[发明专利]一种基元级前缘自带五个感压孔的手柄式涡轮叶片

说明书

本发明公开了一种基元级前缘自带五个感压孔的手柄式涡轮叶片，包含压力感受孔、引压通道、手柄、低损弯管、引压管接口；叶片前缘沿叶高方向有多排压力感受孔，每一排包含五个压力感受孔；引压通道分别连接压力感受孔孔口和引压管接口，弯曲处采用低损弯管。本发明能同时测得涡轮转子出口沿叶高方向、多个基元级位置、在来流方向与前缘夹角±120°范围内气流的总压、静压、偏转角和马赫数，适用于测量转子出口二维流场参数沿叶高方向的分布。本发明不仅具有常规涡轮叶片的气动性能和强度，重要的是具有测量流场参数的功能，而且相比于常规压力探针、叶型探针测量技术，本发明无外伸探头，不干扰被测流场，不影响叶片本身气动性能，测量参数精度高。

技术领域

本发明属于动力机械领域，涉及涡轮，具体涉及一种基元级前缘自带五个压力感受孔的手柄式涡轮叶片。

背景技术

涡轮静子叶片有多种安装至机匣上的方式，其中一种比较常见的安装方式为手柄固定式。静子叶片叶顶带有手柄凸台和手柄，通过机匣上的卡圈、卡环等结构可以将叶片固定在机匣上。这种安装方式结构简单、拆装方便，便于拆卸、更换单个叶片。

在涡轮中，用一个和涡轮同轴的圆柱面对涡轮的叶片进行剖切，切得涡轮叶片的截面就叫做叶片的基元级。

目前在涡轮叶片气动设计过程中，首先需要确定涡轮进出口的速度三角形。速度三角形主要包括四个参数：轴向速度、预旋、周向速度和扭速。其中，轴向速度是由流过涡轮的流量决定的。周向速度和扭矩是由轮缘功确定的。通过进出口速度三角形的计算可以求得基元级的进气角、出气角，针对不同位置的基元级给定不同的攻角，再结合落后角、叶片前缘角和后缘角，便可以求得对应每个基元级应有的安装角度。再将求得的基元级积叠就可以得到叶片的三维造型。

除气动设计、结构设计之外，还需要对涡轮叶片进行强度设计，以确保叶片有足够的强度。因此叶片的设计过程是需要反复迭代的多参数优化设计。在保证涡轮叶片有足够强度的前提下，设计人员也希望叶片重量尽可能轻，这有利于减轻航空发动机或者燃气轮机的整体重量，提高航空发动机的推重比或者燃气轮机的效率。

涡轮内部流动呈现出复杂的强三维性和非定常性，而且叶片结构、型面复杂，转子和静子间的轴向空间十分狭窄。另外，涡轮内工质为燃烧室排出的高温高压燃气。由于这些问题，常规的测试手段往往受限。

接触式测量手段例如压力探针，包括可以实现多点同时测量的压力探针梳和叶型探针，大多存在前伸的探头。压力探针梳受到其自身尺寸的限制，无法插入小尺寸叶片排之间的狭窄流道内开展级间流场参数测试，即使能够插入，探针探头和支杆会对被测流场造成很大干扰。更重要的一点是，只有在机匣上打孔才能将压力探针或者压力探针梳插入转子和静子之间的流场，而对于涡轮而言，转子静子之间往往具有双层机匣，如图14所示，因此在机匣上打孔加工难度大。打孔也会破坏机匣机构的完整性，并且有漏气的可能，进一步干扰原有的流场结构。

叶型探针可以插入小尺寸叶片排之间的狭窄流道内开展级间流场参数测试，但会对被测流场尤其是叶片近壁面流场产生很大的干扰，破坏流场原有结构，造成较大的测量误差，甚至带来额外的流动损失从而恶化叶片原有的气动负荷和涡轮的做功能力。

其次，测量二维流场参数多采用三孔压力探针，但是现有的、较好三孔压力探针可测量的气流角度范围只有±40°。而涡轮中气流角度变化随涡轮工作状态变化十分剧烈，一些工况下气流角度变化范围可达±60°到±70°，这就导致现有的三孔压力探针无法准确地测量到涡轮内二维流场参数。

热线风速仪也是涡轮内流场常用的测试手段之一，但是热丝易断裂，而且容易受到杂质的污染导致测量结果不准确。