叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡轮叶栅实验架制造技术

一种叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡轮叶栅实验架，在各叶片的叶尖区域安装旋涡发生器，气流通过旋涡发生器产生的高能涡结构扰动附近流场，使得低能流体与主流流体进行动量转换，控制流动分离，能够有效解决安装在端壁面上或者叶片吸力面叶根附近的旋涡发生器对叶尖间隙泄漏流所产生的涡系结构没有很好控制效果的问题，对控制叶顶间隙泄漏涡破碎流动现象取得了明显的效果，提高压气机性能，降低压气机损失。本发明专利技术克服了对于叶尖带旋涡发生器实验研究的不足，同时实现了通过一套平面叶栅实现多套实验叶栅叶顶叶顶间隙的高精度调节，节约加工成本，易于操作，有效解决了现有技术中存在的不足。中存在的不足。中存在的不足。

【技术实现步骤摘要】
叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡轮叶栅实验架


[0001]本专利技术涉及叶轮机械实验领域，具体是一种叶尖安装有旋涡发生器且可实现叶尖叶顶间隙调节的直列叶栅。

技术介绍

[0002]平面叶栅作为压气机/涡轮实验研究的基础，其叶顶区域的流动情况复杂，叶顶区域由于叶片吸压力面存在压差，叶顶通道中的气流在压力差的推动下，通过叶顶间隙泄漏至相邻叶片通道，泄漏流还会与通道中的主流流体形成多种涡系结构，造成流动分离等，对压气机的效率和稳定性有很大影响。
[0003]旋涡发生器又名涡流发生器，是一种被动流动控制结构。来流流过旋涡发生器后，产生高能涡结构对附近的流场进行扰动，使低能流体与主流流体进行动量转换，带动低能流体随着主流流体一起向后运动，从而控制流动分离等。其通常安装在端壁或者叶片上。文献“Feng Y,Song Y,Chen F,et al.Effect of endwall vortex generatorjets on flow separation control in a linear compressor cascade[J].Proceedingsof the Institution of Mechanical Engineers Part G Journal of AerospaceEngineering,2015,229(G12):2221
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2230”中以压气机叶栅为研究对象，对端壁旋涡发生器对流动分离的控制作用进行了数值研究。结果表明，端壁旋涡发生器射流与来流的相互作用产生了一次流向涡，该涡可以抑制端壁二次流的横向运动，并将主流的高能流体引入角区，这两方面都有利于角区流动动量的增加，从而有效地抑制了流动分离。
[0004]在公开号为CN108757178A的专利技术创造中，公开了一种应用于压气机叶栅流动控制的非对称楔形涡流发生器及其设计方法。通过重新设计了楔形涡流发生器的结构，解决了楔形旋涡发生器降低压力机流动损失的能力不强的问题。
[0005]在公开号为CN109774171A的专利技术创造中，公开了一种用于抑制通道涡的涡轮叶片，其主要在端壁结构上布置一对结构相同并且相互对称设置的旋涡发生器，安装在叶片本体的前缘根部上。流体经过后形成一对与通道涡旋转方向相反的稳定湍流旋涡，以此抑制马蹄涡，减小其造成的气动损失。
[0006]在公开号为CN201635775U的专利技术创造中，公开了一种抑制叶尖气流泄漏流的逆向涡流发生器，通过在涡轮叶片叶顶平面上布置不同出流角度的逆向涡流发生器，将气流逆着泄漏流方向射出形成逆向旋涡，抑制叶尖气流泄漏，提高叶轮效率，改善发动机性能。
[0007]在上述三个专利技术创造中，都设计了不同的旋涡发生器结构，安装在转子叶片端壁或叶顶面上。但在实验过程中，直列叶栅的使用更加广泛，因此在实验叶栅装置上不同结构不同位置旋涡发生器的研究便变得尤为重要。
[0008]西北工业大学在申请号为202110627671.0的专利技术创造中提出了一种叶顶间隙可调节的叶栅。该专利技术创造中，通过在下栅板上开设叶型通孔，将叶片和叶片固定板做成一体式，从而能够从下栅板抽出和固定叶片，通过在叶片固定板上添加调整垫片，进而实现定量调节叶顶叶顶间隙大小，且安装拆卸快速方便，节省实验周期。但该叶顶间隙可调节的叶栅
中，叶顶间隙内的气流通过压力面泄漏至吸力面后，形成了泄漏涡，同时在向下游的持续发展过程中，出现了泄漏涡破碎现象，随着泄漏涡的破碎会进一步恶化流场环境引起更大的损失，对压气机的性能会产生很大影响，因此，对于控制叶尖区域内的相关流动现象，在叶尖区域安装旋涡发生器是一种可行的技术方法。
[0009]现有技术中旋涡发生器的种类多种多样，如楔形旋涡发生器、矩形旋涡发生器、三角形旋涡发生器等。各种旋涡发生器应用到轴流压气机/涡轮中，其典型的安装位置位于静子叶片前缘上游端壁上，起着控制叶片角区分离的作用。部分研究将旋涡发生器安装在叶片吸力面靠近叶根位置处，同样起着控制叶片角区分离的作用。然而对于轴流压气机/涡轮，叶片叶尖间隙产生的泄漏流同样对压气机/涡轮的性能有很大影响，安装在端壁面上或者叶片吸力面叶根附近的旋涡发生器对叶尖间隙泄漏流所产生的涡系结构没有很好的控制作用。

技术实现思路

[0010]为克服现有技术中安装在端壁面上或者叶片吸力面叶根附近的旋涡发生器对叶尖流场控制作用的不足，本专利技术提出了一种叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡轮叶栅实验架。
[0011]本专利技术包括上栅板、定距柱、下栅板、限位块、调整垫片和叶片，由所述上栅板、下栅板和定距柱组成了叶片安装架，各所述叶片呈一字排布在该叶片安装架上。所述叶片分为非测压叶片和测压叶片；其中非测压叶片有7个，分别位于叶片安装架的两端；测压叶片有2个，均位于该叶片安装架的中部，并处于上栅板与下栅板之间，使各所述叶片的下端分别穿过该下栅板上的叶型孔并固定在下栅板上；各叶片叶根通过安装在下栅板下的限位块进行固定。在各限位块与下栅板之间安装有不同厚度的调整垫片，通过该调整垫片调整叶片顶部与上栅板的下表面之间间隙的距离。
[0012]其特征在于，还包括多个旋涡发生器；各旋涡发生器分别位于叶片吸力面上并靠近叶尖一端，将该旋涡发生器的底表面高度在所述叶片的吸力面上。各旋涡发生器的前缘均位于该叶片前缘一侧，旋涡发生器的后缘均位于该叶片后缘一侧，并使前缘交点J与叶片的叶尖端面的距离为H4，使该前缘交点J与叶片前缘之间的距离为D2；使所述后缘交点K与叶片的叶尖端面的距离为H3。各旋涡发生器的安装角为α。
[0013]所述旋涡发生器的底表面为与叶片连接的固定面，上表面为旋涡生成面；两端分别为旋涡发生器前缘和旋涡发生器后缘；所述旋涡生成面为30
°
的斜面，由该斜面形成了该旋涡发生器的安装角α。
[0014]该旋涡发生器底表面的弧长为C2。所述旋涡发生器前缘与所述旋涡生成面的交点为J，旋涡发生器后缘与所述旋涡生成面的交点为K。该旋涡发生器的两侧表面为相互平行的垂直面，并且位于该旋涡发生器前缘一侧的高度为A1，该旋涡发生器后缘一侧的高度为A2，旋涡发生器的厚度为B1。
[0015]所述旋涡发生器的参数分别为：旋涡发生器前缘端的高度A1＝1mm，旋涡发生器后缘端的高度A2＝2mm，厚度B1＝0.5mm，该旋涡生成面的长度为C1。
[0016]所述旋涡发生器的前缘交点J距所述叶片的叶尖端面之间的距离H4＝10mm，该前缘交点J与叶片前缘之间的距离为D2；旋涡发生器的后缘交点K距所述叶片的叶尖端面之间
的距离H3＝11.6mm。
[0017]所述上栅板的结构尺寸与下栅板的结构尺寸相同，其中：长度L1＝399.4mm，宽度 D3＝70mm，厚度H5＝15mm。
[0018]所述调整垫片的长度L3＝319.4mm，总宽度D5＝70mm。所述调整垫片的厚度H7分为三种，分别为0.5mm、1mm和2mm。
[0019]所述测压叶片上分别有测压孔，其中一个叶片的测压孔位于其吸力面上，另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡轮叶栅实验架，包括上栅板、定距柱、下栅板、限位块、调整垫片和叶片，由所述上栅板、下栅板和定距柱组成了叶片安装架，各所述叶片呈一字排布在该叶片安装架上；所述叶片分为非测压叶片和测压叶片；其中非测压叶片有7个，分别位于叶片安装架的两端；测压叶片有2个，均位于该叶片安装架的中部，并处于上栅板与下栅板之间，使各所述叶片的下端分别穿过该下栅板上的叶型孔并固定在下栅板上；各叶片叶根通过安装在下栅板下的限位块进行固定；在各限位块与下栅板之间安装有不同厚度的调整垫片，通过该调整垫片调整叶片顶部与上栅板的下表面之间间隙的距离；其特征在于，还包括多个旋涡发生器；各旋涡发生器分别位于叶片吸力面上并靠近叶尖一端，将该旋涡发生器的底表面高度在所述叶片的吸力面上；各旋涡发生器的前缘均位于该叶片前缘一侧，旋涡发生器的后缘均位于该叶片后缘一侧，并使前缘交点J与叶片的叶尖端面的距离为H4，使该前缘交点J与叶片前缘之间的距离为D2；使所述后缘交点K与叶片的叶尖端面的距离为H3；各旋涡发生器的旋涡生成面的安装角为α。2.如权利要求1所述叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡轮叶栅实验架，其特征在于，所述旋涡发生器的底表面为与叶片连接的固定面，上表面为旋涡生成面；两端分别为旋涡发生器前缘和旋涡发生器后缘；所述旋涡生成面为30
°
的斜面，由该斜面形成了该漩涡生成面的安装角α。3.如权利要求2所述叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡轮叶栅实验架，其特征在于，该旋涡发生器底表面的弧长为C2；所述旋涡发生器前缘与所述旋涡生成面的交点为J，旋涡发生器后缘与所述旋涡生成面的交点为K；该旋涡发生器的两侧表面为相互平行的垂直面，并且位于该旋涡发生器前缘一侧的高度为A1，该旋涡发生器后缘一侧的高度为A2，旋涡发生器的厚度为B1。4.如权利要求3所述叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡轮叶栅实验架，其特征在于，所述旋涡发生器的参数分别为：旋涡发生器前缘端的高度A1＝1mm，旋涡发生器后缘端的高度A2＝2mm，厚度B1＝0.5mm；所述旋涡生成面的长度为C1。5.如权利要求4所述叶尖具有旋涡发生器的压气机/涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志远，杨净，高玺，张翔，张飞，王楚旋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：