[發明專利]一種葉頂噴氣試驗裝置

在審

• 申請號: 201310608066.4
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104677638A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 牛茂升;李為;趙輝;鐘琮偉;王建德
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01M9/02;G01M9/06
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 馮和純

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技術領域

本發明涉及船用燃氣輪機性能領域，特別涉及一種通過主動控制方法降低燃氣輪機內部間隙流動損失從而提高燃氣輪機效率及整體輸出功率的試驗裝置。

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背景技術

燃氣輪機是21世紀大功率艦船的核心動力設備，其發展水平可以體現出一個國家船舶工業的先進程度，因此需要對其進行大力發展。而流道內部流動損失則是制約燃氣輪機效率的主要因素之一，因此眾多研究機構將其作為他們的課題研究重心。

間隙流動損失是動葉內部流動損失的重要組成部分之一。高壓渦輪中，動葉45%流動損失，渦輪級中30%流動損失都是由間隙流動引起的。研究證明，間隙流動使得葉頂傳熱系數上升約200％。

由于間隙流動對渦輪性能有較大的影響，因此必須采取措施來削弱間隙流動。其中一種有效的減弱間隙流動的方法就是葉頂噴氣。Pougare于1986年首次對葉頂噴氣進行了初步簡單的研究。研究結果顯示，葉頂噴氣可以有效的減弱間隙流動及間隙渦的出現。

目前研究認為，葉頂噴氣對間隙流動的作用主要表現在以下三個方面：(1)?葉頂噴氣對間隙流動起到阻塞作用，降低間隙流動損失；(2)?噴氣孔下游間隙入口速度降低，間隙流動與主流的摻混作用減弱；(3)?間隙內噴氣孔附近熵增減小。

但目前國內針對間隙流動的葉頂噴氣控制研究尚停留在數值模擬階段，尚無相應的試驗裝置對葉頂噴氣方案進行研究。

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發明內容

本發明旨在提供一種可行的葉頂噴氣試驗裝置，通過該裝置對葉頂噴氣方案對控制間隙流動損失的實際效果進行試驗研究，從而可以較好地驗證葉頂噴氣方案是否具備工業實際推廣價值。

為了實現目的，本發明是通過以下的技術方案實現的，一種葉頂噴氣試驗裝置，包括亞音速渦輪平面葉柵風洞，所述風洞包括風機，穩壓筒，蜂窩器，收斂器，進口段，活動側板，試驗葉柵和可轉動的半圓盤；氣流經風機加壓后進入所述穩壓筒，經過蜂窩器，氣流被均化、整直；然后經過收斂器，進口段和活動側板，進入試驗葉柵，所述葉柵由試驗葉片組成，所述葉柵塊嵌裝在所述半圓盤上，當圓盤轉動時可以調節葉柵入口的沖角；該試驗裝置還包括用于制作葉片頂部的薄片，所述薄皮與所述試驗葉片固定并與其位置完全重合；所述葉片與所述半圓盤之間存在間隙高度；該試驗裝置還包括葉頂噴氣孔，其在距所述葉片前緣一段距離的弦長范圍內分布可調節；所述噴氣孔在所述葉片厚度方向上的分布可調節；所述噴氣孔切向噴氣角度可調節；所述噴氣孔流向噴氣角度可調節；所述噴氣孔噴氣流量可調節；所述試驗葉片表面分布有靜壓孔；所述葉柵出口截面分布有測試點。

進一步，該試驗裝置的還包括三孔探針，設置于相隔所述葉片前緣一段距離的位置和相隔所述葉片尾緣的位置，用于獲得氣流來流的總壓、靜壓和方向角度的數據；電控平移臺，實現位移自動化及實驗數據逐點采集；恒溫式熱線風速儀，用于測量氣流二維流動的兩個速度分量；數字多通道壓力掃描閥，用于測量所述葉片表面靜壓，葉柵出口截面總壓；空氣壓縮機，用于提供葉頂噴氣所需的高壓氣體；質量流量計，用于測量葉頂噴氣流量。

進一步，所述試驗葉片采用了軸流燃氣輪機高壓渦輪動葉葉片，取其50%葉高截面葉型作為試驗葉型。

本發明的優點在于，其提出的葉頂噴氣試驗裝置可以較好地測量葉頂噴氣后葉片通道內二次流分布的變化情況，并借助于葉片表面靜壓分布變化，從而方便地研究間隙流動受葉頂噴氣的影響。同時，借助于調整噴氣位置、噴氣角度、噴氣量等參數，可以輕松得出一個最佳的噴氣方案，并驗證該方案在實際葉片的沖角范圍內的性能表現。通過以上研究，可以較好地驗證葉頂噴氣方案是否具備工業實際推廣價值。

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附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1?是渦輪平面葉柵風洞示意圖；

圖2?葉柵測量流道及進出口測量截面分布示意圖；

圖3渦輪葉片葉型圖；

圖4葉頂噴氣結構示意圖；

圖5?渦輪葉片表面靜壓孔位置分布示意圖；

圖6出口截面測點分布示意圖；

圖7部分試驗裝置實物圖；

圖8?主要試驗方案圖；

圖9不同沖角工況下，間隙流量、出口截面總壓損失分布圖；

圖1中，?1是穩壓筒1，2是經過蜂窩器2，3和4是收斂器3，4，5是進口段、6是活動側板，8是試驗葉柵，7是半圓盤。

附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。