減渦器流阻特性計(jì)算分析-論文.pdf

《減渦器流阻特性計(jì)算分析-論文.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第27卷第3期《燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)》V0l_27No．32014年9月GASTURBINETECHNoL0GYSep．，2014減渦器流阻特性計(jì)算分析吳麗軍，陳瀟，鄧雙國，劉玉芳(中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海201108)摘要：民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)雙級高壓渦輪二級葉片冷卻用氣通常引自高壓壓氣機(jī)中間級，某些成熟發(fā)動(dòng)機(jī)如GE90渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片的供氣系統(tǒng)流路中，使用了減渦器結(jié)構(gòu)以降低壓力損失。本文介紹壓氣機(jī)盤腔管式減渦器引氣系統(tǒng)，包括減渦器原理、減渦器結(jié)構(gòu)等，重點(diǎn)分析了不同管長、不同引氣鼓筒孔以及不同進(jìn)口周向速度下氣流的流動(dòng)特性，并將三維分析結(jié)果與一維分析結(jié)果進(jìn)行對比。通

2、過分析得到，減渦管在一定管長下，流動(dòng)損失最小。鼓筒孔形狀、主流參數(shù)對最佳管長均存在影響。關(guān)鍵詞：空氣系統(tǒng)；減渦器；最佳管長中圖分類號：TK472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1009—2889(2014)03—0037—07隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，渦輪前溫度的發(fā)展，最終導(dǎo)致極大的壓降。這在空氣系統(tǒng)引氣不斷提高，對高壓渦輪葉片冷卻提出了更高的要求。中是不希望發(fā)生的。冷卻氣體通常是從壓氣機(jī)的適當(dāng)位置抽取空氣，通為減小氣流在壓氣機(jī)盤腔中壓力損失，可通過過發(fā)動(dòng)機(jī)主流道的內(nèi)側(cè)或外側(cè)各種流動(dòng)結(jié)構(gòu)元件減渦器結(jié)構(gòu)減小氣流預(yù)旋，如管式減渦器、孔式減渦(孔，管路，封嚴(yán)環(huán)和特定結(jié)構(gòu)形成

3、的通道等)引致渦器等。輪段，完成葉片冷卻、轉(zhuǎn)子靜子段輪緣封嚴(yán)等功能。由于空氣系統(tǒng)從主流道引氣，被引走氣流不參與發(fā)動(dòng)機(jī)做功，對于耗油率有重要影響。目前主流發(fā)動(dòng)機(jī)中，10％一30％的高壓壓氣機(jī)主流氣流被引去完成冷卻、封嚴(yán)等功能，因此，合理地安排引氣位圖1空氣系統(tǒng)內(nèi)流引氣及減渦器示意圖置，提高引氣利用率在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中十分重要。發(fā)動(dòng)機(jī)壽命很大程度上取決于熱端旋轉(zhuǎn)部件的1減渦器原理及形式介紹冷卻效果，因此希望空氣系統(tǒng)引氣溫度盡可能低；而氣流從主流通道引入壓氣機(jī)盤腔，徑向內(nèi)流的壓氣機(jī)又希望空氣系統(tǒng)引氣壓力盡可能低，以保證氣體主要受到慣性力、離心力和哥氏力作用，氣流在壓氣機(jī)效率

4、。因此，盡可能減小空氣系統(tǒng)沿程壓降漸縮通道內(nèi)向心的徑向速度會(huì)逐漸變大，若不加以是渦輪葉片冷卻供氣流路的關(guān)鍵。控制，則氣流以自由渦形式發(fā)展，產(chǎn)生很大的預(yù)旋，本文研究的是從高壓壓氣機(jī)主流道內(nèi)側(cè)引氣，導(dǎo)致其靜壓有很大的下降，對于空氣系統(tǒng)引氣極為氣流經(jīng)壓氣機(jī)盤腔徑向內(nèi)流，再經(jīng)過高壓壓氣機(jī)盤不利。為滿足葉片進(jìn)口冷氣壓力的要求，必須提高與軸之間形成通道，進(jìn)入高壓渦輪盤腔，再進(jìn)人二級引氣壓力，引氣位置將更靠后；如果在盤腔內(nèi)設(shè)置減動(dòng)葉冷卻葉片，對葉片進(jìn)行冷卻。如圖1所示。渦器，迫使氣流在特定的流路中徑向流動(dòng)，可大大地氣流從壓氣機(jī)主流道引入壓氣機(jī)盤腔中，存在減少壓降，特別是管式減渦

5、器，它使氣流的旋轉(zhuǎn)比在較強(qiáng)的預(yù)旋，若任其在壓氣機(jī)盤腔中以自由渦形式發(fā)展，則氣流在旋轉(zhuǎn)盤腔的帶動(dòng)下，預(yù)旋會(huì)得到極大管內(nèi)保持為1。在保證葉片進(jìn)口同等壓力條件下，引氣位置可以前移，引氣溫度也隨之降低。收稿日期：2013—11—26改稿日期：2014—01—06作者簡介：吳麗軍(1987一)，男，工學(xué)碩士，主要工作內(nèi)容為航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，E-mail：wulijunacae@163．tom。38燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)第27卷1．1減渦器結(jié)構(gòu)介紹減渦器裝置在國外發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛，如PW4000、GE90系列等。同時(shí)，減渦器結(jié)構(gòu)也各不相同。減渦器結(jié)構(gòu)有管式減渦器和無管減渦

6、器。為防止氣流以自由渦形式發(fā)展導(dǎo)致較大壓降，較為通用的方法則為添加徑向管，使氣流沿旋轉(zhuǎn)管徑向內(nèi)流，能有效減小壓降。添加旋轉(zhuǎn)管后，在保證管內(nèi)流動(dòng)沒有達(dá)到音速時(shí)，氣流損失主要為氣流進(jìn)出管時(shí)產(chǎn)生，圖2(b)為管式減渦器。(a)VR1(b)Ⅵ另一種則稱為無管減渦器，如圖2(a)，與在壓氣機(jī)盤腔中設(shè)置旋轉(zhuǎn)管不同，在盤腔適當(dāng)位置設(shè)置預(yù)旋噴嘴，預(yù)旋噴嘴的角度設(shè)置為與壓氣機(jī)盤旋轉(zhuǎn)方向相反，以此來抑制強(qiáng)自由渦的形成。(c)VR3(d)VR4圖3減渦器結(jié)構(gòu)【a)fb1“S”型曲線分布，并且會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)滯后現(xiàn)象，造成渦圖2無管減渦器和管式減渦器輪盤腔內(nèi)短暫的溫度超高現(xiàn)象。管式減渦器和無管

7、減渦器結(jié)構(gòu)各不相同，如圖3所示。在圖3(a)VR1中，減渦管固定在定位環(huán)上。通過定位環(huán)將壓氣機(jī)盤腔分為兩個(gè)腔室，以遏制強(qiáng)自由渦的形成。在圖3(b)VR2中，通過兩個(gè)定一t-i一位環(huán)將減渦管進(jìn)行固定，以此將壓氣機(jī)盤腔分割為；3個(gè)腔。中間腔室消除渦流，能有效地減小漩渦產(chǎn)低壓軸(’_低壓軸生，但由此帶來重量的增加。與長減渦管不同，將減渦管分為兩段，兩個(gè)定位環(huán)分別固定小段如圖3(c)(a)反旋孔式(b)管式VR3所示，但該類結(jié)構(gòu)在中間腔室會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)自由圖4減渦器結(jié)構(gòu)類型渦。圖3(d)則為無管減渦器，在上下兩個(gè)固定環(huán)上Peitsch等(2002)對安裝管式減渦器的旋轉(zhuǎn)設(shè)定徑向

8、傾斜噴嘴引