本發明屬于進氣濾清裝置中的慣性級葉片，具體涉及一種根據氣流含水量自動改變不同位置輸水槽尺寸及葉片厚度的慣性級葉片。

背景技術：

1、慣性級葉片是一種安裝于燃氣輪機進氣系統濾清裝置內的主要部件，用于濾除燃氣輪機吸入空氣中的固體、液體顆粒，以及鹽霧氣溶膠等雜質，主要以海洋環境中漂浮的鹽霧液體顆粒為凈化對象。隨著船舶向遠海、深海海域航行，船用燃氣輪機的使用環境變得更加惡劣。面對巨浪、暴雨等極端海況，燃氣輪機進氣中將摻雜大量的鹽霧液體顆粒，慣性級葉片的輸水凈化壓力將急劇增大。

2、慣性級葉片利用偏折的輸水槽結構捕捉并收集來流空氣中的液體顆粒，達到提升燃氣輪機進氣品質的目的。慣性級葉片的氣水分離效率與自身的結構有著密切的關聯，在進氣條件和自身結構不發生改變的情況下，葉片的氣水分離效率不會發生變化。當船舶航行遭遇極端惡劣海況時，大量液滴顆粒會在短時間內迅速進入船舶燃氣輪機進氣系統內部。如果慣性級葉片的分離能力沒有相應提升，隨著來流空氣中液體顆粒數量的急劇增加，通過慣性級葉片的液滴量也會隨之增大，這會導致輸水槽被液體堵塞，匯聚成液膜無法依靠重力下降捕集，短時間內無法排出，大大降低輸水槽捕捉和輸送液滴的能力。另一方面會出現液滴的“二次飛濺”現象，液滴在輸水槽外壁受高速氣流影響，被吹離慣性級葉片表面，再次與來流空氣摻混。這將嚴重影響燃氣輪機的進氣品質，威脅燃氣輪機的穩定、高效運行。

3、由慣性級葉片的設計原理可知，如果進氣濾清裝置使用具有較大尺寸輸水槽的慣性級葉片，較大尺寸的輸水槽可以解決大量液滴堵塞的問題，但其會產生較大的氣動阻力損失，無法滿足燃氣輪機日常運行對進氣總壓損失的要求。如果進氣濾清裝置使用具有一般尺寸輸水槽的慣性級葉片，在暴雨、巨浪等短時極端惡劣海況下，輸水槽堵塞將導致燃氣輪機進氣品質無法滿足要求。同時，如果進氣濾清裝置使用厚度較大、分離效率較高的慣性級葉片，當葉片的安裝位置固定不變時，厚葉片縮小了葉片間距，保證了慣性級葉片在進氣高含水量條件下具備較高的氣水分離效率，但在小水量條件下較大的氣動阻力損失，無法滿足燃氣輪機日常長期運行時對進氣總壓損失的要求。如果進氣濾清裝置使用厚度較小的慣性級葉片，在暴雨、巨浪等短時極端惡劣海況下，慣性級葉片氣水分離效率較低將導致燃氣輪機進氣品質無法滿足要求。因此，有必要在不明顯提升慣性級葉片阻力損失特性的基礎上，開發一種大量鹽霧液體顆粒進氣條件下可根據來流空氣中含水量多少，自動改變葉片厚度和輸水槽尺寸大小并且能夠快速輸送液體顆粒，持續捕捉吸附液滴顆粒的進氣濾清裝置慣性級葉片，從而保障燃氣輪機的穩定高效運行。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種根據氣流含水量自動改變不同位置輸水槽尺寸及葉片厚度的慣性級葉片，在大量鹽霧液體顆粒進氣條件下能夠快速輸送液體顆粒，持續捕捉并吸附液滴顆粒，保障燃氣輪機的進氣品質。

2、一種根據氣流含水量自動改變不同位置輸水槽尺寸及葉片厚度的慣性級葉片，包括進口導流板、出口導流板以及輸水單元；所述輸水單元有多組，包括過渡導流板和輸水槽；所述進口導流板、出口導流板以及各組輸水單元的過渡導流板均采用相同的三層夾芯形式，包括上金屬材料板材、中央芯層結構板材和下金屬材料板材，上金屬材料板材與下金屬材料板材上均布有微孔結構，中央芯層結構板材采用第一濕敏復合材料，當慣性級葉片所在區域中含水量超過第一濕敏復合材料的臨界值時，中央芯層結構板材僅在垂向發生尺寸變化，使慣性級葉片的葉片厚度發生變化；各組輸水單元的輸水槽分別采用不同的濕敏復合材料，當慣性級葉片所在區域中含水量超過相應濕敏復合材料的臨界值時，不同位置的輸水槽僅在長度方向上發生尺寸的變化。

3、進一步地，多組慣性級葉片面向氣流來流方向垂直排列，各組慣性級葉片間相互平行并保持間距，相鄰兩組慣性級葉片之間構成氣流通道，進口導流板和出口導流板平行于氣流來流方向布置，各輸水單元的輸水槽開口方向朝向氣流來流方向；越接近氣流通道出口的輸水槽，其采用的濕敏復合材料在相同條件下膨脹尺寸越大。

4、進一步地，所述進口導流板與過渡導流板之間的安裝夾角范圍為135°～165°；相鄰輸水單元的過渡導流板之間的安裝夾角范圍為90°～150°。

5、進一步地，初始狀態下，所述進口導流板、出口導流板以及各組輸水單元的過渡導流板的厚度均為l，上金屬材料板材與下金屬材料板件厚度相同，中央芯層結構板材的厚度l1為l1∈[0.3l,0.5l]，中央芯層結構板材在氣流含水量的影響下，厚度在l1～8.5l1范圍內自動調節。

6、進一步地，構成中央芯層結構板材的第一濕敏復合材料根據慣性級葉片的實際應用工況設計，若已知應用工況中氣流的最大含水量為xmax，則設計第一濕敏復合材料滿足以下形變公式：

7、

8、其中，y0(x)為第一濕敏復合材料的形變量，x為氣流的含水量；x1為使第一濕敏復合材料開始發生形變的臨界含水量，x1＝xmax/2.2；x2為第一濕敏復合材料的形變極限含水量，即x＞x2后第一濕敏復合材料不再繼續膨脹，x2＝xmax；a為第一濕敏復合材料的形變參數，a＝2.5±0.2。

9、進一步地，初始狀態下，所述各組輸水單元的輸水槽長度l2為l2∈[8l,10l]，在氣流含水量的影響下，各組輸水單元的輸水槽長度在l2～1.375l2范圍內自動調節。

10、進一步地，構成各輸水單元的輸水槽的濕敏復合材料根據慣性級葉片的實際應用工況設計，若已知應用工況中氣流的最大含水量為xmax，則設計輸水槽的濕敏復合材料滿足以下形變公式：

11、

12、其中，輸水槽的索引i根據輸水槽與進口導流板之間的距離，從小到大按順序依次排列；越接近出口導流板的輸水槽，其采用的濕敏復合材料在相同條件下膨脹尺寸越大；yi(x)為構成第i組輸水槽的濕敏復合材料的形變量，bi為第i組輸水槽的濕敏復合材料的形變參數，bi＝2+0.1(i-1)±0.15。

13、進一步地，所述輸水槽與過渡導流板之間設有過渡段，過渡段的長度為0.8l～l。

14、進一步地，所述進口導流板、出口導流板以及各組輸水單元的過渡導流板的外側壁面設有親水涂層和疏水涂層，親水涂層和疏水涂層以柵格形式間隔交錯布置；親水涂層用于吸附氣流中的水，并使其迅速匯聚成液滴，疏水涂層用于使液滴快速輸送排出，通過親水涂層和疏水涂層交錯布置的形式，增大液滴的捕捉面積，并在其匯聚形成大體積液滴前，利用疏水涂層特性將液滴輸送排出，防止二次飛濺現象的發生。

15、進一步地，所述親水涂層的厚度為0.15l～0.25l，高度方向邊長為l～1.5l，流向方向邊長為l～1.5l；所述疏水涂層的厚度為0.15l～0.25l，高度方向邊長為l～1.5l，流向方向邊長為0.8l～1.2l。

16、本發明的有益效果在于：

17、本發明能夠根據氣流中含水量的多少，自動改變葉片厚度和不同位置輸水槽的大小，通過改變慣性級葉片的間距和輸水槽尺寸進而調整慣性級葉片捕捉和輸送液滴能力的強弱，并解決了輸水槽堵塞問題，保證慣性級葉片在不同進氣含水量條件下的高效氣水分離效率。此外，通過改變不同位置輸水槽尺寸的大小，進一步提高慣性級葉片對小尺寸液滴的捕捉和輸送能力，提高慣性級葉片的氣水分離能力。同時，通過交錯布置的親水涂層和疏水涂層共同作用，將小液滴匯聚成大液滴，提高液體顆粒的捕捉與輸送效率，防止“二次飛濺”現象的發生。本發明具有結構簡單，加工便捷，高效可靠，成本低等優勢。