CN208688771U - 一种具有互换性的风洞实验件及其风洞系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有互换性的风洞实验件及其风洞系统，其风洞实验件由靶板、冲击板和钢圈组成，靶板和钢圈的四周突出于冲击板的边沿形成便于卡装的工字型结构，能够能够满足将不同外形尺寸和结构形式的涡轮叶片元件级系列化实验件安装在同一个实验段上的要求；其风洞系统使多种规格的实验件能够在同一个风洞、同一个实验段上组装和互换，并具有极佳的气密性和减震性，大幅降低了复合冷却元件级风洞实验的成本，同时也提升了实验精度和实验效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及涡轮叶片冷却元件级风洞实验技术领域，具体涉及一种具有互换性的风洞实验件及其风洞系统。
背景技术
在涡轮叶片冷却元件级风洞实验中，通常需要对很多结构相似但物理尺寸不同的实验件进行复合冷却系列化测试。现有技术中的复合冷却实验通常需要一个回流式热风洞和直流式风洞系统组合才能完成系列化实验，其中，回流热风洞用来模拟涡轮叶片外侧高温燃气的物理条件，而通过稳压箱连通到回流热风洞的风洞实验段侧部的直流式风洞提供的二次流，用来模拟叶片内部冷气冷却叶片的物理条件。对应的，现有的涡轮叶片元件级系列化冷却实验中的实验件，主要由冲击板、垫板和靶板三部分组成，每块板子的结构外形都是平板没有任何拐角，其安装在稳压箱内的靠近风洞实验段的一端。
由于一个风洞实验段的结构以及外形尺寸是固定的，系列化实验中不同的实验件无法直接在传统风洞实验段上进行实验，进而，为完成实验件的系列化实验，通常需要用到多个不同规格的实验段来安装对应规格的实验件，这种方法不仅人力财力资源投入巨大，而且浪费了宝贵的实验时间，降低了实验效率，尤其是对实验环境条件有要求的传热实验来说更是这样，实验时间越长，外界环境变化就越大，实验结果中人为误差也就越大。
因而，如何在保证诸如气密性、减震性等实验基本要求的情况下解决风洞实验段上系列化实验件的安装问题，是现有系列化实验件的风洞实验中必须面对的问题。
实用新型内容
介于上述情况，本实用新型提出一种具有互换性的风洞实验件及其风洞系统，其风洞实验件的结构能够能够满足将不同外形尺寸和结构形式的涡轮叶片元件级系列化实验件安装在同一个实验段上的要求，且其风洞系统使多种规格的实验件能够在同一个风洞、同一个实验段上组装和互换，并具有极佳的气密性和减震性，大幅降低了复合冷却元件级风洞实验的成本，同时也提升了实验精度和实验效率。
一方面，本实用新型提出一种具有互换性的风洞实验件，包括：有序排布有多个气膜孔的靶板，以及安装在靶板一面上的冲击板，所述冲击板上对应靶板的每个气膜孔开设有通风孔，所述冲击板的两面都设置有凹槽，所述通风孔均开设在所述凹槽内，所述靶板通过螺栓固定到冲击板的一面上，所述冲击板的背离靶板一面设置一钢圈，所述钢圈的内环面位于凹槽之外；所述靶板和钢圈的四周均突出于对应一侧的冲击板的边沿。
进一步地，所述凹槽外侧的冲击板上环设有多个螺纹固定孔，所述气膜孔外侧的靶板上对应每个螺纹固定孔设置有螺栓连接孔，所述螺栓穿过螺栓连接孔螺接到对应的螺纹固定孔上。
进一步地，所述螺栓连接孔为沉头孔，对应的，所述螺栓为沉头螺栓。
进一步地，所述冲击板的设置钢圈一侧的凹槽的槽壁上，均匀开设有垂直贯通到冲击板的四个侧面的连接孔，所述钢圈通过所述连接孔连接到冲击板上。
上述的具有互换性结构的风洞实验件，其靶板和钢圈的突出于的冲击板的结构设计，形成了一种具有互换性的安装结构，使得不同规格的实验件安装在同一个风洞实验段上成为可能，实验者只需将风洞实验件各部件的最外侧尺寸调整到满足风洞实验段的实验要求即可，简单组装之后即可进行实验，大幅降低了复合冷却元件级风洞实验的成本，同时也提升了实验精度和实验效率。
另一方面，本发明提出一种风洞系统，使用前述的具有互换性的风洞实验件，还包括：回流式热风洞以及通过稳压箱连通到回流式热风洞的风洞实验段侧部的直流式风洞，所述稳压箱与风洞实验段通过互换连接结构可拆卸连接，所述具有互换性结构的风洞实验件可拆卸的安装于所述互换连接结构上。
进一步地，所述互换连接结构包括：连接在风洞实验段侧部开口上的回流风洞法兰以及连接在稳压箱端部的直流风洞法兰，所述直流风洞法兰上环设有多个法兰连接孔，所述回流风洞法兰上设置有对应每个法兰连接孔向外凸出的法兰螺杆，所述法兰螺杆穿过法兰连接孔后通过法兰螺母固定；所述回流风洞法兰和直流风洞法兰的面向风洞实验段的面上均凹设有卡置槽，两所述卡置槽与回流风洞法兰的中心孔连通形成与风洞实验件形状相匹配的工字型的实验件卡置腔。
进一步地，所述回流风洞法兰和直流风洞法兰的接触面之间设置有硅胶垫片。
进一步地，所述法兰螺母配套弹簧垫片使用。
进一步地，所述直流式风洞和稳压箱通过刚柔性转换连接结构连接；所述刚柔性转换连接结构包括：胶皮套管和钢套管，所述胶皮套管的两端分别密封连接在直流式风洞和稳压箱的开口上，所述钢套管包括沿钢套管的中心线轴向分开的两个半套管，两所述半套管通过套管螺栓可拆卸的套置到所述胶皮套管之外，且钢套管的长度大于胶皮套管的长度。
进一步地，所述直流式风洞的风机和风洞管道分体设置，并在二者的连接处设置橡胶圈。
上述的风洞系统为前述的风洞实验件进行配套，打开互换连接结构就能方便的更换装配好的实验件，且互换连接结构的两个法兰上设置的卡置槽，使他们对接时能够空出足够的空间用来夹放实验件，操作方便快捷，且具有良好的气密性和减震性，最大限度的满足了实验件安装的互换性；刚柔性转换连接结构具有减震、防爆、伸缩等多重功能，在打开其钢套管时，基于胶皮套管的柔性连接，可以直接拉动稳压箱将其与风洞实验段分离，留出足够的空间来拆卸实验件，避免了来回推动整个直流式风洞系统，为多组系列化实验提供了极大的便利；固定好互换连接结构之后，安装上钢套管即能将直流式风洞与稳压箱的连接变成刚性连接，进而进行风洞实验，大幅降低了复合冷却元件级风洞实验的成本，同时也提升了实验精度和实验效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例风洞实验件的结构示意图；
图2为本实用新型实施例风洞实验件靶板的结构示意图；
图3为本实用新型实施例风洞实验件冲击板的结构示意图；
图4为本实用新型实施例的风洞系统的结构示意图；
图5为本实用新型实施例风洞系统互换连接结构的结构示意图；
图6为本实用新型实施例回流风洞法兰的结构示意图；
图7为本实用新型实施例直流风洞法兰的结构示意图；
图8为本实用新型实施例风洞系统刚柔性转换连接结构的结构示意图；
附图标记：
100-风洞实验件；11-靶板；111-气膜孔；112-螺栓连接孔；12-冲击板；121-通风孔；122-凹槽；123-连接孔；124-螺纹固定孔；13-螺栓；14-钢圈；
200-风洞系统；21-回流式热风洞；211-风洞实验段；22-稳压箱；23-直流式风洞；231-风机；232-风洞管道；233-橡胶圈；24-互换连接结构；241-回流风洞法兰；242-直流风洞法兰；243-法兰连接孔；244-法兰螺杆；245-卡置槽；246-实验件卡置腔；247-硅胶垫片；25-刚柔性转换连接结构；251-胶皮套管；252-钢套管；253-半套管；254-套管螺栓；26-流量计。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
如图1至图3所示，本实施例提供的具有互换性的风洞实验件100，包括：有序排布有多个气膜孔111的靶板11，以及安装在靶板11一面上的冲击板12，冲击板12上对应靶板11的每个气膜孔111开设有通风孔121，冲击板12的两面都设置有凹槽122，通风孔121均开设在该凹槽122的范围内；冲击板12两侧都带有凹槽122的设计，从结构上省去了传统实验中需要的垫板这一部件，同时，有效避免了零件端面接口处因风压太大而可能导致的缝隙漏风现象，其断面类似于T字型的结构，使冲击板12的抗弯性能变得更加突出，解决了传统冲击板因为结构单一而导致的弯折漏风问题。
参见图1，靶板11通过螺栓13固定到冲击板12的一面上，并在冲击板12的背离靶板11一面设置一钢圈14，该钢圈14的内环面位于凹槽122之外；同时，靶板11和钢圈14的四周均突出于对应一侧的冲击板12的边沿，形成类似工字型的断面结构，便于卡装。本实施例中，凹槽122外侧的冲击板12上环设有多个螺纹固定孔124，气膜孔111外侧的靶板11上对应每个螺纹固定孔124设置有螺栓连接孔112，螺栓13穿过螺栓连接孔112螺接到对应的螺纹固定孔124上，实现靶板11与冲击板12的直接固定，冲击板12的设置钢圈14一侧的凹槽122的槽壁上，均匀开设有垂直贯通到冲击板12的四个侧面的连接孔123，该钢圈14通过连接孔123连接到冲击板12上，使风洞实验件100的结构得到了进一步强化。同时，螺栓连接孔112优选为沉头孔，对应的，螺栓13优选使用沉头螺栓，使风洞实验件100的结构更加平整，拆装更加方便，连接的稳定性和气密性也更好。
上述的具有互换性结构的风洞实验件100，其靶板11和钢圈14的突出于的冲击板12的结构设计，形成了一种具有互换性的安装结构，使得不同规格的实验件安装在同一个风洞实验段211上成为可能，实验者只需将风洞实验件100各部件的最外侧尺寸调整到满足风洞实验段211的实验要求即可，简单组装之后即可进行实验，大幅降低了复合冷却元件级风洞实验的成本，同时也提升了实验精度和实验效率。
根据上述风洞实验件100的结构，本实施例还同时提出了一种前述风洞实验件100实验时所配套使用的风洞系统200，以使风洞试验能够顺利的进行。如图4至8所示，风洞系统200包括：回流式热风洞21以及通过稳压箱22连通到回流式热风洞21的风洞实验段211侧部的直流式风洞23，稳压箱22与风洞实验段23通过互换连接结构24可拆卸连接，且风洞实验件100可拆卸的安装于该互换连接结构24上，直流式风洞23上设置有流量计26。具体的，参见图5至图6，互换连接结构4包括：连接在风洞实验段211侧部开口上的回流风洞法兰241以及连接在稳压箱22端部的直流风洞法兰242，该直流风洞法兰242上环设有多个法兰连接孔243，回流风洞法兰241上设置有对应每个法兰连接孔243的向外凸出的法兰螺杆244；回流风洞法兰241和直流风洞法兰242连接时，法兰螺杆244穿过法兰连接孔243后通过法兰螺母固定，实现稳压箱22与风洞实验段23的可拆卸连接。
为适应前述的风洞实验件100的互换性安装要求，在回流风洞法兰241和直流风洞法兰242的面向风洞实验段211的面上均凹设有卡置槽245，两个卡置槽245与回流风洞法兰241的中心孔连通形成与前述的风洞实验件100形状相匹配的工字型的实验件卡置腔246，即是与风洞实验件100实现通用互换的互换性接口，进而达到便捷的更换系列化风洞实验件100的效果。互换连接结构4夹层式的法兰连接设计，使得连接处空气的泄漏量达到最少，同时，通过通过多个薄片结构件的连接，很大程度上耗散了来自于直流式风洞23产生的振动，系统运行的稳定性更加。法兰螺母可以配套弹簧垫片使用，回流风洞法兰241和直流风洞法兰242的接触面之间，还可以设置一定厚度的密封材料，如1.5mm硅胶垫片247，可以保证连接的气密性，同时也能进一步起到减震的作用。
更换风洞实验件100时，打开互换连接结构4就能方便的更换装配好的实验件，且互换连接结构4的两个法兰(回流风洞法兰241和直流风洞法兰242)上设置的卡置槽245以及形成的实验件卡置腔246，使两个法兰对接时能够空出足够的空间用来夹放风洞实验件100，操作方便快捷，且具有良好的气密性和减震性，最大限度的满足了实验件安装的互换性。
回流式热风洞21和直流式风洞23的连接部分，除了有气密性要求外，还要保证两个风洞系统运作时互不影响，即需要尽量避免因为相互连接而产生相互振动影响的问题，盖因振动不仅仅影响叶片内外部气流流动，给实验带来误差，振动幅度过大还可能会将风洞实验段211撕扯破裂，造成严重损失。通常这种振动都是由直流式风洞23产生而传递到回流式风洞21的风洞实验段211的，前述的风洞系统200虽然已经具备有减小这种振动的功能，但还可以在振动源和振动传播路径上进行优化设计，以达到进一步减弱振动的效果。
考虑到振动主要是直流式风洞23的风机231造成的，本实施例中将直流式风洞23的风机231和风洞管道232分割成两个部件进行组装，并在二者的连接处设置橡胶圈233，以此削弱一部分振动。同时，将直流式风洞23和稳压箱22通过刚柔性转换连接结构25连接，以实现在振动传播路径上削弱振幅的功能；配合前述弹簧垫片和硅胶垫片247对局部振动的减弱效果，通过多级减震的结构有效地解决直流式风洞23的振动。
参见图8，本实施例中的刚柔性转换连接结构25，包括：胶皮套管251和钢套管232，该胶皮套管251的两端分别密封连接在直流式风洞23和稳压箱22的开口上，使二者柔性连接；钢套管252由沿钢套管252的中心线轴向分开的两个半套管253组成，两个半套管253通过套管螺栓254可拆卸的套置到胶皮套管251之外，且钢套管252的长度大于胶皮套管251的长度，使两半套管253通过套管螺栓254连接时在胶皮套管251之外形成刚性固定，进而将直流式风洞23和稳压箱22之间的柔性连接转换成刚性连接，且同时实现了减震、防爆、伸缩等多项功能。
使用上述的刚柔性转换连接结构25，更换风洞实验件100时，不需要移动整个直流式风洞23系统，只需要打开互换连接结构24的螺栓连接，并将刚柔性转换连接结构25的钢套管252打开，使直流式风洞23和稳压箱22之间变成柔性连接，就可以直接将稳压箱22向后拉，从而将稳压箱22与风洞实验段211脱离，留出足够的空间来拆装更换风洞实验件100；实验者只需要移动稳压箱22之前的部分结构，就能实现风洞实验件100的更换，，多组系列化实验提供了极大的便利。风洞实验件100更换完成后，将稳压箱22向前推使互换连接结构4的两个法兰对接组装固定，之后安装上钢套管252即能将直流式风洞23与稳压箱22的连接变成刚性连接，即能完成整个风洞实验件100的更换操作，进而进行风洞实验，大幅降低了复合冷却元件级风洞实验的成本，同时也提升了实验精度和实验效率。
综上所述，采用上述技术方案的具有互换性的风洞实验件及其风洞系统，其风洞实验件的结构能够能够满足将不同外形尺寸和结构形式的涡轮叶片元件级系列化实验件安装在同一个实验段上的要求，且其风洞系统使多种规格的实验件能够在同一个风洞、同一个实验段上组装和互换，并具有极佳的气密性和减震性，大幅降低了复合冷却元件级风洞实验的成本，同时也提升了实验精度和实验效率。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种具有互换性结构的风洞实验件，包括：有序排布有多个气膜孔的靶板，以及安装在靶板一面上的冲击板，所述冲击板上对应靶板的每个气膜孔开设有通风孔，其特征在于，
所述冲击板的两面都设置有凹槽，所述通风孔均开设在所述凹槽内，所述靶板通过螺栓固定到冲击板的一面上，所述冲击板的背离靶板一面设置一钢圈，所述钢圈的内环面位于凹槽之外；所述靶板和钢圈的四周均突出于对应一侧的冲击板的边沿。
2.根据权利要求1所述的具有互换性结构的风洞实验件，其特征在于，
所述凹槽外侧的冲击板上环设有多个螺纹固定孔，所述气膜孔外侧的靶板上对应每个螺纹固定孔设置有螺栓连接孔，所述螺栓穿过螺栓连接孔螺接到对应的螺纹固定孔上。
3.根据权利要求2所述的具有互换性结构的风洞实验件，其特征在于，
所述螺栓连接孔为沉头孔，对应的，所述螺栓为沉头螺栓。
4.根据权利要求1所述的具有互换性结构的风洞实验件，其特征在于，
所述冲击板的设置钢圈一侧的凹槽的槽壁上，均匀开设有垂直贯通到冲击板的四个侧面的连接孔，所述钢圈通过所述连接孔连接到冲击板上。
5.一种风洞系统，其特征在于，使用权利要求1-4任一项所述的具有互换性结构的风洞实验件，还包括：回流式热风洞以及通过稳压箱连通到回流式热风洞的风洞实验段侧部的直流式风洞，所述稳压箱与风洞实验段通过互换连接结构可拆卸连接，所述具有互换性结构的风洞实验件可拆卸的安装于所述互换连接结构上。
6.根据权利要求5所述的风洞系统，其特征在于，
所述互换连接结构包括：连接在风洞实验段侧部开口上的回流风洞法兰以及连接在稳压箱端部的直流风洞法兰，所述直流风洞法兰上环设有多个法兰连接孔，所述回流风洞法兰上设置有对应每个法兰连接孔向外凸出的法兰螺杆，所述法兰螺杆穿过法兰连接孔后通过法兰螺母固定；所述回流风洞法兰和直流风洞法兰的面向风洞实验段的面上均凹设有卡置槽，两所述卡置槽与回流风洞法兰的中心孔连通形成与风洞实验件形状相匹配的工字型的实验件卡置腔。
7.根据权利要求6所述的风洞系统，其特征在于，
所述回流风洞法兰和直流风洞法兰的接触面之间设置有硅胶垫片。
8.根据权利要求6所述的风洞系统，其特征在于，
所述法兰螺母配套弹簧垫片使用。
9.根据权利要求6-8任一项所述的风洞系统，其特征在于，
所述直流式风洞和稳压箱通过刚柔性转换连接结构连接；所述刚柔性转换连接结构包括：胶皮套管和钢套管，所述胶皮套管的两端分别密封连接在直流式风洞和稳压箱的开口上，所述钢套管包括沿钢套管的中心线轴向分开的两个半套管，两所述半套管通过套管螺栓可拆卸的套置到所述胶皮套管之外，且钢套管的长度大于胶皮套管的长度。
10.根据权利要求8所述的风洞系统，其特征在于，
所述直流式风洞的风机和风洞管道分体设置，并在二者的连接处设置橡胶圈。
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