小型耐高温轴流风机常用解决方案「多图」

通过对小型耐高温轴流风机设计参数和S2设计参数的多次迭代，得到了一个接近设计要求的初步三维设计方案。从表2可以看出，初步设计方案的气动参数与一维设计结果吻合较好。风机设计过程中一维参数的设计精度足以支持设计工作的进一步发展。表2显示了一维设计结果和初步设计的平均质量参数。由表2可以看出，单级风机平均半径处的负荷系数约为1.0，甚至高于普通航空发动机压气机的负荷系数。其中动叶面积198万片，集热器、导叶面积和扩压管网格数分别为30万片、26万片和32万片。同时，单级风机的反应性略大于0.5，平均负荷分布在静、动叶片上，使小型耐高温轴流风机叶片展开中部的弯曲角度达到40度以上，扩压系数达到0.5以上。从出版的文献中不难找到。考虑到轴流风机制造成本的限制，扩压系数接近0.6，基本达到了无主动流量控制技术的亚音速轴流风机的设计极限。然而，在小型耐高温轴流风机设计结果与设计目标的压力比与效率之间仍存在一定的差距，需要进一步的详细设计来弥补。由于本文设计的单级风机的负荷比设计中采用的经验公式高，因此有必要对每排叶片的稠度和展弦比进行调整。初步设计方案如图所示。6和7，以及表3所示的气动性能，其中载荷系数由叶尖的切线速度定义。

在小型耐高温轴流风机机械中，为了防止旋转叶片和固定壳体之间的摩擦，叶片顶部和壳体之间必须有一定的间隙。由于叶尖间隙的存在，不可避免地会发生泄漏流。泄漏流与主流相互作用形成的泄漏涡将影响涡轮机械的内部流场和气动性能，尤其是效率、小型耐高温轴流风机噪声和稳定的工作范围。因此，通过改变叶顶间隙形状，对叶顶泄漏流进行综合分析，提高涡轮机械的气动性能具有重要的现实意义和工程参考价值。在确定优化目标时，综合考虑了设计点的性能和非设计条件，小型耐高温轴流风机对有效范围内的剖面性能进行了研究。目前，对叶尖间隙进行了一系列的实验和数值模拟研究，主要集中在叶尖和壳体两个方面。对于叶片顶部，Young等人[4]采用实验方法研究了单槽、双槽和上斜面对涡轮性能的影响。在此基础上，模拟了小型耐高温轴流风机、类型和位置对轴流风机性能的影响，指出在设计流量下，叶顶双槽结构具有较佳的气动性能，风机效率提高了1.05个百分点。对多级压缩机表明，叶根倒角还可以减小角区的失速，提高工作范围。小型耐高温轴流风机带肩端间隙涡轮的研究表明，压力侧和吸入侧后缘槽都可以略微增大叶片顶面传热系数，但吸入侧后缘槽可以减小间隙的泄漏损失。

小型耐高温轴流风机四种不同结构尺寸的半圆形轴缝。模拟和试验结果表明，轴向缝处理技术不仅能达到稳定膨胀效果，而且能在设计速度下提率和压力比。套管壁环对简单小型耐高温轴流风机性能的影响。结果表明，环形结构能有效地削弱叶顶间隙涡，甚至***其产生，有效地提高了风机的总压和效率。全冠、部分冠和加强型部分冠对小型耐高温轴流风机气动性能的影响。从出口段附面层的边界形状可以看出，复合三维叶片试图使叶片的径向附面层均匀化，消除了叶片角部区域的低能流体积聚，对提高叶片边缘起到了明显的作用。结果表明，部分冠形能削弱泄漏流和二次流的强度，与全冠形相比，部分冠形的效率提高了0.6%。Satish Koyyalamudi和Nagpurwala[17]对离心式压缩机的导叶进行了处理。结果表明，改进后的压气机峰值效率降低了0.8%~1%，失速裕度提高了18%，阻塞流量提高了9.5%。叶顶间隙形态的研究主要集中在离心式、轴流式压缩机和涡轮上，而叶顶间隙形态对轴流风机特别是动叶可调轴流风机性能影响的研究相对较少。考虑到优化叶顶间隙形状可以有效地提高风机的性能，对OB-84动叶可调轴流风机在均匀间隙、逐渐收缩和逐渐膨胀等六种非均匀间隙下的性能进行了三维数值模拟。比较了不同叶尖间隙形状下的内部流动特性、总压分布和叶轮作用力，分析了渐缩型和渐扩型。间隙对风机性能影响的内在机理。