[发明专利]一种叶顶喷气试验装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及船用燃气轮机性能领域，特别涉及一种通过主动控制方法降低燃气轮机内部间隙流动损失从而提高燃气轮机效率及整体输出功率的试验装置。

 

背景技术

燃气轮机是21世纪大功率舰船的核心动力设备，其发展水平可以体现出一个国家船舶工业的先进程度，因此需要对其进行大力发展。而流道内部流动损失则是制约燃气轮机效率的主要因素之一，因此众多研究机构将其作为他们的课题研究重心。

间隙流动损失是动叶内部流动损失的重要组成部分之一。高压涡轮中，动叶45%流动损失，涡轮级中30%流动损失都是由间隙流动引起的。研究证明，间隙流动使得叶顶传热系数上升约200％。

由于间隙流动对涡轮性能有较大的影响，因此必须采取措施来削弱间隙流动。其中一种有效的减弱间隙流动的方法就是叶顶喷气。Pougare于1986年首次对叶顶喷气进行了初步简单的研究。研究结果显示，叶顶喷气可以有效的减弱间隙流动及间隙涡的出现。

目前研究认为，叶顶喷气对间隙流动的作用主要表现在以下三个方面：(1) 叶顶喷气对间隙流动起到阻塞作用，降低间隙流动损失；(2) 喷气孔下游间隙入口速度降低，间隙流动与主流的掺混作用减弱；(3) 间隙内喷气孔附近熵增减小。

但目前国内针对间隙流动的叶顶喷气控制研究尚停留在数值模拟阶段，尚无相应的试验装置对叶顶喷气方案进行研究。

 

发明内容

本发明旨在提供一种可行的叶顶喷气试验装置，通过该装置对叶顶喷气方案对控制间隙流动损失的实际效果进行试验研究，从而可以较好地验证叶顶喷气方案是否具备工业实际推广价值。

为了实现目的，本发明是通过以下的技术方案实现的，一种叶顶喷气试验装置，包括亚音速涡轮平面叶栅风洞，所述风洞包括风机，稳压筒，蜂窝器，收敛器，进口段，活动侧板，试验叶栅和可转动的半圆盘；气流经风机加压后进入所述稳压筒，经过蜂窝器，气流被均化、整直；然后经过收敛器，进口段和活动侧板，进入试验叶栅，所述叶栅由试验叶片组成，所述叶栅块嵌装在所述半圆盘上，当圆盘转动时可以调节叶栅入口的冲角；该试验装置还包括用于制作叶片顶部的薄片，所述薄皮与所述试验叶片固定并与其位置完全重合；所述叶片与所述半圆盘之间存在间隙高度；该试验装置还包括叶顶喷气孔，其在距所述叶片前缘一段距离的弦长范围内分布可调节；所述喷气孔在所述叶片厚度方向上的分布可调节；所述喷气孔切向喷气角度可调节；所述喷气孔流向喷气角度可调节；所述喷气孔喷气流量可调节；所述试验叶片表面分布有静压孔；所述叶栅出口截面分布有测试点。

进一步，该试验装置的还包括三孔探针，设置于相隔所述叶片前缘一段距离的位置和相隔所述叶片尾缘的位置，用于获得气流来流的总压、静压和方向角度的数据；电控平移台，实现位移自动化及实验数据逐点采集；恒温式热线风速仪，用于测量气流二维流动的两个速度分量；数字多通道压力扫描阀，用于测量所述叶片表面静压，叶栅出口截面总压；空气压缩机，用于提供叶顶喷气所需的高压气体；质量流量计，用于测量叶顶喷气流量。

进一步，所述试验叶片采用了轴流燃气轮机高压涡轮动叶叶片，取其50%叶高截面叶型作为试验叶型。

本发明的优点在于，其提出的叶顶喷气试验装置可以较好地测量叶顶喷气后叶片通道内二次流分布的变化情况，并借助于叶片表面静压分布变化，从而方便地研究间隙流动受叶顶喷气的影响。同时，借助于调整喷气位置、喷气角度、喷气量等参数，可以轻松得出一个最佳的喷气方案，并验证该方案在实际叶片的冲角范围内的性能表现。通过以上研究，可以较好地验证叶顶喷气方案是否具备工业实际推广价值。

 

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1 是涡轮平面叶栅风洞示意图；

图2 叶栅测量流道及进出口测量截面分布示意图；

图3涡轮叶片叶型图；

图4叶顶喷气结构示意图；

图5 涡轮叶片表面静压孔位置分布示意图；

图6出口截面测点分布示意图；

图7部分试验装置实物图；

图8 主要试验方案图；

图9不同冲角工况下，间隙流量、出口截面总压损失分布图；

图1中， 1是稳压筒1，2是经过蜂窝器2，3和4是收敛器3，4，5是进口段、6是活动侧板，8是试验叶栅，7是半圆盘。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。