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《某3級風扇試驗流場診斷及性能優(yōu)化》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、74航空發(fā)動機第41卷r薩—習P——司一i卜蝰劍鯔i銦1一進氣流量管；2一前擴壓段；3一進氣節(jié)氣門；4一擴壓段；5一蜂窩；6一整流網(wǎng)；7一穩(wěn)壓箱；8一試驗件；9一排氣節(jié)氣門；10一排氣蝸殼；1l一扭軸；12一增速器；13一動力系統(tǒng)圖1單軸雙涵壓氣機試驗器1．2試驗件以雙涵道3級風扇為壓氣機試驗件，氣流經(jīng)風扇增壓后，通過中介機匣分別從試驗器的內(nèi)、外涵排氣道排出。風扇進口導葉通過液壓伺服系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，第1、2級靜子通過更換角度規(guī)實現(xiàn)調(diào)節(jié)，停車后可在設計角度基礎上進行±3。、±60的調(diào)節(jié)。1．3測試系統(tǒng)及測點分布壓力測試系統(tǒng)采用Psl8400和DSA一3217模塊，誤差不大
2、于0．2％。溫度測量采用T型熱電偶和鉑電阻結合NEFF470模塊，誤差為±1K。風扇物理流量、出口內(nèi)涵流量分別采用進口流量管、文丘里噴嘴測量，前者精度為±0．5％。試驗件測點分布如圖2所示。測點數(shù)量及類型：進口為2支7點帶套總壓管；出口為6支15點總壓耙和6支6點總溫探針；進、出口及各級葉排前后各分布2點壁面靜壓測點；各級靜子有級間總壓和總溫測點，每級溫度和壓力各10點，同一徑向位置為2點，采用等環(huán)面法進行分布口-3】。、—坤，—／進口總壓廠，，／，、、一4一。●一，●圖2試驗件測點分布2試驗過程及結果分析2．1試驗過程試驗過程分初始設計狀態(tài)性能檢驗和第1、2級靜葉角度優(yōu)化試驗2個階段
3、。2．2優(yōu)化前試驗階段第1階段試驗設計轉速性能如圖3所示(文中所有圖的性能數(shù)據(jù)均與設計點指標做歸一化處理)。隨著反壓提高，在流量尚未拐頭、效率尚無下降趨勢時即發(fā)生喘振。對3級風扇而言，該等轉速特性線太過陡峭，幾乎沒有流量裕度，推測級匹配出現(xiàn)問題，即某級在其他級尚處在較好狀態(tài)時提早偏離設計工況進入不穩(wěn)定狀態(tài)，導致提前發(fā)生喘振M。該試驗件流量、效率略低，喘振裕度更是遠低于設計預期。根據(jù)目前所掌握的試驗數(shù)據(jù)，從級間壁面靜壓和級間總壓人手進行流場診斷和級性能分析。jE-，¨√：線旃I々”}t鳩mI’B波汁j々速·世圖3第1階段試驗設計轉速性能各級壁面靜壓比分布如圖4所示。從圖中可見，流量由大到
4、小為試驗狀態(tài)從堵點到喘點的過程。3級轉子級特性表明，第1、2級轉子負荷幾乎相近，明顯高于第3級轉子的，但第2級轉子負荷偏大；從各級轉子近喘點壓比變化可見，第l級轉子近喘點時壓比增大，第3級轉子的持平，只有第2級轉子壓比在近喘點前突然減小。初步判定第2級轉子因負荷太大增壓能力已達極限，喘振的誘因就在該級【q。IGV及其他3排靜子性能未見明顯異常。CV—+一旃：級轉蚤1話j級1●、點f娟l季_二一簍i貔零≯、、丁I喘點堵點09968(199700997209974()9976O99780998()09982O9984流{吐圖4第1階段試驗各級壁面靜壓比㈣嘶㈣嘶㈣幡㈣丑趟第4期高飛龍等：某3
5、級風扇試驗流場診斷及性能優(yōu)化75為驗證壁面靜壓分析結果，對級間總壓比進行分析，如圖5所示。從圖中可見，流量由大到小為試驗狀態(tài)從堵點到喘點的過程。此級為該級轉子和前級靜子。由于級組總壓升全部由轉子提供，靜子只有少量損失，可近似認為是轉子間總壓比。一札’11圖5第1階段各級間總壓比第2級轉子葉尖和中上位置在接近喘點時壓比明顯減小，結合靜壓比變化，判斷第2級轉子中上部位在大攻角狀態(tài)下流動惡化，在葉片吸力面很可能發(fā)生較大分離，最終導致整體流動失穩(wěn)。由此確定優(yōu)化的方向應為減少第2級轉子的負荷，特別是中上位置，即通過調(diào)整第1級靜子的安裝角以減小第2級轉子的攻角，來抑制近喘點時出現(xiàn)的流動分離。調(diào)整第
6、1級靜子減小第2級轉子攻角的同時會增大第1級轉子的負荷，對級間壁面靜壓和級間總壓的分析都表明，第1級轉子仍存在較強增壓潛力，該調(diào)整方案能進一步開發(fā)第l級轉子的加功能力。級間總壓比還表明，第3級轉子中下部在近喘點時壓比顯著減小，可能是受上游失穩(wěn)氣流影響所致，但更可能是負荷偏大的表現(xiàn)，故采取該方式調(diào)節(jié)第2級靜子，適當減小該級負荷n砌。2．3優(yōu)化后試驗階段根據(jù)級間流場診斷結果，對試驗件第l、2級靜子進行相應調(diào)整，將第1、2級靜子安裝角在原基礎上分別減小6。、30。在增大第1級轉子負荷、減小第2、3級轉子負荷的條件下進行了第2階段試驗。在設計轉速下第1、2階段總性能對比如圖6所示。從圖中可見，
7、經(jīng)過性能優(yōu)化，在設計轉速下的流量幾乎沒有減少，效率、裕度約分別提高了l和7．5個百分點，達到設計要求，實現(xiàn)性能優(yōu)化。增加的裕度全部來自于流量裕度，表明第2級轉子負荷減小后，風扇整體流通能力得到極大提升。圖6第1、2階段總性能對比第2階段試驗各級壁面靜壓比分布如圖7所示。從圖中可見，第l級負荷增大，進喘前靜壓比減小，得到了挖掘。第2、3級負荷減小，進喘前靜壓比未減小，達到了性能優(yōu)化的初衷?！‘lJv4¨u、fJ‘，h_lV”¨XIJ‘J‘，ll
