[发明专利]一种模拟涡轮动静盘腔泄漏流预旋的试验结构

说明书

一种模拟涡轮动静盘腔泄漏流预旋的试验结构，包括带有若干进气口的集气腔，所述集气腔与动静盘腔间隙连通，所述动静盘腔间隙与轮缘密封结构连通，所述轮缘密封结构位于平面叶栅试验台下方，其顶面设置预旋结构，涡轮动叶设置于平面叶栅试验台上，预旋结构位于涡轮动叶上游，泄漏流先从进气口进入集气腔，再进入动静盘腔间隙，而后流经轮缘密封结构和预旋结构，进入平面叶栅试验台的叶栅通道中，本发明解决了静止的平面叶栅试验台无法模拟出动叶轮盘上游泄漏流预旋现象的难题，同时通过该预旋结构的调整也能探究动静盘腔泄漏流的旋流比对叶栅试验结果的影响。动静盘腔间隙和轮缘密封结构的设计参考了实际涡轮，使得试验的结果更加贴近实际的涡轮。

技术领域

本发明属于航空发动机涡轮叶片流动、冷却、换热技术领域，特别涉及一种模拟涡轮动静盘腔泄漏流预旋的试验结构。

背景技术

燃气轮机凭借其功率密度大、体积小重量轻、启停速度快等诸多优势在航空推进、船舶动力、陆用发电等工业领域应用广泛。燃气透平进口温度的提高是燃气轮机发展的必然趋势，这在提升了燃气轮机循环热效率和比功的同时也导致透平热端部件承受的热负荷增加，从而引发热疲劳和高温蠕变，严重影响零部件的正常运行、降低其工作寿命。因此热端部件冷却技术的研究显得尤为必要。

涡轮中的高温主流燃气侵入盘腔会影响轮盘的寿命和可靠性。因此通常采用引入一股冷气的方法，用以增加盘腔内部的压力、抑制高温燃气入侵，这股冷气从盘腔内部出流到主流通道的冷气被称为泄漏流。动静盘腔泄漏流不仅能防止燃气入侵盘腔，同时还可用于动叶轮盘的冷却。当前，关于动静盘腔泄漏流流动、冷却和换热特性的研究已成为领域的热点，但在静止的平面叶栅试验台中却难以有效地模拟出动叶轮盘上游动静盘腔间隙泄漏流的预旋现象，试验结果缺乏足够的说服力。

发明内容

为了克服现有试验结构的局限性，在静止的平面叶栅试验台上模拟出动叶轮盘上游动静盘腔间隙泄漏流的预旋现象，本发明的目的在于提供一种模拟涡轮动静盘腔泄漏流预旋的试验结构，在使得泄漏流能够产生周向上的速度分量的同时，可以根据自身需要、通过调整预旋结构产生不同的泄漏流旋流比，在静止的平面叶栅试验台上有效地模拟实际涡轮中动静盘腔泄漏流的流动，让试验条件更贴近实际涡轮的工况，试验结果更具说服力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模拟涡轮动静盘腔泄漏流预旋的试验结构，包括带有若干进气口的集气腔，所述集气腔与动静盘腔间隙连通，所述动静盘腔间隙与轮缘密封结构连通，所述轮缘密封结构位于平面叶栅试验台下方，其顶面设置预旋结构，涡轮动叶设置于平面叶栅试验台上，预旋结构位于涡轮动叶上游，泄漏流先从进气口进入集气腔，再进入动静盘腔间隙，而后流经轮缘密封结构和预旋结构，进入平面叶栅试验台的叶栅通道中。

在一个实施例中，所述动静盘腔间隙和轮缘密封结构参考实际涡轮中动静盘腔轮缘密封结构，动静盘腔间隙即为静叶轮盘与动叶轮盘之间的间隙，采用长方体空腔结构；轮缘密封结构在实际涡轮中用以盘腔封严，采用齿状结构，轮缘密封结构的顶面即出口为预旋结构的底面即入口。

在一个实施例中，所述预旋结构为数十个在周向方向上具有倾斜角度θ的、相同的长方形孔，用于将动静盘腔间隙中的泄漏流引入平面叶栅试验台的叶栅通道，并产生周向方向上的速度分量；从动叶端壁上看，预旋结构的出口即为相同数目的两排交错布置的长方形孔，分布在涡轮动叶的上游位置。

在一个实施例中，所述预旋结构倾斜方向指向涡轮动叶的吸力面侧。

在一个实施例中，所述长方形孔的倾斜角度θ范围在0～90°之间选取，其大小取决于需要模拟的泄漏流旋流比大小，旋流比定义：