[發明專利]一種扇形葉柵試驗器及改變扇形葉柵進氣角的方法

有效

• 申請號: 201911102757.0
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN111075513B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 彭大維;李國文;李佳石;李孟隆;李承駿;張碩
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 甄玉荃

本發明涉及一種扇形葉柵試驗器及改變扇形葉柵進氣角的方法，主要應用于渦輪機氣動試驗技術領域。該試驗器至少包括一個扇形葉柵和實驗段，所述扇形葉柵包含扇形盤和安裝在扇形盤上的葉片；所述實驗段為內表面連續、光滑無褶皺的流道。實驗段至少上曲板或下曲板包含積木單元，積木單元相互拼接。該方法可方便改變扇形葉柵氣流入口角又可保障氣流品質。本發明由積木單元拼接出的流道可給下游的扇形葉柵提供不同的進氣角。并能以很小的分度角靈活地調整，降低了制造多個過渡段的材料、工藝成本，縮短了實驗準備時間，會拓展扇形葉柵的用途。

技術領域

本發明涉及一種扇形葉柵試驗器及改變扇形葉柵進氣角的方法，主要應用于渦輪機氣動試驗技術領域。

背景技術

扇形葉柵入口前，一般有收縮段(收斂段)及過渡段兩部分。收縮段(收斂段)先將圓管流道收縮成扇形。過渡段則由扇形收縮到更小的扇形，并且會預備多個?！逗蠹虞d葉柵氣動特性的環形葉柵實驗研究與數值模擬》一文揭示：“為了適用于不同的葉柵或不同實驗進口氣流角、不同的實驗葉柵高度等，收斂器應先收斂至一個較大的出口，在此基礎上由過渡段收斂至葉柵進口。這樣每做一個實驗只需更換一個過渡段?！边@種裝置可供的進氣角不多。反之，裝置若提供很多的進氣角，則要做大量的過渡段。存在著成本高、占地面積大的不足。

扇形葉柵比平面葉柵更接近發動機實物，制約其應用的關鍵因素就是改變進口氣流角就要更換過渡段，而平面葉柵的優勢是只要偏轉安放葉柵的轉盤，可以無級地改變進口氣流角，所以一些本該在扇形葉柵做的實驗在平面葉柵上做。

2015年美國機械工程師學會渦輪博覽會論文集：渦輪技術會議和展覽會，一篇文章(DOI：10.1115/GT2015-42999)展示了在平面葉柵上游，用移動的一圈小板來模擬靜葉相對動葉旋轉，制造周期性擾動的方法，其運動速度只為每秒一米。航空發動機轉速超過到每分鐘1萬轉，實驗模擬靜葉后尾跡的頻率要達到發動機真實水平，小板必須以極高的速度直線運動，技術可行性較差。相對平面葉柵，在環形葉柵或扇形葉柵上游，用旋轉的盤模擬動靜葉盤相對運動，擾動的頻率可以更高，更接近于實際工況。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足而提供一種扇形葉柵試驗器，該試驗器至少包括一個扇形葉柵和實驗段。所述扇形葉柵包含扇形盤和安裝在扇形盤上的葉片；實驗段為內表面連續、光滑無褶皺的流道。

所述實驗段包括上曲板、下曲板和兩個側邊，上曲板內表面為上曲面，下曲板內表面為下曲面。實驗段必須能靈活地與扇形葉柵或模擬靜子盤(與扇形盤同軸)銜接，與其接壤的實驗段流道內表面應光滑連續的，即與扇形盤銜接的邊界截面上，上曲板內表面的截線與扇形葉柵通道對應截線吻合，下曲板內表面的截線與扇形葉柵氣體通道對應截線吻合，不能有明顯的臺階和褶皺。

扇形葉柵相對實驗段軸線可在一定角度范圍內偏轉，以便與氣流形成不同的夾角，為此，實驗段至少上曲板或下曲板包含積木單元，積木單元相互拼接。

進一步地，積木單元包含斜積木塊，斜積木塊包括進口面、出口面與流道軸線夾角固定的以及夾角可變的單元，上述單元拼接出的流道末端，即流道的出口邊，可與各種進氣角的“扇形葉柵”銜接并密封。

進一步地，斜積木塊的進口面、出口面與流道軸線夾角固定的，有定位面，在輔助壓板的作用下，保持設計狀態，入口面、出口面與流道軸線成特定角度。每個斜積木塊只能與特定出口面的上游單元銜接，與特定入口面的下游單元銜接。

進一步地，上述斜積木塊的進口面、出口面與流道軸線夾角可變，通過削邊，使其能與多個角度入口面下游件，與多個角度出口面的上游部件銜接密封。

所述上曲板內表面與左右兩個側邊的內表面交線為直線，下曲板內表面與左右兩個側邊的內表面交線為直線；

所述上曲板內表面與左右側邊的交點的兩條連線在一個平面上；

所述下曲板與左右側邊的交點的兩條連線在一個平面上；