● 摘要
燃气入侵是指在燃气轮机的涡轮级中，外环主流高温燃气由于内外压力差经由轮缘封严侵入到内部转静盘腔中的现象。为阻止燃气入侵的发生，需要向盘腔内通入封严冷气。封严冷气过少，起不到封严作用；封严冷气过多，会降低燃气轮机整体效率。涡轮级中若发生燃气入侵，将导致盘腔过热，其使用寿命会大大减少。涡轮盘腔系统中封严气流的主要作用是对燃气进行密封，避免主流的高温燃气“入侵”或“倒灌”入盘腔而烧蚀转盘，从而使转盘工作在安全的温度条件下。发动机设计者们希望有一套系统的理论来帮助他们确定发动机的最小封严流量，这就需要进一步研究燃气入侵的过程。 燃气入侵现象较为复杂，受到主流雷诺数、旋转雷诺数、冷气流量、封严结构、动静叶干涉等多种因素影响，其形成机理还没有被很好的说明。本文采用实验的方法研究了燃气入侵发生的过程，为设计理解燃气入侵过程提供了一定的依据和指导。 本文在1.5级全环叶片涡轮旋转实验台上，研究带有主流的整级涡轮中燃气入侵发生的过程。制定了利用稳态压力测量和瞬态流场速度测量对入侵过程进行研究的实验方案，完成了实验台改造、调试和测试系统配备。实验分别观察了不同的主流雷诺数、旋转雷诺数情况下，主流的动、静叶相互作用对主流通道中压力的影响以及入侵到盘腔的燃气的流动特点。。 采用粒子成像速度仪(PIV)研究入侵时封严附近的速度场情况，通过 PIV获得的瞬态速度流场，通过径向速度分量的可以定性的甄别出入侵流动，并且在结合原始的粒子图像可以筛选出初始入侵流。通过对位于三个不同轴向位置的大量实验，发现动盘壁面附近出的效应会将腔内的气体甩出盘腔，主流气体几乎不可能沿着动盘壁面进入盘腔。其他两位置处都有入侵，并且流动相类似。入侵区域的流场是有较强烈的向内的径向速度。稳态压力实验表明：前腔和后腔叶片通道中压力的周向压力分布具有一定的周期性，并且不同轴向位置处有一定的相位变化（与动盘旋转方向一致）。