方面的研究进展,重点介绍了颗粒沉积和冲蚀损伤造成的压气机性能退化机制、压气机性能退化特性数值模拟方法和实验研究方法以及典型研究成果等。基于当前研究热点和发展趋势,提出了颗粒沉积和冲蚀损伤对轴流压气机性能影响研究下一步应重点开展的方向,即借助于精细化数值模拟及可视化实验技术探索轴流压气机流道非定常流场细节与微细颗粒运动行为之间的相互作用机制,揭示颗粒沉积与冲蚀损伤导致的压气机性能退化机理,建立颗粒沉积、冲蚀损伤与压气机性能退化的定量关系。

摘要： 采用数值模拟的方法,对轴流压气机进入旋转失速、退出旋转失速过程以及加入叶片摆动耦合使压气机退出旋转失速的过程进行了三维数值模拟。对比了加入与未加入叶片摆动对压气机退出旋转失速状态过程中的流量影响。数值计算表明,在加入合适的叶片摆动耦合后,可以使得压气机退出旋转失速状态的流量减小1.6%,压比上升1.7%。结合两种退出方式的旋转失速过程对比,得到该压气机失速团破碎的条件:部分叶片通道全叶高消除显著的流动分离,出现具有一定"稳定裕度"的优质流动,导致失速团传播途径受阻,使失速团迅速破碎、消失。

摘要： 为研究叶片叶尖弯曲对间隙流动的影响情况,采用数值模拟方法,研究了不同叶尖弯曲参数(弯曲方向、弯高、弯角)对跨声速压气机动叶在小流量工况条件下的间隙流动的影响,研究对象为美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)Rotor37跨声速压气机转子叶排.结果表明:在小流量工况条件下,叶尖弯曲对平均效率的影响无明显规律,但可能导致平均效率下降;叶尖正弯曲能够改善间隙附近的流动情况,使叶片通道内的堵塞程度降低,降低间隙附近的流动损失;而叶尖反弯曲会使得叶片通道内的堵塞程度增加,增加间隙附近的流动损失.

摘要： 为提升某多级高速轴流压气机非设计转速下的稳定裕度,采用基于时间推进技术的通流彻体力模型结合优化算法,模拟该压气机的特性,优化静叶安装角.运用该通流模型研究了静叶调节机构的机械误差对该压气机特性及稳定边界的影响.结果 表明:90％转速下用下山单纯形法和遗传算法得出的优化结果近失速点流量分别减小了2.6％和4.0％;稳定裕度分别相对增长了5.6％和8.5％;静叶安装角误差全为+1°和全为-1°时,近失速点流量和压比都分别减小和增大;安装角误差对峰值效率的影响有限.

摘要： 采用数值模拟的方法,对轴流压气机进入旋转失速、退出旋转失速过程以及加入叶片摆动耦合使压气机退出旋转失速的过程进行了三维数值模拟.对比了加入与未加入叶片摆动对压气机退出旋转失速状态过程中的流量影响.数值计算表明,在加入合适的叶片摆动耦合后,可以使得压气机退出旋转失速状态的流量减小1.6％,压比上升1.7％.结合两种退出方式的旋转失速过程对比,得到该压气机失速团破碎的条件:部分叶片通道全叶高消除显著的流动分离,出现具有一定"稳定裕度"的优质流动,导致失速团传播途径受阻,使失速团迅速破碎、消失.

摘要： 一维特性计算作为压气机设计体系的关键环节,在压气机的初始设计阶段发挥了重要作用.作为一种高度经验化的工程近似计算方法,一维性能计算需要大量实验数据的支撑.从实验数据中总结得到的经验关联式的质量,是决定一维计算成功与否的关键.在充分调研欧美以级叠加方法和平均线方法为主的一维性能分析方法的基础上,回顾了轴流压气机一维特性计算方法的起源,讨论了其发展趋势与研究现状.对一维特性计算方法的基本原理及其所使用的经典经验关联式进行了整理总结,指明了压气机一维性能分析未来进一步发展的方向.

摘要： 针对某轴流压气机试验中出现的第一级转子叶片振动应变信号突增现象,开展了不同构型探针支杆尺寸对压气机转子叶片振动特性影响的对比试验.通过对比不同构型探针支杆尺寸、不同安装布局下转子叶片振动信号的变化,证实了进口探针支杆尺寸是诱发转子叶片异常振动的主要原因.同时采用流固耦合数值模拟方法,分析了探针支杆尾迹诱发转子叶片共振的流动机理.研究结果表明:支杆直径为10 mm的圆柱形探针诱发转子叶片发生整转速阶次激振的一阶共振,当探针支杆尺寸减小后,转子叶片振动响应水平显著降低.探针支杆诱发压气机转子叶片共振的扰动频率来源于支杆尾迹诱导频率与支杆通过频率的共同作用,支杆尾迹脱落涡会引起转子叶片进气攻角产生大幅值脉动.

摘要： 为了研究压气机相似模化过程中叶顶间隙对性能的影响规律,以某燃机压气机前1.5级为对象,采用数值模拟方法,研究了不同缩尺比例压气机的性能变化规律及机理.结果表明:缩尺模化时若保持叶顶间隙尺寸不变,则压气机模型机性能会下降,导致换算的原型机峰值多变效率下降约1.4％ ～3.38％,压比下降约0.88％ ～3.17％;叶顶间隙对流场相似性影响主要集中在叶片顶部流道区域,造成该区域流动不满足相似条件.分析流场发现,随着缩尺模化比例增加,叶顶间隙相对泄漏流量增加,叶顶流道内低速区范围扩大,泄漏涡在径向的影响范围和强度也增加,这是导致缩尺模化后流动堵塞程度加重、性能下降的主要原因,增加缩尺模化比例还会加剧叶顶泄漏流对激波的削弱.

摘要： 某型发动机在临界转速检查稳定性时,长期存在喘振裕度不足问题,严重影响发动机的正常交付.针对这一问题,对发动机中轴流压气机转子叶尖间隙的影响进行了研究.在研究中,应用数值模拟方法,对不同转子叶尖间隙的轴流压气机性能与流场进行了分析,进而得出结论.

摘要： 高速多级轴流压气机是大型航空发动机的核心部件之一,其工作范围受气动稳定边界的制约.复杂的三维、可压缩、粘性、非定常内部流动结构及相邻叶排上下游流场的强烈干扰,使得高速多级轴流压气机气动失稳的机理探究、检测和主动控制十分困难.目前基于单一测点的气动失稳检测模式,不能满足下一代航空发动机多可调几何参数、多电、智能、分布式控制的总体设计要求.本项目旨在研究多传感器信号特征和气动失稳现象的耦合规律,构建通用的多传感器融合气动失稳检测系统模型,为下一代航空发动机中气动稳定性检测与控制系统的设计打下理论和实验基础.

摘要： 本文对多级轴流压气机三维流场进行了数值模拟,得到了典型工况下的性能数据及流场参数.对计算结果进行分析可知,压气机3级转子后的流场存在较大的流动分离.该发动机在低转速工作时易发生喘振是前面级存在失速所致.研究结论对该压气机改进设计、排除故障提供技术依据.

摘要： 基于轴流压气机S2流面流线曲率法,采用Boyer双激波模型,对某型两级高负荷跨声速风扇特性进行数值模拟计算,得到了近设计点与近堵塞点的总体性能和气动参数,以及全工况的特性曲线.通过将计算结果与实验数据进行对比,分析研究了双激波损失模型在激波损失预估和风扇/压气机特性计算方面的有效性.分析结果表明,双激波模型能够较准确地预测跨声速风扇/压气机非设计点激波损失和特性参数.

摘要： 为探究低速轴流压气机叶尖非定常流动特征,本文对低速轴流压气机单转子进行了三维定常及非定常数值模拟,计算结果表明:在近失速工况下,叶尖区存在明显的非定常流动现象;叶尖处的高静压扰动区出现在主流与泄漏流的交界面和受二次泄漏流影响的叶尖压力面处;二次泄漏流动是影响叶尖间隙流量变化的主要原因.此外,本文还对不同间隙大小,不同流量工况的叶尖非定常流动特征进行了探究,发现叶尖间隙越大越容易出现非定常流动现象.

摘要： 以某多级轴流压气机进口级为研究对象,对源项引气、周向直槽、周向斜槽、周向引气腔四种引气计算方法的结果进行了分析,总结了不同的引气计算方法对压气机性能的影响;采用源项引气和周向斜槽引气方法计算了该多级轴流压气机整机的流场,结果表明两者计算的总性能参数和流场细节相同,工程中可以采用源项引气的方式分析引气对压气机性能的影响,以缩短计算时间.

摘要： 重型燃气轮机中轴流压气机的进口导叶(IGV)系统中,液压油缸在变化的运动位移和负载条件下工作.液压油缸的内泄漏故障会导致IGV系统累积偏差超过限度,引发燃气发电机组跳闸.针对此故障,根据液压油缸一侧油腔的压力信号,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)和希尔伯特变换(HT)的诊断方法.该方法先将压力信号通过EEMD方法分解成一系列固有模态函数(IMF)分量,然后应用HT方法对第一个IMF分量进行变换,获得瞬时幅值,最后得到瞬时幅值的绝对均值.通过IGV模拟实验台的实验证明,提出的诊断方法能够有效地检测液压油缸有无内泄漏发生,以及泄漏的程度.

摘要： 基于某多级轴流高压压气机首级通道内的非定常流动数据和叶片的非整阶振动数据,建立了降阶流固耦合模型,并给出了分析结果.建模所采用的数据为非整阶振动最大振动应力状态时,采用高频气动探针获取的首级转子进出口的非定常流场,以及采用应变片获得的叶片振动数据.分析表明,叶片尖区分离和泄漏流形成的非定常流动是非整阶振动的气动激励来源,模型可反映非整阶振动的锁频特征,但仍需进一步研究各系数与流固耦合机制的映射关系,以及如何针对锁相现象进行建模.

摘要： 为了更加高效地预测轴流压气机气动稳定性,建立了三维非定常彻体力模型模拟方法,重点研究了三维非定常彻体力模型的源项提取方法,并将提取到的源项加入三维非定常欧拉方程中,实现了用欧拉方程加彻体力模型快速预测压气机三维非定常流动的方法.利用该方法对Rotor37均匀进气和周向总压畸变条件下的流场进行了模拟,并与雷诺平均的CFD程序的计算结果进行了对比,结果表明,基于彻体力模型的方法能以很少的计算资源给出与RANS模拟相当的计算结果.

摘要： 为研究进气旋流畸变对轴流压气机特性的影响,设计了一种叶片式旋流畸变发生器.通过改变叶片式旋流畸变发生器的叶片安装方式来改变进口气流流向,产生对涡和整体涡,研究均匀进气、对涡和整体涡进气条件下低速轴流压气机特性和失速边界.试验结果表明:旋流畸变发生器叶片安装角越大,对压气机进口来流的影响越大,气流转角越大,对压气机的总静压升系数和效率的影响也越大.正向涡和反向涡进气条件下,失速边界点流量增大,稳定裕度减小,而对涡有一定的扩稳能力.

摘要： 本文首先提出了轴流压气机串列平面叶型的造型方法,并采用串列叶型代替某传统叶栅,在0.7进口马赫数和设计攻角下表现了更优越的数值性能.在此基础上,本文采用提出的主从式并行化微分进化算法对串列叶栅的初始设计进行了进一步数值优化,优化方案的总压损失系数降低了8.67％.采用偏相关分析法对优化全过程数据进行进一步发掘,揭示了5个配置参数对串列叶栅性能的影响程度.进一步特性计算表明,优化后串列叶栅在较小攻角和负攻角下表现出更优越的性能,但是在大攻角下性能不如初始方案.本文提出并验证了串列叶栅前后叶的弯角和弦长分布决定了攻角特性上的差异,一个新的参数可用于衡量这一分布.

摘要： 本发明提供了一种采用康达喷气的轴流压气机叶片及应用其的轴流压气机。该轴流压气机叶片包括：叶片本体；设置于叶片本体内的引气通道；设置于叶片本体的吸力面，并与引气通道相连的喷气缝，该喷气缝后的吸力面部分为康达表面。本发明通过在高负荷轴流压气机叶片吸力面开设喷气缝，并在喷气缝后应用康达表面，喷射的气流可以为附面层的低能流体增加动能，使其抵抗逆压梯度的能力增强，有效的抑制流动分离；充分利用康达效应，通过合理的参数选择可以实现喷气的完全附壁流动，避免了喷气与主流速度方向不一致引起的掺混损失，可以更大程度的减小损失，提高压气机效率。

摘要： 本发明提供了一种轴流压气机叶型设计方法和轴流压气机叶型，所述轴流压气机叶型设计方法包括：设计叶型的前缘和所述叶型的尾缘；设计所述叶型的吸力面；设计所述叶型的压力面；保证所述连接点处的一阶导数连续；其中，所述连接点包括所述前缘与所述吸力面的连接点、所述前缘与所述压力面的连接点、所述吸力面与所述尾缘的连接点、所述压力面与所述尾缘的连接点。本发明提供的轴流压气机叶型设计方法，可以精确设计前缘为圆或椭圆的叶型；实现了叶型的局部修改，使得叶型设计空间进一步增加，增加了叶型设计的灵活性；所设计叶型表面曲率连续。此外可以采用本方法针对现有叶型进行拟合，分析其控制点的规律并建立几何数据库。

摘要： 本发明提供了一种静叶抗畸变轴流压气机及轴流压气机静叶抗畸变方法，所述压气机静叶畸变区的叶栅稠度大于非畸变区叶栅稠度，非畸变区叶栅稠度为原始稠度。本设计中，静叶轴流压气机的静叶非均匀分布，在受进气畸变流体影响的静叶区域增加叶栅稠度，而不改变其他区域的原始静叶叶片稠度，实现利用非均匀布置静叶调控非均匀流场的目的，保证了压气机在均匀来流情况下性能(流量、压比、效率等)不发生变化，同时提高了进气畸变条件下的气动性能和稳定裕度。

摘要： 本公开提供了一种轴流压气机叶片，包括：叶片本体、引气通道和喷气缝，引气通道位于叶片本体的吸力面与叶片本体的压力面之间，引气通道沿叶片的第一方向贯通设置在叶片本体上，该第一方向与叶片展向相垂直，叶片展向由叶片本体的前缘沿吸力面指向叶片本体的尾缘，喷气缝的第一端设置在吸力面上，喷气缝的第二端与引气通道相连通。本公开通过在叶片本体上开设喷气缝，借助喷气为附面层的低能流体增加动量，使其抵抗叶片通道内逆压梯度的能力增强，进而使流动分离现象得到抑制，有效抑制叶片吸力面的气体附面层的流动分离现象。

摘要： 本公开提供了一种轴流压气机叶片，包括：叶片本体(1)，包括叶片本体吸力面(2)和叶片本体压力面(14)，叶片本体吸力面(2)为凸面，叶片本体压力面(14)为凹面，叶片本体吸力面(2)上形成有多个康达表面(6，7，8)；叶片本体吸力面(2)与叶片本体压力面(14)之间开设有多个引气通道(9，10，11)，叶片本体吸力面(2)上开设有多个喷气缝(3，4，5)，并且，喷气缝(3，4，5)的进口与相邻的引气通道(9，10，11)连通，喷气缝(3，4，5)的出口与相邻的康达表面(6，7，8)相连；导流叶片(15)，设于引气通道(9，10，11)内部。另外，本公开还提供了一种轴流压气机。

摘要： 本发明涉及一种轴流压气机叶片、轴流压气机及燃气轮机。其中，轴流压气机，其包括：压力侧壁；叶尖；以及导流结构，设于所述压力侧壁的所述叶尖所在的区域，且沿所述轴流压气机叶片的弦向延伸；所述导流结构用于增大经过其的气流在所述叶尖的顶部端面外侧形成的分离泡，以减少叶尖处的泄漏流。本发明通过在叶尖所在区域的压力侧壁上设置导流结构，改变压力侧壁的形状，使轴流压气机叶片的压力侧壁与叶尖顶部端面形成预设的角度，气体经导流结构导向后，流向径向间隙，会使气体在叶尖的顶部端面外侧因泄漏流动产生的分离泡增大，有效径向间隙减小，泄漏流量减小，泄漏涡强度减弱，降低了因间隙泄漏流动导致的损失，提高了轴流压气机的性能。

摘要： 本发明公开了一种轴流压气机封严装置、轴流压气机及燃气轮机。该轴流压气机封严装置包括设置于静子叶片内环与内轮毂之间的封严组件，工质泄漏时，工质先流经封严组件，后流经内轮毂上的封严篦齿，且封严组件设置于静子叶片内环上，封严组件具有环状结构，封严组件具有由宽变窄的工质通道以将流经封严组件的工质的压力能转化为动能。本发明的轴流压气机封严装置，由静子叶片内环与内轮毂之间泄漏的工质流经封严组件，封严组件将工质的静压转换为动能，而后经过封严篦齿的阻挡后工质的大部分动能被耗散掉，此时的静压小于封严组件进口的静压，封严篦齿前后的静压差得到降低，从而降低了容腔处的泄露流动，减小了轴流压气机的效率损失。

摘要： 本发明提供了一种采用康达喷气的轴流压气机叶片及应用其的轴流压气机。该轴流压气机叶片包括：叶片本体；设置于叶片本体内的引气通道；设置于叶片本体的吸力面，并与引气通道相连的喷气缝，该喷气缝后的吸力面部分为康达表面。本发明通过在高负荷轴流压气机叶片吸力面开设喷气缝，并在喷气缝后应用康达表面，喷射的气流可以为附面层的低能流体增加动能，使其抵抗逆压梯度的能力增强，有效的抑制流动分离；充分利用康达效应，通过合理的参数选择可以实现喷气的完全附壁流动，避免了喷气与主流速度方向不一致引起的掺混损失，可以更大程度的减小损失，提高压气机效率。

摘要： 本实用新型公开了一种轴流压气机封严装置、轴流压气机及燃气轮机。该轴流压气机封严装置包括设置于静子叶片内环与内轮毂之间的封严组件，工质泄漏时，工质先流经封严组件，后流经内轮毂上的封严篦齿，且封严组件设置于静子叶片内环上，封严组件具有环状结构，封严组件具有由宽变窄的工质通道以将流经封严组件的工质的压力能转化为动能。本实用新型的轴流压气机封严装置，由静子叶片内环与内轮毂之间泄漏的工质流经封严组件，封严组件将工质的静压转换为动能，而后经过封严篦齿的阻挡后工质的大部分动能被耗散掉，此时的静压小于封严组件进口的静压，封严篦齿前后的静压差得到降低，从而降低了容腔处的泄漏流动，减小了轴流压气机的效率损失。

摘要： 本实用新型提供了一种轴流压气机叶片，包括：叶片本体(1)，包括叶片本体吸力面(2)和叶片本体压力面(14)，叶片本体吸力面(2)为凸面，叶片本体压力面(14)为凹面，叶片本体吸力面(2)上形成有多个康达表面(6，7，8)；叶片本体吸力面(2)与叶片本体压力面(14)之间开设有多个引气通道(9，10，11)，叶片本体吸力面(2)上开设有多个喷气缝(3，4，5)，并且，喷气缝(3，4，5)的进口与相邻的引气通道(9，10，11)连通，喷气缝(3，4，5)的出口与相邻的康达表面(6，7，8)相连；导流叶片(15)，设于引气通道(9，10，11)内部。另外，本实用新型还提供了一种轴流压气机。