张剑

叶尖间隙对涡轮性能影响的计算与试验研究

张剑1，2

(1.南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016；2.中国燃气涡轮研究院，四川成都610500)

采用电容型叶尖间隙测量系统，在国内首次对单级涡轮级性能试验状态下的转子叶尖间隙进行了实时测量，并利用获得的叶尖间隙热态试验数据，完善了涡轮转子叶尖间隙计算方法。同时，开展了变叶尖间隙的涡轮级性能试验，总结了叶尖间隙对涡轮性能的影响规律。另外，还对试验方案进行了数值模拟，并与试验结果进行对比分析，进一步研究了叶尖间隙对涡轮性能的影响。结果表明，电容型叶尖间隙测量系统具有较高的准确性，利用该系统有助于掌握叶尖间隙真实变化规律，提高试验安全；通过对叶尖间隙实时测量，可正确评估涡轮性能随叶尖间隙的变化规律，具有较高的工程应用价值。

涡轮部件；叶尖间隙；动态测量；性能试验；数值模拟

1 引言

航空发动机涡轮转子叶尖间隙对发动机效率有着重要影响。为提高发动机性能，转子叶尖与机匣间的径向间隙应尽可能小，以减少因工作介质泄漏造成的损失；但间隙又不能太小，否则将可能产生叶尖与机匣碰磨，导致零部件损坏，影响发动机安全。径向间隙过大会使效率降低，涡轮前温度升高。据文献[1]介绍，叶尖间隙每增加叶片高度的1.0%，涡轮部件效率约降低1.5%，耗油率及全寿命费用相应增加。总之，间隙过大或过小对发动机都不利。

在设计中控制最佳间隙，对提高发动机性能、保证飞行安全尤为重要。……