篦齿封严流动及其对压气机静子性能的影响.pdf

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1、第39卷第6期2013年12月航空发动机AeroengineV01．39No．6Dec．2013篦齿封严流动及其对压气机静子性能的影响孟德君1，邢雷2，李坚1(I．沈阳发动机设计研究所，沈阳110015；2．驻沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司军事代表室，沈阳110043)孟德君(1979)，男，硕士，高级工程师，从事风扇，压气机气动设计工作。基金项目：燃气轮机工程研究项目资助收稿Et期：2013—01—27摘要：为研究工程上广泛采用的3平齿型篦齿封严泄漏流动，以1台多级压气机第3级静子为例，利用数值模拟技术进行了计算分析。结果表明：篦齿封严间隙与泄漏流量成线性正比关系，但对静

2、子流通能力和总压损失等的影响不是线性的；篦齿封严泄漏导致静子端壁区流动产生角区分离，并催生强的二次流动，是静子封严泄漏能够影响主流大范围流动的内在机制。为此提出将篦齿封严间隙控制在1茗叶高左右的建议，以将篦齿封严泄漏对压气机静子的影响控制在可接受的范围之内。关键词：篦齿封严间隙；压气机静子；性能；流场；数值模拟InfluenceofShroudedStatorCavityFlowonCompressorStatorPerformanceMENGDe-junl，XINGLei2，LIJianl(1．AVICShenyangEngineDesignandResearchInstitut

3、e，Shengyang110015，China；2．CustomerRepresentaitiveinSLEMC，Shenyang110043，China)Abstract：Inordertoinvestigatetheapplicationofthreefiatseal-teethconfigurationinengineering，thecalculationanalysiswasperformedbynumericalsimulationsonthebasisofthethirdstatorofamulti-stagecompressor．Theresultsshowthat

4、theleakageflowandthesealclearance／spanislinearlyproportionalrelationship，butallofthestatorflowcapacityandtotalpressurelossandothereffectsthatarenotlinear；,theleakageflowleadstocomerseparationandstrongsecondaryflowinthestatorendwall．itistheflowmechanisminsidethatthemainflowareinfluencedbythelea

5、kageflow．Sowerecommendthatthesealclearance／spanmustbecontrolledlessthan1％bladespantocontroltheinfluenceofleakageflow．Keywords：shroudedstatorseal-toothclearance；compressorstator；performance；flowfield；numericalsimulationO引言采用航空发动机风扇／压气机静子内环可以有效地抑制悬臂静子径向间隙产生泄漏流，但由于静子内环与转子鼓筒之间依然存在径向间隙，为进一步抑制该间隙处的泄

6、漏，工程上常采用篦齿封严的措施。静子篦齿封严内部的流动非常复杂，而且还会与静子通道内的主流发生强相互作用。封严性能的退化及其导致的发动机结构故障和事故时有发生，从发动机的燃油消耗率、推重比、工作可靠性、持久性等方而考虑，先进的封严技术已成为1项关键的因素【lI，N．J．Heideggerl2研究发现气流经过封严腔后切向速度增大和总温升高，而且在间隙处不仅有流体流出而且有主流摄人到封严间隙；Wellborn等刚在美国刘易斯研究中心发现，带冠静子的叶根(本文所述叶根均指接近轮毂处)泄漏可影响下游叶排全叶高的流动，篦齿封严间隙增加1％，压升下降3％，效率下降1个百分点，其影响程度与压气机

7、转子叶尖间隙的影响程度相当；Wellborn等圈在2001年对静子封严腔内的流动结构和流动机制开展了更为详细的研究，并建立了1维计算模型；Longley等16J在2000年开展了间隙泄漏流与主流相互作用的试验与计算研究。国内也逐渐认识到篦齿封严对压气机性能的影响，开展了一些基础性研究州01，但是对工程应用研究相对较少。为了研究工程上广泛采用的3平齿型篦齿封严泄漏流动，考虑到在多级压气机中中间级的负荷水平最高，本文以某高压压气机中负荷较大、叶片高度适中(间隙与叶高比值适