[发明专利]涡轮叶片平面叶栅进口轴向速度控制方法

说明书

本发明提供了一种涡轮叶片平面叶栅进口轴向速度控制方法，包括依据涡轮叶片的进口轴向速度设计值，设计平面叶栅试验件的扩张通道；平面叶栅试验件的扩张角；基于三维仿真技术，采用进口轴向速度设计值，对平面叶栅试验件的扩张角进行迭代分析；依据验证及修正后扩张角制备平面叶栅试验件；对平面叶栅试验件进行验证，完成平面叶栅进口轴向速度的控制。本发明设计的进口轴向速度方法相比于常规的平面叶栅试验方法，在叶栅相同出口速度情况下，可以提升叶栅进口轴向速度；扩张通道的平面叶栅损失特性更准确；试验件的流道扩张角可以快速获取；试验件上下端壁结构简单且易于加工。

技术领域

本发明属于燃气轮机涡轮领域，涉及涡轮叶片试验技术，具体为一种涡轮叶片平面叶栅进口轴向速度控制方法，用以提高涡轮平面叶栅的试验进口轴向速度，满足真实获取叶栅在涡轮级中的流动损失特性。

背景技术

平面叶栅试验是叶轮机研制过程中重要环节之一，通过试验获取被试叶栅进口流场参数、出口流场参数、叶栅表面压力分布、流迹信息等，并通过相应的试验数据处理及评定，得到被试叶栅流场中的关键局部流动特征，以综合评价被试叶栅的气动性能。同时，叶栅试验结果还可用于先进叶栅设计技术、湍流模型及相关分析软件的验证和校核，其为叶栅设计优化研究、流场诊断与分析提供试验数据支持。

目前，平面叶栅试验时，平面叶栅的叶片进口及出口的上下端壁流道通常采用平直流道，其具有设计加工简单、实现周期短的特点，其对子午流道扩张/收缩变化不大的叶栅，试验测量结果较好，且能够反应出叶片的真实流动状态，所获得的流动损失较为准确。

但是对子午流道过度扩张或者高流通能力的涡轮叶片，平直流道的平面叶栅已经不能反应叶栅的真实工作状态，试验测量的叶栅损失特性与真实结果差异显著，因此，传统的平直流道平面叶栅试验已不能适用，迫切需要反应叶片真实流动的平面叶栅试验方法。

发明内容

本发明的目的在于设计一种涡轮叶片平面叶栅进口轴向速度控制方法，其主要目的是提升扩张通道尤其是低压涡轮导向器叶栅的进口轴向马赫数；提升高通流下的涡轮导向器平面叶栅的进口轴向马赫数；获取级环境下涡轮叶栅真实工作状态下的流动损失，提高平面叶栅损失精度。

实现发明目的的技术方案如下：一种涡轮叶片平面叶栅进口轴向速度控制方法，包括以下步骤：

S1、依据涡轮叶片的进口轴向速度设计值，设计平面叶栅试验件的扩张通道；

S2、依据平面叶栅试验件的扩张通道，计算平面叶栅试验件的扩张角；

S3、基于三维仿真技术，采用进口轴向速度设计值对平面叶栅试验件的扩张角进行迭代分析，对扩张角进行验证及修正；

S4、依据步骤S3中验证及修正后扩张角制备平面叶栅试验件；

S5、测试获取平面叶栅试验件的叶栅进口总压以及叶栅上端壁及下端壁的进口静压和出口静压，获取进口轴向速度及该进口轴向速度下叶栅损失特性，对平面叶栅试验件进行验证，完成平面叶栅进口轴向速度的控制。

进一步的，步骤S1中依据涡轮叶片的进口轴向速度设计值，设计平面叶栅试验件的扩张通道的方法，包括：

S101、根据进口轴向速度设计值，将涡轮叶片的曲线流道替换为直线扩张流道；

S102、根据直线扩张流道设计平面叶栅试验件；

S103、计算平面叶栅试验件的通道扩张比。

进一步的，通道扩张比计算方法为：

采用平面叶栅试验件的叶栅进口直径L1，计算叶栅进口环形面积A1；

采用平面叶栅试验件的叶栅出口直径L2，计算为叶栅出口环形面积A2；

根据公式A2/A1计算通道扩张比。