[发明专利]1.5级跨音速轴流压气机试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高转速的跨音速轴流压气机的试验机，特别是1.5级跨音速轴流压气机试验装置。

背景技术

压气机是燃机的重要组成部件之一，对燃机的性能具有重要的影响。压气机的跨音级设计主要用于民航发动机的第一级或者用于军用发动机的前几级。压气机跨音级的滞止压比一般在1.2—2.2左右，其中民用接近1.2，军用接近2.2。而压气机跨音级的设计水平又很大程度地影响了压气机的性能，所以研究压气机跨音速级，无论对于设计新一代压气机，还是改进现有压气机都是非常必要的。

现今，国内为了对引进的F级燃机进行消化吸收，需要通过实验来提供跨音压气机流场的详细数据，而国内在此之前还没有这方面的试验台。

为了突破先进压气机核心技术的壁垒，在国家973项目的支持下建立该1.5级跨音速压气机试验台，对压气机跨音级性能及内部流场进行深入研究，为F级燃机的消化吸收提供详细的实验数据。

现有压气机试验台主要用于低马赫数，低转速的民用压气机的内部流场的观测。对于高马赫数、高转速的跨音速压气机试验装置，不论从结构、强度、材料、气动、振动及转子动力学等方面都比一般的低马赫数、低转速方案有更高的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种为填补对高转速轴流压气机跨音速级的试验研究空白，可以很好的解决对压气机跨音级性能及内部流场进行深入研究，为F级燃机的消化吸收提供详细的实验数据的1.5级跨音速轴流压气机试验装置。

为了达到上述目的，本发明所设计的1.5级跨音速轴流压气机试验装置，包括压气机、高速膜盘联轴器、齿轮箱、低速端联轴器、电机和公共底盘，其特征是所述的电机通过低速端联轴器与齿轮箱传动连接，齿轮箱再通过高速膜盘联轴器与压气机传动连接，所述的压气机由按空气的流向依次设有进气道、转子、通流部分、出气道，所述的出气道是设有可开闭的圆孔，在转子设有润滑系统，且转子通过轴承系统支撑。压气机工作时，空气从进气道进入通流部分，再通过出气道排入大气；高速膜盘联轴器具有良好的补偿能力，以满足轴系的要求。转子由轴承系统支撑并由润滑系统润滑冷却；为了得到跨音速流动过程中的试验样机参数，测量系统合理布置；电机将电能转化为机械能通过轴系由动叶传递给空气，并进而转换成空气的压力能以满足不同的需要。

通流部分按空气的流向依次包括进口导叶、动叶和静叶，且前后通过两组支撑筋支撑，所述的转子与动叶传动连接，所述的动叶为燕尾型叶根。所述的支撑筋为一组八片，并且为NACA叶型结构。

所述的润滑系统与齿轮箱共用一套油路系统。

所述的密封系统由多重齿式密封环组成，多重齿式密封环主要包括油封环、气封环一和气封环二。

所述转子的进气侧开有动平衡的配重螺孔。

所述的轴承系统由两个支撑轴承和一个推力轴承组成，其中支持轴承采用大刚度、大阻尼轴承。

所述的测量系统包括静压、总压、温度、以及动叶叶顶压力分布和动叶叶顶PIV测量装置，其中所述的测孔设置在以下位置：前支撑前、后支撑后、前支撑与进口导叶之间、静叶与出口导叶之间、出口导叶与后支撑之间、动叶之后、动叶叶顶及动叶顶部的PIV测孔。测量孔暂不使用时采用测孔堵头进行封闭。

本发明提供的1.5级跨音速轴流压气机试验装置，其有益效果是：压气机单级压比达1.3意味着叶片气流流动速度大大加快，叶顶气流速度达到音速以上，马赫数在1.2左右。而叶片根部的气流在亚音速区，这使得轴流压气机的通流设计和结构设计制造难度大大增加。动叶采用的燕尾型叶根，材料采用10705BY以满足气动和强度的要求。因为激波的存在，使得气流对结构的敏感性提高，在一定的动叶叶顶线速度下该样机转子使用了高转速方案，所以样机的结构相对非常紧凑。

上述的轴承系统、润滑系统及膜盘联轴器的有效设计同样使得该机在跨音速运行中保持稳定。

圆孔用作防止压气机喘振，喘振发生时迅速打开圆孔，接通大气以增加压气机流量。

测量系统中的级前后及中间的总压、总温、静压、叶片表面表面载荷、动叶叶顶压力分布和动叶叶顶PIV测孔的布置。结合CFD的数值模拟能相互校核试验压气机的测量数据。以更准确的测量出跨音速级的整体性能和内部流场流动情况。

从工厂试车及现场运行的情况看，该发明的各项设计能满足测量跨音速压气机各项指标的要求。