安裝角異常和變彎度葉片對(duì)壓氣機(jī)性能影響機(jī)理的研究

1、安裝角異常和變彎度葉片對(duì)壓氣機(jī)性能影響機(jī)理的研究可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)流葉片和靜子葉片是壓氣機(jī)性能調(diào)節(jié)和防止喘振的方法之一 , 在 安裝角調(diào)節(jié)過(guò)程中 , 由于某個(gè)葉片安裝角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡死或者由于振動(dòng)等原因引起 安裝角調(diào)節(jié)誤差 ,引起某個(gè)或者某些葉片安裝角異常 , 會(huì)造成通道內(nèi)氣流堵塞 , 對(duì) 該葉柵通道及相鄰葉柵通道流場(chǎng)都有很大的影響 ,并破壞流場(chǎng)的周期性 , 甚至造 成較大的附面層別離和漩渦運(yùn)動(dòng) , 由此引起的非定常氣動(dòng)力脈動(dòng)可能導(dǎo)致葉片發(fā) 生強(qiáng)烈的振動(dòng) , 引起顫振和高周期疲勞破壞 ,因此,深入研究葉柵安裝角異常及級(jí) 環(huán)境下進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角異常對(duì)壓氣機(jī)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響 , 對(duì)壓氣機(jī)故障診斷和減小 振動(dòng)有著重

2、要的意義。另一方面假設(shè)可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉和靜子葉片安裝角正常調(diào)節(jié) , 沒(méi) 有出現(xiàn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡死等工況 , 進(jìn)口導(dǎo)葉或者靜子葉片安裝角調(diào)節(jié)角度過(guò)大 ,也能 導(dǎo)致可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉在較大的正攻角或者負(fù)攻角下工作 , 導(dǎo)致?lián)p失系數(shù)增加 ,流場(chǎng) 惡化, 并引起壓氣機(jī)整機(jī)性能的下降。本文采用變彎度葉片進(jìn)行導(dǎo)葉出口氣流的調(diào)節(jié) , 不改變軸向進(jìn)氣的前提下 , 通過(guò)改變出口氣流角 , 獲得較好的流場(chǎng)性能。 首先, 對(duì)葉柵安裝角異常進(jìn)行數(shù)值模 擬并與試驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行比照分析 ; 然后,在級(jí)環(huán)境下對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角異常進(jìn)行數(shù) 值模擬; 最后,對(duì)變彎度葉柵不同彎度位置和不同彎度時(shí)進(jìn)行數(shù)值模擬 ,并對(duì)帶有 變彎度導(dǎo)葉的一級(jí)半壓氣機(jī)不同彎

3、度進(jìn)口導(dǎo)葉進(jìn)行深入的研究分析 , 以期能夠?yàn)?壓氣機(jī)故障分析和高性能軸流壓氣機(jī)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)和技術(shù)儲(chǔ)藏。首先,通過(guò)對(duì)葉柵安裝角異常進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn) ,攻角 0葉柵安裝 角異常角度大于零時(shí) , 隨著異常角度的增大在吸力面出現(xiàn)附面層別離 , 別離渦脫 落頻率隨著安裝角異常角度的增大而增大 , 尾緣渦脫落頻率隨著安裝角異常角度 的增大而減小 ; 氣動(dòng)力脈動(dòng)量隨著安裝角異常角度的增大先增大而后減小。安裝 角異常角度小于零時(shí)氣動(dòng)力相對(duì)脈動(dòng)量隨著安裝角異常角度的增大而迅速增大 然后迅速減小。異常的葉柵安裝角角度對(duì)應(yīng)較大正攻角時(shí)附面層別離嚴(yán)重 , 別離渦脫落頻率 較低, 葉片氣動(dòng)力相對(duì)脈動(dòng)量很大 ;

4、對(duì)應(yīng)較大負(fù)攻角時(shí)附面層別離較小 ,葉片氣動(dòng) 力脈動(dòng)量較小。安裝角異常時(shí) , 受不同葉片別離渦和尾緣脫落渦的影響 ,導(dǎo)致葉片 氣動(dòng)力周期性均不明顯。然后,針對(duì)一級(jí)半壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉某個(gè)安裝角異常進(jìn)行研究 , 進(jìn)口導(dǎo)葉安裝 角異常角度較小時(shí) ,對(duì)壓氣機(jī)的流場(chǎng)性能影響較小 ; 進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角異常角度較 大時(shí), 效率和增壓比均明顯下降。通過(guò)對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角異常不同角度近失速點(diǎn) 進(jìn)行分析 ,研究發(fā)現(xiàn), 進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角異常對(duì)對(duì)應(yīng)的下游轉(zhuǎn)子葉根和靜子葉根的 流場(chǎng)影響較大 , 轉(zhuǎn)子和靜子尾部附面層均明顯增厚 ,帶來(lái)較大的能量損失。其次, 針對(duì)變彎度葉柵不同彎度和不同彎度位置時(shí)進(jìn)行數(shù)值模擬分析 , 研究 發(fā)現(xiàn),

5、與固定彎度葉柵相比 , 變彎度葉柵能夠降低葉柵損失 , 特別是較大氣流轉(zhuǎn)折 角時(shí), 能夠保證滿足氣流轉(zhuǎn)折角的同時(shí)大幅度降低葉柵損失。隨著彎度位置從前 緣向后緣移動(dòng) , 氣流轉(zhuǎn)折角逐漸變小 , 即彎度調(diào)節(jié)位置越接近前緣 , 對(duì)出口氣流的 調(diào)節(jié)能力越強(qiáng) ; 流場(chǎng)參數(shù)在彎度調(diào)節(jié)位置出現(xiàn)一定的突躍 , 但對(duì)損失系數(shù)影響較 小;綜合考慮該葉柵性能和強(qiáng)度 , 把彎度調(diào)節(jié)位置選擇在約距前緣 25%弦長(zhǎng)位置 處是較好的選擇。最后, 對(duì)變彎度一級(jí)半壓氣機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行數(shù)值分析 , 當(dāng)進(jìn) 口導(dǎo)葉正彎時(shí)總增壓比擬低 ,穩(wěn)定裕度較小 ;進(jìn)口導(dǎo)葉負(fù)彎時(shí) , 隨著負(fù)彎度的增大 總增壓比增大 , 曲線右移 , 導(dǎo)葉