葉尖間隙對(duì)微渦輪葉柵內(nèi)流影響機(jī)理與葉尖逆向渦控研究

(1)將新型非接觸式壓敏涂料測(cè)壓技術(shù)應(yīng)用在毫米尺度流場(chǎng)領(lǐng)域,自主研制該測(cè)壓系統(tǒng)的部分子系統(tǒng),包括設(shè)計(jì)基于LED陣列的激發(fā)光源系統(tǒng)、加裝顯微放大系統(tǒng)、噴涂及熱處理設(shè)備;設(shè)計(jì)了壓敏涂料測(cè)壓技術(shù)的標(biāo)定系統(tǒng)并完成典型壓敏涂料的標(biāo)定實(shí)驗(yàn);建立了一套完整的適用于毫米尺度流場(chǎng)領(lǐng)域的壓敏涂料測(cè)壓系統(tǒng),應(yīng)用該測(cè)壓系統(tǒng)研究了毫米尺度微渦輪葉柵低雷諾數(shù)及葉尖間隙對(duì)吸力面壓力的影響。該系統(tǒng)在自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),表明系統(tǒng)具有較好的線性度、重復(fù)性和較高的測(cè)量精度。

(2)以數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合的方法研究了毫米尺度微渦輪葉柵低雷諾數(shù)流動(dòng)特征,揭示了微葉柵通道主要二次流的形成、發(fā)展及其相互作用;毫米尺度葉柵低雷諾數(shù)時(shí)通道渦中心總壓損失明顯高于常規(guī)尺度葉柵,通道渦沿程在柵距方向的影響范圍明顯增加;在10%軸向弦長(zhǎng)之后毫米尺度微葉柵擬S3截面平均總壓損失大于常規(guī)尺度葉柵,且60%軸向弦長(zhǎng)之后平均總壓損失急劇上升,遠(yuǎn)超常規(guī)尺度葉柵。在分析惡劣應(yīng)用條件和葉尖間隙主動(dòng)調(diào)控對(duì)間隙測(cè)量技術(shù)提出的要求的基礎(chǔ)上，本文提出了基于葉尖定時(shí)的葉尖間隙測(cè)量方案，建立了系統(tǒng)測(cè)量模型。

(3)研究了葉尖間隙對(duì)毫米尺度微渦輪葉柵流場(chǎng)的影響及其影響機(jī)理,發(fā)現(xiàn)葉尖間隙內(nèi)葉片前部氣流在吸力面出口已摻混均勻,而在葉片后部速度沒(méi)有完全摻混,出口為混合速度層;隨著葉尖間隙增大,葉尖泄漏流量成比例增加,葉片受到的周向載荷減小,M1=0.1時(shí),葉尖間隙每增加1%,葉尖泄漏流量平均增加17.5%,周向載荷平均降低2%。研究結(jié)果表明:葉尖區(qū)域由于間隙泄漏流動(dòng)會(huì)形成間隙分離渦和間隙泄漏渦。壓敏涂料測(cè)壓技術(shù)對(duì)不同葉尖間隙吸力面的測(cè)量結(jié)果表明5%葉尖間隙吸力面壓力分布與10%、15%葉尖間隙吸力面壓力分布明顯不同,在吸力面后部靠近葉頂處出現(xiàn)高壓力區(qū)域,與其他間隙時(shí)泄漏形成的低壓區(qū)現(xiàn)象相反。

通過(guò)電液比例定位系統(tǒng)改變轉(zhuǎn)子位置以實(shí)現(xiàn)葉尖間隙主動(dòng)控制的新方法

采用高帶寬(100kHz)電渦流傳感器，基于真實(shí)機(jī)組葉尖間隙測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在不同轉(zhuǎn)速下開(kāi)展慮及轉(zhuǎn)子振動(dòng)及軸位移的的葉尖間隙測(cè)量實(shí)驗(yàn)。文中提出通過(guò)電液比例定位系統(tǒng)改變轉(zhuǎn)子位置以實(shí)現(xiàn)葉尖間隙主動(dòng)控制的新方法。3、設(shè)計(jì)了靜態(tài)葉尖間隙信號(hào)的高精度放大與處理電路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)靜態(tài)間隙信號(hào)的有效測(cè)量,并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用多組比值的曲面擬合,在一定測(cè)量范圍內(nèi)消除了葉片葉尖傾角變化對(duì)間隙測(cè)量的影響。電液比例定位系統(tǒng)具有尺寸小、響應(yīng)快、載荷剛度良好、輸出可觀及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)主動(dòng)控制領(lǐng)域。通過(guò)優(yōu)化葉頂與機(jī)匣內(nèi)表面的幾何形狀，將葉尖間隙與轉(zhuǎn)子的軸位移相關(guān)聯(lián)。在不同轉(zhuǎn)速條件下，基于比例積分控制規(guī)律得到電液比例定位系統(tǒng)的電壓或電流與葉尖間隙的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，葉尖間隙隨轉(zhuǎn)速的升高逐漸減小，且相對(duì)誤差不超過(guò)20％。后，開(kāi)展了葉尖間隙測(cè)量及主動(dòng)控制的精度分析與誤差分析。

正則比例實(shí)模態(tài)葉片阻尼識(shí)別方法

借助具有黏性阻尼的n自由度系統(tǒng)振動(dòng)微分方程，推導(dǎo)了正則比例實(shí)模態(tài)葉片阻尼識(shí)別方法，并分析了該方法的識(shí)別誤差。(2)以數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合的方法研究了毫米尺度微渦輪葉柵低雷諾數(shù)流動(dòng)特征,揭示了微葉柵通道主要二次流的形成、發(fā)展及其相互作用。隨后，借助西門子LMS Test.Lab測(cè)試軟件，通過(guò)建模、通道設(shè)置、錘擊示波、錘擊設(shè)置、測(cè)試、數(shù)據(jù)驗(yàn)證及模態(tài)識(shí)別等步驟，獲得了某靜止葉片的階模態(tài)振型。并借助高斯擬合得到了測(cè)試葉片的頻率-阻尼比特性曲線，且具有較好的擬合效果。后，分析了入口氣體擾流激振法、壓電陶瓷激勵(lì)法、電磁激勵(lì)法及聲波激勵(lì)法等幾種旋轉(zhuǎn)葉片激振方案的優(yōu)劣，并基于真實(shí)機(jī)組葉尖間隙測(cè)量與主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)制定了相應(yīng)的葉片阻尼識(shí)別實(shí)驗(yàn)方案。

磁鐵吸合的工作臺(tái)要擦拭干凈

測(cè)量中的注意事項(xiàng)：①因?yàn)榇藴y(cè)量是精密測(cè)量，精度是 在0.001mm的范圍內(nèi)，首要注意千分表的指針要與測(cè)量面相垂 直，讀數(shù)時(shí)目視方向與表盤相垂直，以保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。根據(jù)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)葉片設(shè)備葉尖間隙的結(jié)構(gòu)特征與測(cè)量需要,建立了具有矢量特性的葉片點(diǎn)陣模型。②在 測(cè)量的過(guò)程中，指針需持續(xù)壓在檢測(cè)面上，不能離開(kāi)零件，直到 測(cè)量完畢，避免表針離開(kāi)工件時(shí)，再次壓到檢測(cè)面時(shí)會(huì)發(fā)生震 動(dòng)，使誤差加大。③磁鐵吸合的工作臺(tái)要擦拭干凈，以免吸合不 穩(wěn)發(fā)生表座移動(dòng)，影響測(cè)量精度。