可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)性價比高,冠熙風(fēng)機(jī)質(zhì)量可靠

通過對可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計參數(shù)和S2設(shè)計參數(shù)的多次迭代，得到了一個接近設(shè)計要求的初步三維設(shè)計方案。從表2可以看出，初步設(shè)計方案的氣動參數(shù)與一維設(shè)計結(jié)果吻合較好。風(fēng)機(jī)設(shè)計過程中一維參數(shù)的設(shè)計精度足以支持設(shè)計工作的進(jìn)一步發(fā)展。表2顯示了一維設(shè)計結(jié)果和初步設(shè)計的平均質(zhì)量參數(shù)。由表2可以看出，單級風(fēng)機(jī)平均半徑處的負(fù)荷系數(shù)約為1.0，甚至高于普通航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的負(fù)荷系數(shù)。同時，單級風(fēng)機(jī)的反應(yīng)性略大于0.5，平均負(fù)荷分布在靜、動葉片上，使可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)葉片展開中部的彎曲角度達(dá)到40度以上，擴(kuò)壓系數(shù)達(dá)到0.5以上。從出版的文獻(xiàn)中不難找到?？紤]到軸流風(fēng)機(jī)制造成本的限制，擴(kuò)壓系數(shù)接近0.6，基本達(dá)到了無主動流量控制技術(shù)的亞音速軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計極限。在可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)機(jī)械中，為了防止旋轉(zhuǎn)葉片和固定殼體之間的摩擦，葉片頂部和殼體之間必須有一定的間隙。然而，在可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計結(jié)果與設(shè)計目標(biāo)的壓力比與效率之間仍存在一定的差距，需要進(jìn)一步的詳細(xì)設(shè)計來彌補(bǔ)。由于本文設(shè)計的單級風(fēng)機(jī)的負(fù)荷比設(shè)計中采用的經(jīng)驗公式高，因此有必要對每排葉片的稠度和展弦比進(jìn)行調(diào)整。初步設(shè)計方案如圖所示。6和7，以及表3所示的氣動性能，其中載荷系數(shù)由葉尖的切線速度定義。

在可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)機(jī)械中，為了防止旋轉(zhuǎn)葉片和固定殼體之間的摩擦，葉片頂部和殼體之間必須有一定的間隙。由于葉尖間隙的存在，不可避免地會發(fā)生泄漏流。泄漏流與主流相互作用形成的泄漏渦將影響渦輪機(jī)械的內(nèi)部流場和氣動性能，尤其是效率、可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)噪聲和穩(wěn)定的工作范圍。因此，通過改變?nèi)~頂間隙形狀，對葉頂泄漏流進(jìn)行綜合分析，提高渦輪機(jī)械的氣動性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程參考價值。目前，對葉尖間隙進(jìn)行了一系列的實(shí)驗和數(shù)值模擬研究，主要集中在葉尖和殼體兩個方面。對于葉片頂部，Young等人[4]采用實(shí)驗方法研究了單槽、雙槽和上斜面對渦輪性能的影響。SatishKoyyalamudi和Nagpurwala[17]對離心式壓縮機(jī)的導(dǎo)葉進(jìn)行了處理。在此基礎(chǔ)上，模擬了可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)、類型和位置對軸流風(fēng)機(jī)性能的影響，指出在設(shè)計流量下，葉頂雙槽結(jié)構(gòu)具有較佳的氣動性能，風(fēng)機(jī)效率提高了1.05個百分點(diǎn)。對多級壓縮機(jī)表明，葉根倒角還可以減小角區(qū)的失速，提高工作范圍?？赡孓D(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)帶肩端間隙渦輪的研究表明，壓力側(cè)和吸入側(cè)后緣槽都可以略微增大葉片頂面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但吸入側(cè)后緣槽可以減小間隙的泄漏損失。

可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)四種不同結(jié)構(gòu)尺寸的半圓形軸縫。模擬和試驗結(jié)果表明，軸向縫處理技術(shù)不僅能達(dá)到穩(wěn)定膨脹效果，而且能在設(shè)計速度下提率和壓力比。套管壁環(huán)對簡單可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)性能的影響。結(jié)果表明，環(huán)形結(jié)構(gòu)能有效地削弱葉頂間隙渦，甚至抑制其產(chǎn)生，有效地提高了風(fēng)機(jī)的總壓和效率。全冠、部分冠和加強(qiáng)型部分冠對可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)氣動性能的影響。結(jié)果表明，部分冠形能削弱泄漏流和二次流的強(qiáng)度，與全冠形相比，部分冠形的效率提高了0.6%。Satish Koyyalamudi和Nagpurwala[17]對離心式壓縮機(jī)的導(dǎo)葉進(jìn)行了處理。結(jié)果表明，改進(jìn)后的壓氣機(jī)峰值效率降低了0.8%~1%，失速裕度提高了18%，阻塞流量提高了9.5%。結(jié)果表明，部分冠形能削弱泄漏流和二次流的強(qiáng)度，與全冠形相比，部分冠形的效率提高了0。葉頂間隙形態(tài)的研究主要集中在離心式、軸流式壓縮機(jī)和渦輪上，而葉頂間隙形態(tài)對軸流風(fēng)機(jī)特別是動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)性能影響的研究相對較少?？紤]到優(yōu)化葉頂間隙形狀可以有效地提高風(fēng)機(jī)的性能，對OB-84動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)在均勻間隙、逐漸收縮和逐漸膨脹等六種非均勻間隙下的性能進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。比較了不同葉尖間隙形狀下的內(nèi)部流動特性、總壓分布和葉輪作用力，分析了漸縮型和漸擴(kuò)型。間隙對風(fēng)機(jī)性能影響的內(nèi)在機(jī)理。

與均勻間隙相比，可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)在平均葉頂間隙不變的前提下，1~3級間隙方案下的風(fēng)機(jī)總壓力和效率均高于均勻間隙方案下的風(fēng)機(jī)總壓力和效率；前導(dǎo)間隙越大，尾隨間隙越小，性能越明顯。改進(jìn)是，但隨著可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)間隙的逐漸收縮，風(fēng)機(jī)的性能改善逐漸減?。辉谠O(shè)計流量下，方案2和方案3下的總壓力分別增加20。對于PA和22PA，可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)效率分別提高0.69%和0.70%，特別是在小流量情況下。方案2和方案3的效率分別提高1.16%和1.20%。同時，方案1-3對應(yīng)的區(qū)（>81%）變寬，根據(jù)總壓的趨勢，喘振裕度增大，穩(wěn)定工作范圍提高。但4-6級進(jìn)風(fēng)機(jī)的總壓和效率均低于均勻間隙，隨著間隙的增大，風(fēng)機(jī)的性能下降更大。方案6的總壓力和效率分別降低了15pa和0.14%。模擬結(jié)果與參考文獻(xiàn)中給出的結(jié)果一致。以上分析表明，在相同流量范圍的前提下，錐形間隙的區(qū)變寬，相應(yīng)的流量范圍增大，可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)增大，設(shè)計流量和左效率明顯提高，措施簡單，易于實(shí)施。可實(shí)現(xiàn)的K-E模型可以有效地解決旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、邊界層流動分離、強(qiáng)逆壓梯度、二次流和回流等問題?？紤]到風(fēng)機(jī)選型中參數(shù)裕度過大，導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)在設(shè)計流量的左側(cè)運(yùn)行，可以將變細(xì)的間隙形狀作為提高風(fēng)機(jī)性能的手段。為了分析不同葉尖間隙形狀下風(fēng)機(jī)性能變化的內(nèi)在機(jī)理，進(jìn)行了內(nèi)部流動特性和葉輪能力分析。