[发明专利]一种计及上游非定常效应的涡轮轮毂封严实验装置

说明书

本发明公开了一种计及上游非定常效应的涡轮轮毂封严实验装置，为了模拟叶轮机械级环境下封严流与主流的相互作用特征，利用圆盘的高速旋转来获得轮毂封严出流的周向速度，利用上游导叶来调整环形叶栅进口气流角，利用旋转圆柱棒来模拟环形叶栅上游尾迹的非定常效应，利用盘腔壁旋转还原真实涡轮内部的封严出流，可通过安装不同的盘腔壁结构，在计及上游非定常效应的前提下非常方便的研究不同封严腔对涡轮端区流动的影响，并可方便更换不同封严腔结构来研究封严出流与涡轮主流的相互作用，容易获得较精确的三维非定常流场结构，又可以节省实验成本，降低测量难度。

技术领域

本发明属于航空发动机/燃气轮机涡轮部件非定常实验领域，涉及一种涡轮轮毂封严实验装置，具体涉及一种计及上游非定常效应的低速大尺寸环形涡轮轮毂封严实验装置。由于圆柱棒与叶片下游的尾迹流场结构相似，因此利用圆柱棒来模拟上游叶片的尾迹被广泛采用，此外真实发动机内部的封严出流是一种复杂的旋转流动，具有较大的轴向、径向和周向速度。本发明分别利用旋转圆柱棒、环形封严腔以及环形涡轮叶片来模拟真实涡轮级内部上游非定常效应、封严流与主流的干涉现象等复杂流场环境，并且流场参数方便可控，容易实现涡轮内部精细化流场测量。

背景技术

涡轮是航空发动机/燃气轮机的核心部件之一，而高压涡轮作为核心机部件更是重中之重。为保障涡轮转子的可靠运转，避免转静叶片排之间的剐蹭，涡轮转子叶片排和静子叶片排之间存在着盘腔。发动机运行时由于主流与盘腔之间存在压差，高温主流燃气会侵入到盘腔而导致涡轮盘过热。此外，为了追求更高的发动机功率、效率和推重比，涡轮进口温度被不断提高，为了保证涡轮盘能够安全、可靠的工作，必须对其进行冷却。为此，在盘腔中一般通入由压气机级引入的冷气作为轮毂封严气流，用来提高盘腔内压力，阻止高温主流燃气入侵，同时这部分冷气还可以对涡轮盘及动叶根部进行冷却。然而，由于封严流在保证发动机正常工作的同时会与涡轮通道内主流发生复杂的相互作用，两股不同特征的气流掺混，流动损失增加，进而对涡轮性能产生较大。因此，涡轮轮毂封严结构的设计就是为了在保证轮毂工作温度在材料可承受范围内的前提下应尽可能减少盘腔供气冷气量，提高发动机效率，越来越多的科研人员也越来越重视轮毂封严流与通道主流的掺混机理及相应的损失输运机制的研究，尤其是在涡轮级间的非定常环境下。

考虑到真实发动机高温、高压及高速环境下测量涡轮内部流场参数耗资大，同时真实涡轮内部空间相对狭小，且测量环境恶劣，导致了轮毂端区复杂流场参数精确测量相当困难，很难获得涡轮级内部丰富的、连续的时空流场信息。因此，亟需设计新的实验平台来再现真实涡轮级内部的上游非定常效应、封严流与主流的干涉现象等复杂流场环境。相比较而言，本发明设计的低速大尺寸环形涡轮轮毂封严实验台能够实现涡轮盘高速旋转，方便更换不同封严腔结构来研究封严出流与涡轮主流的相互作用，容易获得较精确的三维非定常流场结构，又可以节省实验成本，降低测量难度。

发明内容

为解决现有技术所存在的上述技术问题，本发明旨在提供一种计及上游非定常效应的涡轮轮毂封严实验装置，能够实现涡轮盘高速旋转，方便更换不同封严腔结构来研究封严出流与涡轮主流的相互作用，容易获得较精确的三维非定常流场结构，又可以节省实验成本，降低测量难度。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种计及上游非定常效应的涡轮轮毂封严实验装置，包括一固定设置的外涵机匣、一同轴设置在所述外涵机匣内的内涵机匣，所述外涵机匣与内涵机匣之间的环形空间形成为主流通道，其特征在于，

所述外涵机匣包括一筒状外涵主体段和一外涵收缩段，所述筒状外涵主体段与外涵收缩段固定连接或形成为一体结构，所述筒状外涵主体段固定设置，所述外涵收缩段设置在所述筒状外涵主体段的上游，所述外涵收缩段的外部设置主流气源，所述主流气源用以向所述外涵收缩段通入与其轴线平行的主流气体；