静态不均匀涡轮叶尖间隙下发动机性能分析#br#

中国民航大学学报 ›› 2020, Vol. 38 ›› Issue (4): 17-20，36.

静态不均匀涡轮叶尖间隙下发动机性能分析#br#

曹惠玲，汪晗

中国民航大学航空工程学院，天津300300

出版日期:2020-08-27 发布日期:2020-08-27
作者简介:曹惠玲（1962—），女，河北唐山人，教授，博士，研究方向为航空发动机状态监控、故障诊断和性能分析.
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项（3122014D010）

Engine performance analysis under static uneven tip clearance#br#

CAO Huiling, WANG Han#br#

College of Aeronautical Engineering, CAUC, Tianjin 300300, China

Online:2020-08-27 Published:2020-08-27
Supported by:

摘要/Abstract

摘要： 孔探图像显示高压涡轮叶片前缘与罩环之间摩擦严重，对发动机性能影响较大，研究发现热态下HPT 部件前后缘会产生不均匀膨胀变形。调整CFM56 型航空发动机静态下HPT 前缘磨削角度，使叶顶部位前后缘产生不均匀间隙并进行试车实验。利用三维湍流数值方法模拟高压涡轮流场，计算发动机工作状态下的高压涡轮效率以及整机热效率，结合维修与试车实验数据，分析发动机关键性能参数，研究静态不均匀叶尖间隙对涡轮效率以及发动机性能的影响。结果表明院采用不均匀叶尖间隙维修方案可减少罩环磨损并有效提高高压涡轮部件及整机性能。

关键词: 不均匀叶尖间隙, 高压涡轮, 发动机性能, 数值模拟

Abstract: Turbine tip clearance has great influence on engine performance. Borescope inspect image shows that the friction between the leading edges of HPT blade and shroud is severe, and the engine performance keeps low. It is found that the leading and trailing edges of HPT produce uneven expansion deformation under hot state. HPT leading edge grinding angle is adjusted in CFM56 aero -engine under static condition to produce uneven clearance between leading and trailing edges of blade tip position and to carry out the test. 3D turbulence numerical simulation is used to simulate the flow field of HPT and calculate its efficiency as well as thermal efficiency of the whole engine under working state. The key performance parameters are analyzed and the influence of static uneven tip clearance on turbine efficiency and engine performance is studied in combination with maintenance and test data. Result shows that the uneven tip clearance maintenance scheme can reduce the friction of shroud and effectively improve the performance of high-pressure turbine components and the engine.

Key words: uneven tip clearance, HPT, engine performance, numerical simulation

中图分类号:

V263.6

曹惠玲, 汪晗. 静态不均匀涡轮叶尖间隙下发动机性能分析#br#[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(4): 17-20，36.

CAO Huiling, WANG Han. Engine performance analysis under static uneven tip clearance#br#[J]. Journal of Civil Aviation University of China, 2020, 38(4): 17-20，36.

参考文献 18

[1]	常志勇, 曲胜, 黎旭. 发动机主动间隙控制系统的应用及发展趋势[J]. 航空发动机, 2014, 40(6): 73-78.
[2]	李钰洁, 刘永葆. 叶顶间隙对高压涡轮动叶应力影响的数值研究[J].航空动力学报, 2014, 29(7): 1695-1700.
[3]	郭淑芬, 徐波. 温度与转速对涡轮叶尖径向间隙的影响[J]. 推进技术, 2000, 21(4): 51-53.
[4]	岂兴明, 朴英, 祝剑虹, 等. 某型航空发动机高压涡轮叶顶间隙三维数值[J]. 航空动力学报, 2008, 23(5): 904-908.
[5]	WISEMAN M W, GUO T H. An investigation of life extending control techniques for gas turbine engines[C]//American Control Conference,Arlington, VA, USA, June 25-27, 2001, 5: 3706-3707.
[6]	任富山, 刘永葆, 贺星, 等. 多工况下燃气轮机高压涡轮叶顶间隙对涡轮效率的影响[J]. 燃气轮机技术, 2016, 29(4): 32-36.
[7]	漆文凯, 陈伟. 某型航空发动机高压涡轮叶尖间隙数值分析[J].南京航空航天大学学报, 2003, 35(1): 63-67.
[8]	廉筱纯, 吴虎. 航空发动机原理[M]. 西安: 西北工业大学出版社,2005: 134-141.
[9]	王大磊, 朴英. 叶尖间隙高度对某高压涡轮级损失分布的影响[J].航空动力学报, 2012, 27(1): 169-175.
[10]	曲成家, 李钰洁, 刘永葆. 进口热斑存在时叶顶间隙对涡轮效率影响的数值计算[J]. 燃气轮机技术, 2016, 29(2): 41-47.
[11]	房友龙, 刘永葆, 余又红, 等. 热和离心力耦合作用下燃气涡轮叶顶间隙变化[J]. 海军工程大学学报, 2011, 23(3): 22-25.
[12]	NHO Y C, PARK J S, LEE Y J, et al. Effects of turbine blade tip shape on total pressure loss and secondary flow of a linear turbine cascade[J].International Journal of Heat and Fluid Flow, 2012, 33(1): 92-100.
[13]	牛茂升, 臧述升, 黄名海. 间隙高度对涡轮叶顶间隙流动的影响[J].工程热物理学报, 2008, 29(6): 935-939.
[14]	周治华, 陈绍文, 兰云鹤, 等. 叶顶间隙对某涡轮级流场及气动性能影响的数值研究[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(5): 1176-1182.
[15]	高杰, 郑群, 刘云宁, 等. 涡轮叶片叶顶间隙变化减敏研究[J].航空动力学报, 2015, 30(11): 2638-2646.
[16]	李广宁. 三维N-S 方程数值求解及S-A 湍流模型应用研究[D]. 西安: 西北工业大学, 2006.
[17]	王大磊. 跨音速高压涡轮转子叶尖间隙泄漏流动及控制方法研究[D]. 北京: 清华大学, 2012.
[18]	ZHOU CHAO, HODSON H. The tip leakage flow of an unshrouded high pressure turbine blade with tip cooling[J]. Journal of Turbomachinery,2011, 133(4): 041028.1-041028.12.