[发明专利]基于相对运动概念的带可调附加叶片的压气机叶栅实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种压气机叶栅实验装置。

背景技术

压气机的功用是将气体压缩到特定的压力，可分为旋转式(或叶片式)和活塞式两类，而旋转式压气机又可分为轴流式和离心式。轴流式压气机是燃气轮机的重要组成部分，广泛应用于航空、地面、舰船和飞航导弹等领域，是重要的动力系统。叶片是压气机的主要部件，气体流过叶片组成的流道时受到叶片对其的作用力并获得机械能。压气机通流部分及叶片设计属于高科技范畴，对于采用可调附加叶片技术的新型压气机转子而言更是如此。从深入了解压气机转子叶栅中流动的物理过程或结构，探索气动损失、压力分布等气动参数与叶片基元级几何参数之间的相互关系等角度出发，实验研究工作是十分基本和必要的，仍是现有的理论分析和数值计算方法所无法替代的。对于压气机转子叶尖区域流动的实验研究模型一般有两种，其一是压气机动态实验台(见图1)，可真实的模拟转子叶尖间隙区域流动，但设备费用高，实验测量困难大，尤其是必须设计复杂的测量仪器随动系统才能测量到转子叶栅内部的流动结构；其二是带间隙的平面叶栅静态实验设备(见图2)，优点是设备成本低，易于实现对叶片通道内流场的详细测量，但由于模型流动与真实流动差异较大，实验结果直接应用价值不高。

发明内容

本发明的目的是为解决压气机动态实验台设备费用高，实验测量困难大，尤其是必须设计复杂的测量仪器随动系统才能测量到转子叶栅内部的流动结构的问题；平面叶栅静态实验台模型流动与真实流动差异较大，实验结果直接应用价值不高的问题，提供一种基于相对运动概念的带可调附加叶片的压气机叶栅实验装置。本发明由可往复运动的上端壁1、可往复运动的下端壁2、上固定端壁3、下固定端壁4、导向叶片5、可调附加叶片6和实验叶片7组成，可往复运动的上端壁1和可往复运动的下端壁2上下相互平行设置，导向叶片5固定在可往复运动的上端壁1和可往复运动的下端壁2之间，上固定端壁3和下固定端壁4上下相互平行设置，实验叶片7固定在上固定端壁3和下固定端壁4之间，上固定端壁3和下固定端壁4设置在可往复运动的上端壁1和可往复运动的下端壁2的一侧，可调附加叶片6设置在靠近下固定端壁4一侧的可往复运动的下端壁2的上侧。本发明可作为详细分析压气机转子叶片栅内部三维流动特性的简化模型，用来研究带可调附加叶片的新型压气机转子叶栅内部气流运动情况，探索提高这种压气机气动性能的途径。该实验系统使得基于平面叶栅的实验研究更接近于真实流动，还具有实验成本低廉、易于实现对叶片通道内部流场详细测量等优点。

附图说明

图1是现有技术压气机动态实验台的示意图，图2是现有技术平面叶栅静态实验设备的工作原理示意图，图3是本发明的结构示意图，图4～图7是本发明的工作原理示意图，图8和图9是轴向进气条件下真实压气机转子的速度三角形示意图，转子进口型对速度是扭曲的。

具体实施方式

具体实施方式一：(参见图3)本实施方式由可往复运动的上端壁1、可往复运动的下端壁2、上固定端壁3、下固定端壁4、导向叶片5、可调附加叶片6和实验叶片7组成，可往复运动的上端壁1和可往复运动的下端壁2上下相互平行设置，导向叶片5固定在可往复运动的上端壁1和可往复运动的下端壁2之间，上固定端壁3和下固定端壁4上下相互平行设置，实验叶片7固定在上固定端壁3和下固定端壁4之间，上固定端壁3和下固定端壁4设置在可往复运动的上端壁1和可往复运动的下端壁2的一侧，可调附加叶片6设置在靠近下固定端壁4一侧的可往复运动的下端壁2的上侧。

工作原理：一、采用静态平面叶栅进行实验模拟与真实压气机转子的差异主要体现在叶片与端壁之间无相对运动，从图8、图9所示的速度三角形可以看出，在真实压气机转子轴向进气条件下，从附面层到势流区进口气流绝对速度C逐渐增大，但方向始终不变且为轴向，相对速度W则为扭曲的；二、基于相对运动的思想，设计如图3所示的考虑动态影响的带可调附加叶片的压气机平面叶栅实验系统，令下端壁运动，且其上安装有导向叶片(用于实现使进口气流随端壁运动并满足转子进口气流方向)及可调附加叶片(整体式或局部式)，而安装在上端壁的转子叶片则不动，这样就依据相对运动概念较真实地模拟了带可调附加叶片的转子叶尖间隙流动；三、下端壁为往复运动形式，采用步进电机驱动，气动探针或热线风速仪等测量仪器安装于静止的上端壁，当往复运动方向为正向时，测量仪器采集数据，当往复运动方向为负向时，测量仪器中止工作，经多次往复运动可获得测量截面的详细气动参数分布，当然，由于转子静止没有离心力及平面叶栅是平直的端壁，与实际情况仍存在差异，不过在叶尖间隙流中，这两个因素比较次要。