CN114542502B - 叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置 - Google Patents
叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，在叶栅进口前端壁处安装有旋涡发生器，用于研究叶栅通道前端壁位置处的旋涡发生器对叶栅通道内部流动损失的影响。本发明通过横向位置调整块、固定块和旋涡发生器组件实现对旋涡发生器位置、安装角的调整，同时能够根据实验需要增减旋涡发生器的数量，并且适用不同结构的旋涡发生器，以解决现有技术中对栅前区域安装旋涡发生器实验研究的不足，以及解决旋涡发生器在直列叶栅端壁中的安装问题。并且在叶片安装、拆卸、固定过程的操作便捷的特定，有效节省了加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及叶轮机械实验领域，具体是一种栅前端壁处旋涡发生器可调的压气机/涡轮直列叶栅实验装置。
背景技术
随着航空技术的不断发展，压气机的推重比以及涡轮的落压比要求不断提高，这也意味着叶片的气动载荷不断增大。随着叶片气动载荷的增大，压气机/涡轮的内部流场也变得更加复杂。对于压气机，由于气动载荷的增大，压气机内部的逆压梯度也同时增大，在强逆压梯度下，流动分离现象不可避免地发生，造成压气机内部的气动损失增加；对于涡轮，在高气动载荷下，靠近端区的二次流会愈发严重，并且其内部通道涡的强度也会增加，造成叶栅通道内部的二次流损失增加，降低涡轮的性能。为满足在高负荷下的气动要求，如何控制流动分离和二次流逐渐成为了目前关注的重点。
目前的流动控制方法主要分为两种：被动控制技术和主动控制技术，其中被动控制技术包括旋涡发生器、三维叶片设计、三维端壁造型等。Shan Ma等人在Acombinedapplication of micro-vortex generator and boundary layer suction in a high-load compressor cascade(Chinese Journal of Aeronautics,(2019),32(5):1171–1183)研究了旋涡发生器与边界层抽吸的协同作用。研究表明，安装在栅前的旋涡发生器延缓了失速的发生，同时降低了端壁损失和二次流损失。刘艳明等人在《斜坡型旋涡发生器控制叶栅角区分离的数值模拟》(《空气动力学学报》2020年第38卷第06期)研究了端壁上旋涡发生器对平面叶栅内部的影响，研究表明，旋涡发生器产生的流向涡与通道涡及端壁横向流动相互作用使得通道涡和端壁横向二次流发生偏转，抑制了通道涡向吸力面的发展，并将主流高能流体卷入角区，增加了角区流体动量，削弱了角区分离，使得叶栅出口处流场更加顺畅。上述研究均通过旋涡发生器，控制了叶栅内的二次流，减小了端壁损失和二次流损失。
在公开号CN113217462A的发明创造中，公开了一种亚声速旋涡吹气式压气机叶片。在该叶片上吸力面沿展向存在一排吹气孔，吹气孔与该吹气腔贯通。在该叶片吸力面后缘上沿展向存在一排旋涡发生器，各旋涡发生器与吹气孔的位置一一对应。该发明中，旋涡发生器主要位于叶片的吸力面上，并与叶片上的吹气孔位置对应。该发明通过在叶展方向贯通叶片的吹气腔、在叶片吸力面开孔的吹气孔以及在叶片吸力面后缘安装旋涡发生器，使该亚声速旋涡吹气式叶片在增大负荷的同时有效控制了叶片吸力面流动分离，使得在对吹气腔注入高能流体后，能够有效抑制附面层分离，在一定程度上适应压气机内复杂的工况，进一步提高压气机的压比和负荷。
在公开号CN113006879A的发明创造中，公开了一种有旋涡发生器的航空发动机涡轮气膜冷却孔。在该发明中，旋涡发生器固定于气膜冷却孔内，旋涡发生器的前缘朝向该气膜冷却孔的气流进口，旋涡发生器的尾缘朝向该气膜冷却孔的出口。该发明通过在气膜冷却孔内壁增加旋涡发生器，减小了冷气出口动量，改善了气动性能，增大了冷气的扩散能力，提高了冷气膜的覆盖率和冷却效率。
在公开号CN112282856A的发明创造中，公开了一种用于抑制通道涡的涡轮叶片，其端壁结构为一对结构相同且互相对称放置的旋涡发生器，旋涡发生器安装在叶片本体的前缘根部，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，从根本上削弱通道涡强度，减小其造成的气动损失影响。
以上三个发明创造中，均设计了不同的旋涡发生器结构，并且分别安装在叶片后缘、气膜冷却孔内或叶片前缘根部，通过产生来流涡控制流场中的二次流及流动分离等现象。但是在实验过程中，直列叶栅的使用更加广泛，因此如何改变旋涡发生器在实验叶栅上的位置就显得极为重要。
曹志远等人对在叶栅通道前端壁位置处安装旋涡发生器进行了研究，安装在叶栅通道前端壁位置的旋涡发生器与来流作用产生来流涡，来流涡与叶栅通道内部的通道涡相互作用，抑制了通道涡向吸力面发展以及端壁的横向二次流的偏转，减小了叶栅通道近端壁处的二次流损失。因此，对于减小二次流，减小总压损失，提高效率，在叶栅通道前端壁位置安装旋涡发生器是可行的方法。在实验叶栅的基础上，进一步对叶栅通道前端壁位置处安装旋涡发生器进行了研究，发现目前使用的实验装置，叶栅通道前端壁位置安装旋涡发生器且根据实验需求调整到相应的位置存在许多困难，因此需要对实验叶栅端壁的结构重新进行设计。
发明内容
为克服现有技术中存在的对于端壁前旋涡发生器对近端区流场的影响的实验上的不足，本发明提出了一种叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置。
本发明包括栅板、叶栅组件和定距柱；所述栅板包括上栅板和下栅板；该上栅板与该下栅板的结构相同。所述定距柱的下端安装在该下栅板的上表面，上栅板安装在该定距柱的上端面，形成了叶栅的安装支架。所述叶栅组件中的多个叶片分别排布并安装在该安装支架上，并位于所述上栅板与下栅板之间。
其特征在于：还包括多个横向位置调整块、两个固定块、多个旋涡发生器安装块、多个旋涡发生器组件和挡板。其中，所述固定块、旋涡发生器组件、横向位置调整块和旋涡发生器安装块均分为两组，分别安装在所述上栅板位于叶栅组件前缘一侧的侧表面处和下栅板位于叶栅组件前缘一侧的侧表面处，并分别通过挡板定位。
所述各组中的两个固定块分别位于该栅板长度方向的两端，并与所在的栅板固定连接。各组中的三个旋涡发生器组件分别通过旋涡发生器安装块安置在所述两个固定块之间，并分别处于由所述叶栅组件中部的叶片形成的气流通道之间。各组中的多个横向位置调整块分为不同数量的多个组合，并使各组合分别位于所在栅板上的各旋涡发生器组件之间。安装时，将所述各旋涡发生器安装块和横向位置调整块的滑块分别嵌入位于所在栅板侧表面的滑槽内，通过同步调整分别位于上栅板和下栅板上的各组合横向位置调整块的数量，以实现调整各旋涡发生器组件在所述气流通道中的位置。
所述下栅板与上栅板的结构相同；在该下栅板与上栅板上均分布有多个叶型通孔；在该下栅板与上栅板靠近各所述叶型通孔前缘一端的侧表面均有滑槽，用于嵌装各所述固定块的连接块，以及旋涡发生器安装块的滑块和横向位置调整块的滑块。
所述旋涡发生器组件包括旋涡发生器、旋涡发生器安装座和固定杆。所述旋涡发生器安装座位于该旋涡发生器组件的中部，其上表面固定有旋涡发生器，下表面与所述固定杆连接。所述旋涡发生器在厚度方向的中心线与该旋涡发生器安装座的圆心相交。
所述旋涡发生器的上表面为斜面，该斜面形成了旋涡发生器气流面；该旋涡发生器的下表面为平面，该平面为旋涡发生器固定面；该旋涡发生器的前缘与后缘均为垂直面。
所述旋涡发生器气流面与水平面之间的夹角为18°。所述旋涡发生器前缘的高度H1为1.5mm，后缘的高度H2为3mm；该旋涡发生器气流面自前缘至后缘的水平L长度为5mm；该旋涡发生器的厚度为0.5mm。所述旋涡发生器组件的总高度为16mm。
所述固定块的横截面呈凸字形，并且该固定块的上半部分为限位块，下半部分的凸块为定位块；所述定位块内侧的凸块嵌入所在栅板上的滑槽，外侧的凸块嵌入所述挡板内表面上的滑槽内，以实现该固定块的的定位。所述限位块用于限定安装后的各横向位置调整块与旋涡发生器安装块在所述滑槽内的位置。在该挡块上有与所在栅板连接的固定块安装孔，并使该固定块安装孔与所在栅板上的固定孔同心。
所述多个横向位置调整块的外形呈“凸”字形。各所述横向位置调整块的下半部分为滑块；该滑块的内侧与所在栅板上的滑槽配合，外侧与所述挡板内表面上的滑槽配合。各所述横向位置调整块的上半部分为限位块。
各所述横向位置调整块厚度分为1mm、2mm、5mm、10mm、15mm和20mm。
所述旋涡发生器安装块的下半部分为滑块；该滑块的内侧与所在栅板上的滑槽配合，外侧与所述挡板内表面上的滑槽配合。各所述旋涡发生器安装块的上半部分为安装块；在各安装块的几何中心有用于安装所述旋涡发生器组件中固定杆的螺纹孔。所述旋涡发生器安装块的总高度为10mm。
为研究探索栅前端壁位置处安装旋涡发生器对于通道内部流场的影响，本发明提出了一种栅前端壁位置处带旋涡发生器且旋涡发生器可调的压气机\涡轮叶栅实验装置，研究叶栅通道前端壁位置处的旋涡发生器对叶栅通道内部流动损失等影响，同时该发明适用于不同结构以及不同安装角度的旋涡发生器实验叶栅装置，旨在解决现有技术中对栅前区域安装旋涡发生器实验研究的不足，以及解决旋涡发生器在直列叶栅端壁中的安装问题。
本发明所述的叶栅实验装置，叶片排列的方向为横向，垂直于叶片排列的方向为纵向，其栅前的旋涡发生器可以根据实验需要，对横向、纵向两个方向进行移动调整，旋涡发生器的安装角也能进行调整，同时根据实验需要，可以增加或减少旋涡发生器的数量，这对于不同结构的旋涡发生器也同样具有适用性。
在本发明的相关研究中，对于叶栅进口前端壁区域加装旋涡发生器抑制叶栅通道内的通道涡向吸力面的发展，减小叶栅通道内的流动损失已经取得了一些进展，因此，在栅前端壁位置处加装旋涡发生器减小流动损失的技术方法确实是可行的。
在目前的研究中，对于叶栅通道前端壁位置安装旋涡发生器的研究较少，并且没有叶栅通道前端壁处有旋涡发生器且可调的压气机/涡轮实验装置。为开展叶栅通道前端壁位置带旋涡发生器的研究，对叶栅前端壁位置处安装旋涡发生器后对流场的影响进行实验研究，本发明提出了一种栅前端壁处旋涡发生器可调的直列叶栅实验装置，实现在实验过程中叶片安装、拆卸、固定的便捷操作，以及旋涡发生器的可调，使实验更加便捷，同时节省加工成本。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：气流通过旋涡发生器产生高能涡进入叶栅通道内部影响通道内部的流动结构，在通道前半部分，抑制了叶栅通道涡马蹄涡压力面分支从压力面到吸力面的移动，使得通道涡较晚形成，同时抑制马蹄涡压力面分支与通道涡相互干涉，并与通道涡相互影响，减小了通道涡的强度以及范围，进一步减小叶栅通道内的二次流，达到减小损失的目的。
现有技术对于安装在端壁的旋涡发生器已经取得了一定的研究进展，但是对于在不同位置旋涡发生器产生的来流涡对通道内部的影响效果以及对流场的影响机理的研究目前仍存在不足。基于以上的问题，本发明提出的一种栅前端壁位置处带旋涡发生器的且旋涡发生器可调的压气机\涡轮叶栅实验装置，能够有效解决不同位置、不同种类、不同数量以及不同安装角的旋涡发生器对于叶栅通道内部流动影响的研究问题。对于本发明的相关研究中，对于栅前端壁安装旋涡发生器控制叶栅通道内部的二次流是可行的，通过抑制马蹄涡压力面分支、削弱通道涡等现象可以减小叶栅通道内部的总压损失。经过数值模拟分析计算，安装旋涡发生器前，该涡轮叶栅总压损失系数为0.074.安装旋涡发生器后，总压损失系数最低可以达到0.064，该涡轮叶栅的总压损失降低了13.4％。图11和图12解释了损失降低的原因，即旋涡发生器产生的来流涡抑制了马蹄涡压力面分支向吸力面发生迁移，从而抑制了通道涡的产生，降低了叶栅损失。
与安装在叶片上的旋涡发生器不同，该试验装置的旋涡发生器安装在叶栅进口前的端壁位置处。在压气机/涡轮中，转子叶尖位置由于存在叶顶间隙，因此会产生泄漏涡，从而导致泄漏流的产生，进一步导致损失降低。当旋涡发生器安装在叶片上时，其主要作用是与来流产生旋涡，并抑制叶尖泄漏涡的产生，从而减小泄漏流引起的总压损失。在压气机/涡轮近端壁位置处，来流附面层在叶片前缘位置处形成马蹄涡，并分成压力面分支和吸力面分支，随着马蹄涡在通道内继续发展，会继续形成通道涡、角涡等涡系结构使得近端壁处的涡系结构更加复杂，而这复杂的涡系结构会导致压气机/涡轮的总压损失增大。当叶栅进口前端壁位置处安装旋涡发生器时，来流附面层除了在叶片前缘产生马蹄涡，同时与旋涡发生器作用形成与马蹄涡压力面分支旋向相反的旋涡，并在通道内抑制马蹄涡压力面分支的发展，从而抑制通道涡的产生，从而减小压气机/涡轮的总压损失。
图11为叶栅进口前端壁位置处安装旋涡发生器前后的通道内流线图，图中可以清晰看到流场内结构的发。未安装旋涡发生器前，马蹄涡分成压力面和吸力面两个分支，其中粉色流线为吸力面分支，蓝色流线为压力面分支；所述马蹄涡压力面分支由于受到横向压力梯度的影响，向吸力面发生横向偏移，并导致了通道涡的产生，使得叶栅的总压损失增大，安装旋涡发生器以后，在马蹄涡压力面分支与吸力面分支之间产生了一个与马蹄涡压力面分支旋向相反的来流涡，如图上黑色流线所示。该来流涡与马蹄涡压力面分支相互作用，抑制了马蹄涡压力面分支的横向迁移，从而抑制了通道涡的产生，减小了叶栅的总压损失。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是栅板的结构示意图，其中2a是俯视图，2b是正视图，2c是2a的左视图，2d是2a中A-A剖面的示意图；
图3是固定块的结构示意图，其中3a是正视图，3b是俯视图，3c是左视图；
图4是漩涡发生器安装块的结构示意图，其中4a是正视图，4b是俯视图，4c是左视图，4d是4b中A-A的剖面图的示意图；
图5是横向位置调整块的结构示意图，其中5a是正视图，5b是俯视图，5c是左视图；
图6为旋涡发生器组件的结构示意图；
图7为旋涡发生器的外形尺寸图；
图8为栅板闭合件的结构示意图，其中8a是正视图，8b是俯视图，8c是8a中A-A的剖面的视图；
图9是图1水平剖面结构示意图，其中图9a为各水平剖面位置示意图，9b为A-A的剖面结构示意图，9c为B-B的剖面结构示意图
图10是图1纵剖面的示意图，其中图10a为各纵剖面位置示意图，10b为A-A剖面的结构示意图，10c为B-B剖面的结构示意图，10d为C-C剖面的结构示意图；
图11为栅前端壁位置处未安装漩涡发生器的流场图；
图12为栅前端壁位置处安装旋涡发生器后的流场图。
图中：1.定距柱；2.下栅板；3.一对结构对称的固定块；4.旋涡发生器安装块；5.横向位置调整块；6.旋涡发生器组件；7.挡板；8.叶栅组件；9.定距柱安装通孔；10.叶片安装通孔；11.固定孔；12.滑槽；13.固定块安装孔；14.旋涡发生器安装孔；15.旋涡发生器；16.旋涡发生器安装座；17.固定杆；18.挡板安装孔；19.挡板插入槽；20.静压孔；21.叶盆/压力面开静压孔；22.上栅板。
具体实施方式
本实施例是一种栅前端壁位置处带旋涡发生器且旋涡发生器可调的压气机/涡轮直列叶栅实验装置，包括栅板、横向位置调整块5、一对结构对称的固定块3、旋涡发生器安装块4、旋涡发生器组件6、挡板7、叶栅组件8和定距柱1。其中：所述栅板包括上栅板22和下栅板2；该上栅板与该下栅板的结构相同。
所述定距柱1的下端安装在该下栅板的上表面，上栅板安装在该定距柱的上端面，形成了叶栅的安装支架。所述叶栅组件8中的多个叶片分别排布并安装在该安装支架上，并位于所述上栅板与下栅板之间。
所述固定块3、旋涡发生器组件6、横向位置调整块5和旋涡发生器安装块4均分为两组，分别安装在所述上栅板22位于叶栅组件8前缘一侧的侧表面处和下栅板2位于叶栅组件8前缘一侧的侧表面处，并分别通过挡板7定位。伸缩各组中均包括两个固定块3、三个旋涡发生器组件6、三个旋涡发生器安装块4和多个横向位置调整块5。
其中：各组中的两个固定块分别位于该栅板长度方向的两端，并与所在的栅板固定连接。各组中的三个旋涡发生器组件6分别通过旋涡发生器安装块4安置在所述两个固定块之间，并分别处于由所述叶栅组件8中部的叶片形成的气流通道之间。各组中的多个横向位置调整块5分为不同数量的多个组合，并使各组合分别位于所在栅板上的各旋涡发生器组件之间。安装时，将所述各旋涡发生器安装块4和横向位置调整块5的滑块分别嵌入位于所在栅板侧表面的滑槽内。本实施例中，各组的多个横向位置调整块分为四个组合，各组合的数量分别为1个、2个、3个和18个。实验时，通过同步调整分别位于上栅板和下栅板上的各组合横向位置调整块的数量，以实现调整各旋涡发生器组件6在所述气流通道中的位置。
所述下栅板2为矩形板状。在该栅板上分布有多个叶型通孔10；在该下栅板长度方向的两端分别有定距柱安装通孔9。在靠近各所述叶型通孔前缘一端的该下栅板的侧表面有凹槽，该凹槽为滑槽12，用于嵌装各所述固定块3的连接块，以及旋涡发生器安装块4的滑块和横向位置调整块5的滑块。
本实施例中，所述上栅板22与下栅板2的结构相同，外形尺寸亦相同。各栅板的长度L1＝399.4mm、宽度B1＝70mm、厚度H1＝15mm。各栅板侧表面凹槽的长度L2＝300mm；所述滑槽12的长度L3＝260mm；滑槽深度B2＝5mm；滑槽高度H2＝5mm。在靠近该滑槽两端的下栅板上分别有用于安装固定块的固定孔11。
所述旋涡发生器组件6为整体成形件，按功能分为旋涡发生器15、旋涡发生器安装座16和固定杆17。所述旋涡发生器安装座位于该旋涡发生器组件的中部，其上表面固定有旋涡发生器，下表面与固定杆连接；该固定杆的外圆周表面为螺纹面。所述旋涡发生器在厚度方向的中心线与该旋涡发生器安装座的圆心相交。
所述旋涡发生器15为板状，其外形呈梯形；该旋涡发生器的上表面为斜面，该斜面形成了旋涡发生器气流面；该旋涡发生器的下表面为平面，该平面为旋涡发生器固定面；该旋涡发生器的前缘与后缘均为垂直面。
本实施例中，所述旋涡发生器气流面与水平面之间的夹角为18°。所述旋涡发生器前缘的高度H1为1.5mm，后缘的高度H2为3mm；该旋涡发生器气流面自前缘至后缘的水平L长度为5mm；该旋涡发生器的厚度为0.5mm。所述旋涡发生器组件的总高度为16mm。
所述固定块为矩形块状。该固定块的横截面呈凸字形，并且该固定块的上半部分为限位块，下半部分的凸块为定位块；所述定位块内侧的凸块嵌入所在栅板上的滑槽，外侧的凸块嵌入所述挡板7内表面上的滑槽内，以实现该固定块的的定位。所述限位块用于限定安装后的各横向位置调整块5与旋涡发生器安装块4在所述滑槽内的位置。在该挡块上有与所在栅板连接的固定块安装孔13，并使该固定块安装孔与所在栅板上的固定孔11同心。
本实施例中，所述固定块的长度为55mm。
所述多个横向位置调整块5的外形呈“凸”字形。各所述横向位置调整块的下半部分为滑块；该滑块的内侧与所在栅板上的滑槽配合，外侧与所述挡板7内表面上的滑槽配合。各所述横向位置调整块的上半部分为限位块。各所述横向位置调整块厚度分为1mm、2mm、5mm、10mm、15mm和20mm，使用时根据需要将不同厚度的横向位置调整块组合使用。
本实施例中，各横向位置调整块的厚度分别为10个1mm、5个2mm、2个5mm、4个10mm、2个15mm和3个20mm，用于对旋涡发生器的位置进行不同精度的调整。
所述旋涡发生器安装块4的外形呈“凸”字形。各所述旋涡发生器安装块的下半部分为滑块；该滑块的内侧与所在栅板上的滑槽配合，外侧与所述挡板7内表面上的滑槽配合。各所述旋涡发生器安装块的上半部分为安装块；在各安装块的几何中心有用于安装所述旋涡发生器组件中固定杆的螺纹孔。所述旋涡发生器安装块4的总高度为10mm。
所述挡板7为板条状。在该挡板内侧表面有沿该挡板长度方向延伸的滑槽。该挡板的两端分别有挡板安装孔18。安装后，使安装通孔18的圆心以及挡板插入槽19的位置分别与固定块3的固定块安装孔13以及滑槽13的位置相对应。本实施例中，所述挡板7的长度为300mm。
所述叶栅组件8采用现有技术。该叶栅组件包括第一非测压叶片22、第二非测压叶片23、第三非测压叶片24、第四非测压叶片25、叶背开静压孔的第一测压叶片26以及叶盆开静压孔的第二测压叶片27。将叶栅组件安装于上下栅板上，叶片的总高度H10＝130mm，上下插入栅板的部分各15mm。叶片的安装角为36.15°，栅距为51.1mm。其中第一测压叶片用于测量吸力面的静压分布，第二测压叶片用于测量压力面的静压分布，从而探究栅前端壁位置处安装旋涡发生器对叶栅通道内部流场的影响。
本实施例中，所述旋涡发生器组件采用一体式加工，由上部分的旋涡发生器、中间的旋涡发生器安装座以及下部分的固定棒三部分组成。旋涡发生器组件安装于旋涡发生器连接块上，将螺母穿过旋涡发生器组件下方的固定棒拧紧，将旋涡发生器固定于旋涡发生器连接块上。旋涡发生器连接块的上半部分圆孔周围画有刻度盘，根据实验具体实际需求，可以将螺母拧松后，调整旋涡发生器的安装角。将安装好后的旋涡发生器安装块插入栅板的安装槽中，调整到合适的横向位置，再安装两端的固定块和中间的横向位置调整块，最后安装挡板，将旋涡发生器安装块和横向位置调整块的另一边凸起插入到挡板的安装槽中，固定好后，将螺杆插入到安装孔中拧紧，将之固定。安装好旋涡发生器组件的旋涡发生器连接块等距分布于叶栅中间的三个叶栅通道前，间隔的距离为叶栅的栅距。若要重新调整旋涡发生器的横向位置，拧松固定用的螺杆，取下挡板，根据需要取下横向位置调整块，将旋涡发生器移到合适的位置，然后重新安装上横向位置调整块，最后安装挡板，拧紧螺杆。对于纵向位置，根据实验要求，加工纵向位置不同的旋涡发生器组件，通过改变旋涡发生器在旋涡发生器安装座上的位置，改变旋涡发生器的纵向位置，并通过更换不同的旋涡发生器，变换旋涡发生器的数量得到不同的实验结果。
Claims (10)
1.一种叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，包括栅板、叶栅组件(8)和定距柱(1)；所述栅板包括上栅板(22)和下栅板(2)；该上栅板与该下栅板的结构相同；所述定距柱(1)的下端安装在该下栅板的上表面，上栅板安装在该定距柱的上端面，形成了叶栅的安装支架；所述叶栅组件(8)中的多个叶片分别排布并安装在该安装支架上，并位于所述上栅板与下栅板之间；
其特征在于：还包括多个横向位置调整块(5)、两个固定块(3)、多个旋涡发生器安装块(4)、多个旋涡发生器组件(6)和挡板(7)；其中，所述固定块、旋涡发生器组件、横向位置调整块和旋涡发生器安装块均分为两组，分别安装在所述上栅板(22)位于叶栅组件(8)前缘一侧的侧表面处和下栅板(2)位于叶栅组件(8)前缘一侧的侧表面处，并分别通过挡板(7)定位；
所述各组中的两个固定块分别位于该栅板长度方向的两端，并与所在的栅板固定连接；各组中的三个旋涡发生器组件(6)分别通过旋涡发生器安装块(4)安置在所述两个固定块之间，并分别处于由所述叶栅组件(8)中部的叶片形成的气流通道之间；各组中的多个横向位置调整块(5)分为不同数量的多个组合，并使各组合分别位于所在栅板上的各旋涡发生器组件之间；安装时，将所述各旋涡发生器安装块(4)和横向位置调整块的滑块分别嵌入位于所在栅板侧表面的滑槽内，通过同步调整分别位于上栅板和下栅板上的各组合横向位置调整块的数量，以实现调整各旋涡发生器组件(6)在所述气流通道中的位置。
2.如权利要求1所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，所述下栅板(2)与上栅板(22)的结构相同；在该下栅板与上栅板上均分布有多个叶型通孔10；在该下栅板与上栅板靠近各所述叶型通孔前缘一端的侧表面均有滑槽(22)，用于嵌装各所述固定块(3)的连接块，以及旋涡发生器安装块(4)的滑块和横向位置调整块(5)的滑块。
3.如权利要求1所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，所述旋涡发生器组件(6)包括旋涡发生器(15)、旋涡发生器安装座(16)和固定杆(17)；所述旋涡发生器安装座位于该旋涡发生器组件的中部，其上表面固定有旋涡发生器，下表面与所述固定杆连接；所述旋涡发生器在厚度方向的中心线与该旋涡发生器安装座的圆心相交。
4.如权利要求1所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，所述旋涡发生器(15)的上表面为斜面，该斜面形成了旋涡发生器气流面；该旋涡发生器的下表面为平面，该平面为旋涡发生器固定面；该旋涡发生器的前缘与后缘均为垂直面。
5.如权利要求4所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，所述旋涡发生器气流面与水平面之间的夹角为18°；所述旋涡发生器前缘的高度H1为1.5mm，后缘的高度H2为3mm；该旋涡发生器气流面自前缘至后缘的水平L长度为5mm；该旋涡发生器的厚度为0.5mm；所述旋涡发生器组件的总高度为16mm。
6.如权利要求1所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，所述固定块的横截面呈凸字形，并且该固定块的上半部分为限位块，下半部分的凸块为定位块；所述定位块内侧的凸块嵌入所在栅板上的滑槽，外侧的凸块嵌入所述挡板(7)内表面上的滑槽内，以实现该固定块的的定位；所述限位块用于限定安装后的各横向位置调整块(5)与旋涡发生器安装块(4)在所述滑槽内的位置；在该挡块上有与所在栅板连接的固定块安装孔13，并使该固定块安装孔与所在栅板上的固定孔(11)同心。
7.如权利要求1所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，所述多个横向位置调整块(5)的外形呈“凸”字形；各所述横向位置调整块的下半部分为滑块；该滑块的内侧与所在栅板上的滑槽配合，外侧与所述挡板(7)内表面上的滑槽配合；各所述横向位置调整块的上半部分为限位块。
8.如权利要求7所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，各所述横向位置调整块厚度分为1mm、2mm、5mm、10mm、15mm和20mm。
9.如权利要求1所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，所述旋涡发生器安装块(4)的下半部分为滑块；该滑块的内侧与所在栅板上的滑槽配合，外侧与所述挡板(7)内表面上的滑槽配合；各所述旋涡发生器安装块的上半部分为安装块；在各安装块的几何中心有用于安装所述旋涡发生器组件中固定杆的螺纹孔。
10.如权利要求1所述叶栅前端壁旋涡发生器可调的压气机/涡轮叶栅实验装置，其特征在于，所述旋涡发生器安装块(4)的总高度为10mm。
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| 弯曲叶片降低能量损失的涡动力学机制;王松涛,王仲奇,冯国泰;哈尔滨工业大学学报(05);第608-613页 * |
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