一种弦长可调的轴流压气机跨音级静叶的制作方法

1.本实用新型涉及压气机领域，特别是涉及一种弦长可调的轴流压气机跨音级静叶。


背景技术：

2.随着压气机向高压比、大流量、宽工作范围的方向发展，扩大叶片安全运行的冲角范围、降低叶片损失、提高叶片出口气流均匀度变得尤为重要。冲角变化较大会导致叶片内部流动失速，压气机效率骤降；接近极端工况时落后角变化较大，导致压气机出口气流偏离轴向，在下游会带来更大的损失。
3.轴流压气机静叶主要起到调节气流方向及增压的作用。对于压气机静叶的调节，现在的思路主要是调节压气机静叶的角度，通过在启停压气机的过程中调控静叶的角度来防止压气机发生喘振。由于叶型角度可旋转的需要，叶型段之间不可避免的会有间隙，而且随着旋转角度的加大，叶型型面曲率在旋转轴处变化较大，不利于叶型表面边界层的发展。影响压气机叶片气动性能的因素除了叶片进气角以外还有弦长，弦长改变意味着叶片扩压因子的改变，特别是对于跨音级叶片来说，合适的弦长调整能够有效降低叶片表面激波损失。
4.但是，现有轴流压气机静叶的弦长都是固定的、不可调的。比如：授权公告号为 cn205858782u的中国实用新型公开了一种高效等宽的轴流风机叶型，但其襟翼与主叶片固定连接，导致叶片弦长不能随变工况灵活调节。再比如：授权公告号为cn102996328b的发明专利公开了一种风机转子叶片的延伸件，但其延伸件通过粘接层粘接到转子叶片，导致叶片弦长不能随变工况灵活调节。又比如：授权公告号为cn203770214u的中国实用新型公开了一种带襟翼的大型轴流风机叶轮，但其襟翼内端与轮毂之间固定连接，导致叶片弦长也不能随变工况灵活调节。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种弦长可调的轴流压气机跨音级静叶，能减少激波损失及落后角，在变工况下能提高喘振裕度。
6.为实现上述目的，本实用新型提供一种弦长可调的轴流压气机跨音级静叶，包括叶片本体和叶片可移动段，所述叶片本体中开设有滑槽，所述滑槽的外端延伸至叶片本体的尾端，所述叶片可移动段沿滑槽的延伸方向可移动地安装在叶片本体的滑槽中；
7.当所述叶片可移动段位于初始位置时，所述叶片可移动段的尾端与叶片本体的尾端衔接、且两者共同构成轴流压气机跨音级静叶的尾缘，所述轴流压气机跨音级静叶具有最小弦长。
8.进一步地，所述叶片可移动段为一块平板。
9.进一步地，所述叶片可移动段的厚度为轴流压气机跨音级静叶的尾缘的厚度。
10.进一步地，所述叶片可移动段的尾端端面为圆弧端面；当所述叶片可移动段位于
初始位置时，所述叶片可移动段尾端的圆弧端面的一端与叶片本体的吸力面的尾端相切，所述叶片可移动段尾端的圆弧端面的另一端与叶片本体的压力面的尾端相切。
11.优选地，所述叶片本体的吸力面的尾段部分、以及压力面的尾段部分都近似为直线段。
12.进一步地，所述轴流压气机跨音级静叶还包括控制系统和执行机构，所述执行机构包括调节驱动源和传动组件，所述调节驱动源通过传动组件与叶片可移动段相连，所述调节驱动源与控制系统通讯连接。
13.进一步地，所述轴流压气机跨音级静叶还包括两根滑轨，两根滑轨分别布置在压气机气缸的上端壁和下端壁内，两根滑轨沿垂直于叶片可移动段移动方向的方向分布在叶片可移动段的上下两端，所述叶片可移动段的上下两端卡接在滑轨中、两者滑动配合。
14.优选地，所述滑槽沿叶片本体的轴向平直延伸。
15.进一步地，所述叶片可移动段从滑槽中伸出的最大长度为叶片可移动段长度的一半。
16.如上所述，本实用新型涉及的弦长可调的轴流压气机跨音级静叶，具有以下有益效果：
17.本技术中，叶片可移动段在叶片本体的滑槽中可移动，通过调节叶片可移动段从滑槽中的伸出长度来调节轴流压气机跨音级静叶的弦长，使得静叶弦长能随变工况灵活调节，由此降低设计工况下的激波损失及落后角，并提高变工况下的喘振裕度。通过布置两根相平行的滑轨，使叶片可移动段的上下两端滑动配合地卡接在滑轨中，能够保证静叶无论是平行流道还是非平行流道，几乎没有气流泄漏。
附图说明
18.图1为本技术中轴流压气机跨音级静叶在叶片可移动段位于初始位置时的结构示意图。
19.图2和图3为本技术中轴流压气机跨音级静叶在叶片可移动段伸出最大长度时的结构示意图。
20.图4为本技术中轴流压气机跨音级静叶在叶片可移动段位于初始位置时的流道示意图。
21.图5为本技术中轴流压气机跨音级静叶在叶片可移动段伸出最大长度时的流道示意图。
22.图6为本技术中轴流压气机跨音级静叶的叶片可移动段伸出至20％弦长前后、设计点 10％叶高截面叶型表面等熵马赫数的对比示意图。
23.图7为本技术中轴流压气机跨音级静叶的叶片可移动段伸出至20％弦长前后、设计点不同叶高出口角分布的对比示意图。
24.图8为本技术中轴流压气机跨音级静叶的叶片可移动段伸出至20％弦长前后、设计点不同叶高总压损失的对比示意图。
25.元件标号说明
26.10
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叶片本体
27.11
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滑槽
28.12
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吸力面
29.13
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压力面
30.20
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叶片可移动段
31.21
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圆弧端面
32.30
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尾缘
33.40
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控制系统
34.50
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执行机构
35.60
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滑轨
36.70
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上端壁
37.80
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下端壁
38.90
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前缘
具体实施方式
39.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
40.须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
41.本技术提供一种弦长可调的轴流压气机跨音级静叶，用于压气机。下述实施例中，将轴流压气机跨音级静叶简称为静叶。
42.如图1至图3所示，本技术涉及的静叶包括叶片本体10和叶片可移动段20，叶片本体 10中开设有滑槽11，滑槽11的外端延伸至叶片本体10的尾端，叶片可移动段20沿滑槽11 的延伸方向可移动地安装在叶片本体10的滑槽11中，叶片可移动段20能够从滑槽11中伸出、且伸出长度可调。特别地，当叶片可移动段20位于初始位置时，如图1所示，叶片可移动段20的尾端与叶片本体10的尾端衔接、且两者共同构成轴流压气机跨音级静叶的尾缘30，使得叶片本体10在滑槽11的尾端处不具有空槽，此时，轴流压气机跨音级静叶具有最小弦长，叶片可移动段20的初始位置位于叶片本体10的腹部。
43.上述静叶中，叶片可移动段20在叶片本体10的滑槽11中可移动，设计点时，如图1和图4所示，叶片可移动段20位于初始位置，此时，叶片可移动段20完全位于叶片本体10的腹部，轴流压气机跨音级静叶具有最小弦长。非设计点时，使叶片可移动段20在叶片本体 10的滑槽11中移动，根据系统工况调节叶片可移动段20从滑槽11中的伸出长度，由此调节静叶的弦长；比如：使叶片可移动段20从滑槽11中伸出最大长度，如图2、图3和图5 所示，此时，轴流压气机跨音级静叶具有最大弦长。因此，本技术通过设置可移动、且伸出长度可调的叶片可移动段20，使得轴流压气机跨音级静叶的弦长能随变工况灵活调节，改变静叶的稠度，由此降低设计工况下的激波损失及落后角，并提高变工况下的喘振裕度，有效改善变
工况性能。
44.进一步地，如图4和图5所示，轴流压气机跨音级静叶还包括控制系统40和执行机构 50，执行机构50包括调节驱动源和传动组件，调节驱动源通过传动组件与叶片可移动段20 相连，调节驱动源与控制系统40通讯连接；控制系统40根据工况向调节驱动源发送指令，调节驱动源通过传动组件驱动叶片可移动段20平移，通过控制系统40控制执行机构50来控制叶片可移动段20的伸出距离，进而调控静叶的弦长，实现设计点时叶片可移动段20完全位于叶片本体10的腹部、以及非设计点时根据系统信号平移叶片可移动段20。优选地，控制系统40为燃气轮机控制系统，调节驱动源为电机。
45.进一步地，如图4和图5所示，轴流压气机跨音级静叶还包括两根相平行的滑轨60，两根滑轨60分别布置在压气机气缸的上端壁70和下端壁80内，每根滑轨60都沿叶片可移动段20的平移方向平直延伸，两根滑轨60沿垂直于叶片可移动段20移动方向的方向分布在叶片可移动段20的上下两端，叶片可移动段20的上下两端卡接在滑轨60中、两者滑动配合，两根滑轨60之间的距离等于叶片可移动段20的高度。叶片可移动段20由执行机构50驱动、并沿滑轨60平移，能够保证静叶无论是平行流道还是非平行流道，几乎没有气流泄漏。
46.进一步地，如图1至图3所示，叶片可移动段20为一块平板；叶片可移动段20的厚度为轴流压气机跨音级静叶的尾缘30的厚度。特别地，叶片可移动段20的尾端端面为圆弧端面21；当叶片可移动段20位于初始位置时，如图1所示，叶片可移动段20尾端的圆弧端面 21的上端与叶片本体10的吸力面12的尾端相切，叶片可移动段20尾端的圆弧端面21的下端与叶片本体10的压力面13的尾端相切，由此实现叶片可移动段20的尾端与叶片本体10 的尾端之间的衔接。并且，叶片本体10的吸力面12的尾段部分、以及压力面13的尾段部分都为近似直线段，即叶片本体10的吸力面12靠近静叶尾缘30部分的型线、以及叶片本体 10的压力面13靠近静叶尾缘30部分的型线都近似于直线，而叶片可移动段20伸出于叶片本体10的部分为平面，故叶片可移动段20伸出后吸力面12转折处曲率变化不至于过大，如图3所示。
47.优选地，如图1至图3所示，滑槽11沿叶片本体10的轴向平直延伸，叶片本体10的轴向即为静叶的轴向，也即为静叶前缘90面向尾缘30的方向，故叶片可移动段20的伸出路径为静叶轴向；并且，叶片可移动段20从滑槽11中伸出的最大长度为叶片可移动段20长度的一半，而叶片可移动段20的长度为轴流压气机跨音级静叶最小弦长的40％，则叶片可移动段 20从滑槽11中伸出的最大长度为轴流压气机跨音级静叶最小弦长的20％，如此能保证静叶的整体刚度。
48.进一步地，以叶片可移动段20不从滑槽11中伸出、静叶弦长最小时为原型，该原型即为现有弦长固定、不可调的静叶，以叶片可移动段20从滑槽11中伸出最大长度、静叶弦长最大时为优化叶型，该优化叶型即为本技术弦长可调的静叶，对原型和优化叶型进行数值模拟，如图6至图8所示。图6中曲线s1为原型在设计工况下10％叶高截面叶型表面等熵马赫数，图6中曲线s2为优化叶型在设计工况下10％叶高截面叶型表面等熵马赫数，由此可见，叶片可移动段20伸出后静叶根部冲角减小，静叶吸力面12上等熵马赫数峰值降低到1以下，有效降低激波损失。静叶尾缘30附近等熵马赫数包络面积变大，做功增加。图7中曲线x1 为原型设计点不同叶高出口角分布，图7中曲线x2为优化叶型设计点不同叶高出口角分布，由此可见，叶片可移动段20伸出后出口角减少了1
°
以上，故叶片可移动段20伸出后能有效减小静叶落后角，起到调节静叶出口角的作用。图8中曲线p1为原型设计点不同叶高总压损
失，图8中曲线p2为优化叶型设计点不同叶高总压损失，由此可见，叶片可移动段20伸出后不同叶高总压损失降低，对应图6。进一步地，本技术还计算了原型和优化叶型对应的压气机变工况性能，喘振裕度增加6％。
49.综上所述，本技术涉及的弦长可调的轴流压气机跨音级静叶，其叶片可移动段20沿轴向平移时几乎没有气流泄漏，通过静叶弦长的调节可以降低设计工况下的激波损失及落后角，改善变工况性能，提高喘振裕度。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
50.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。