叶型接受孔耦合叶轮结构优化对涡轮预旋供气系统性能改进研究

预旋供气系统为燃气涡轮转子叶片提供高品质冷气。为改进预旋供气系统温降性能,基于预旋供气系统数学模型的理论推导,揭示出原模型温降性能不显著的影响机制和解决方法,提出一种动叶前缘式进口的叶型接受孔的优化模型,并评估优化前后预旋供气系统的热力学和气动特性。结果表明,预旋腔内转静部件匹配问题是影响系统性能的一个重要限制因素,动叶前缘式接受孔能够解决转静难以匹配的问题。在满足供气流量和供气压力的条件下,采用动叶前缘式接受孔的优化模型预旋腔压力由原模型的640.2kPa降至533.0kPa,降低了16.7%。系统温变由温升转为温降,温降效率由-30%增加至55%,温降变化范围达13.56K。比功耗由6720 J/kg降至3979J/kg,下降了40.8%。

叶型接受孔对高位预旋供气系统流动温降影响的实验研究

针对喷嘴与供气孔半径位置不匹配的预旋供气系统,设计了带有径向倾角的叶型接受孔,并进行了实验研究。实验同时在静子和转子上测量了系统各关键截面的压力、温度和流量,并与采用直跑道型接受孔的预旋供气系统性能进行了对比。结果表明:随流量比的增加,系统压比逐渐增大,系统温比逐渐降低;高流量比条件下,随旋转马赫数的增加,系统压比略有增加,系统温比随之降低;相较于采用跑道型接受孔的预旋供气系统,带叶型接受孔的预旋供气系统转子部件的流动损失明显减小;在设计点工况下,系统比功耗可降低23.9%,系统温降效率可提高13.7%,实验条件下的系统温降可达28.1 K,系统温降效率可达0.58。该叶型接受孔的设计思路可为喷嘴与供气孔半径位置不匹配的预旋供气系统进一步提升系统性能提供设计依据。