葉尖間隙對微渦輪葉柵內(nèi)流影響機理與葉尖逆向渦控研究

(1)將新型非接觸式壓敏涂料測壓技術應用在毫米尺度流場領域,自主研制該測壓系統(tǒng)的部分子系統(tǒng),包括設計基于LED陣列的激發(fā)光源系統(tǒng)、加裝顯微放大系統(tǒng)、噴涂及熱處理設備;設計了壓敏涂料測壓技術的標定系統(tǒng)并完成典型壓敏涂料的標定實驗;建立了一套完整的適用于毫米尺度流場領域的壓敏涂料測壓系統(tǒng),應用該測壓系統(tǒng)研究了毫米尺度微渦輪葉柵低雷諾數(shù)及葉尖間隙對吸力面壓力的影響。該系統(tǒng)在自行設計的實驗臺架上進行多次實驗,表明系統(tǒng)具有較好的線性度、重復性和較高的測量精度。

(2)以數(shù)值模擬和實驗測量相結合的方法研究了毫米尺度微渦輪葉柵低雷諾數(shù)流動特征,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%軸向弦長之后平均總壓損失急劇上升,遠超常規(guī)尺度葉柵。在分析惡劣應用條件和葉尖間隙主動調(diào)控對間隙測量技術提出的要求的基礎上，本文提出了基于葉尖定時的葉尖間隙測量方案，建立了系統(tǒng)測量模型。

(3)研究了葉尖間隙對毫米尺度微渦輪葉柵流場的影響及其影響機理,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,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%。研究結果表明:葉尖區(qū)域由于間隙泄漏流動會形成間隙分離渦和間隙泄漏渦。壓敏涂料測壓技術對不同葉尖間隙吸力面的測量結果表明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,與其他間隙時泄漏形成的低壓區(qū)現(xiàn)象相反。

通過電液比例定位系統(tǒng)改變轉子位置以實現(xiàn)葉尖間隙主動控制的新方法

采用高帶寬(100kHz)電渦流傳感器，基于真實機組葉尖間隙測量實驗臺，在不同轉速下開展慮及轉子振動及軸位移的的葉尖間隙測量實驗。文中提出通過電液比例定位系統(tǒng)改變轉子位置以實現(xiàn)葉尖間隙主動控制的新方法。3、設計了靜態(tài)葉尖間隙信號的高精度放大與處理電路,實現(xiàn)了對靜態(tài)間隙信號的有效測量,并根據(jù)實測數(shù)據(jù)采用多組比值的曲面擬合,在一定測量范圍內(nèi)消除了葉片葉尖傾角變化對間隙測量的影響。電液比例定位系統(tǒng)具有尺寸小、響應快、載荷剛度良好、輸出可觀及操作簡單等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)主動控制領域。通過優(yōu)化葉頂與機匣內(nèi)表面的幾何形狀，將葉尖間隙與轉子的軸位移相關聯(lián)。在不同轉速條件下，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系。實驗結果表明，葉尖間隙隨轉速的升高逐漸減小，且相對誤差不超過20％。后，開展了葉尖間隙測量及主動控制的精度分析與誤差分析。

正則比例實模態(tài)葉片阻尼識別方法

借助具有黏性阻尼的n自由度系統(tǒng)振動微分方程，推導了正則比例實模態(tài)葉片阻尼識別方法，并分析了該方法的識別誤差。(2)以數(shù)值模擬和實驗測量相結合的方法研究了毫米尺度微渦輪葉柵低雷諾數(shù)流動特征,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測試軟件，通過建模、通道設置、錘擊示波、錘擊設置、測試、數(shù)據(jù)驗證及模態(tài)識別等步驟，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、壓電陶瓷激勵法、電磁激勵法及聲波激勵法等幾種旋轉葉片激振方案的優(yōu)劣，并基于真實機組葉尖間隙測量與主動控制實驗臺制定了相應的葉片阻尼識別實驗方案。

磁鐵吸合的工作臺要擦拭干凈

測量中的注意事項：①因為此測量是精密測量，精度是 在0.001mm的范圍內(nèi)，首要注意千分表的指針要與測量面相垂 直，讀數(shù)時目視方向與表盤相垂直，以保證檢測的準確性。根據(jù)渦輪發(fā)動機等旋轉葉片設備葉尖間隙的結構特征與測量需要,建立了具有矢量特性的葉片點陣模型。②在 測量的過程中，指針需持續(xù)壓在檢測面上，不能離開零件，直到 測量完畢，避免表針離開工件時，再次壓到檢測面時會發(fā)生震 動，使誤差加大。③磁鐵吸合的工作臺要擦拭干凈，以免吸合不 穩(wěn)發(fā)生表座移動，影響測量精度。