燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，透平叶片试验主流系统由依次连接的离心空气压缩机、主流进气放空阀、主流空气过滤器、进气调节阀、主流流量喷嘴、主流空气电加热器、金属膨胀节、燃烧器、过渡段、透平叶片试验段、排气段、排气减温器、消音塔组成；冷却空气系统包括依次连接的罗茨鼓风机、冷却空气放空阀、冷却空气过滤器、冷却空气调节阀、文丘里流量计、冷却空气热交换器，冷却空气热交换器连接透平叶片试验段；冷却水系统包括冷却塔，冷却塔为过渡段和排气段双层管壳体提供冷却水，冷却过渡段与排气段后的水输送回冷却塔；冷却塔还连接补水管道。本发明专利技术可以准确、方便、低成本地进行燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种重型燃气轮机透平叶片的降温等膨胀比冷却效果试验装置及其参数设计方法，属于燃气轮机

技术介绍
重型燃气轮机的透平叶片，内部冷却采用内部腔室射流冲击冷却、带肋通道强化传热和绕柱强化传热技术，透平叶片外表面冷却采用气膜冷却技术。透平叶片冷却技术十分复杂，新研制的重型燃气轮机透平叶片，需要进行透平叶片冷却效果试验验证，透平叶片冷却效果试验是燃气轮机高温透平叶片研制的必要环节。对于重型燃气轮机的透平叶片，采用全温全压冷却效果试验装置或全温等膨胀比冷却效果试验装置，测量的透平叶片基体金属壁温，可以表征透平叶片的实际工作温度，但透平叶片全温全压冷却效果试验与全温等膨胀比冷却效果试验装置及试验装置建造费用和试验用电费用昂贵。在透平叶片的研制早期阶段，急需对不同冷却结构方案的镍基合金透平叶片开展降温等膨胀比冷却效果验证试验，为透平叶片冷却结构优化设计提供依据。在透平叶片的研制后期阶段，依据降温等膨胀比冷却效果验证优选的透平叶片冷却结构设计方案，再开展单晶或定向结晶的透平叶片研制并进行相应的冷却效果试验。中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所已经申请专利技术专利“一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法”，申请号201010586727.4，给出了带有热障涂层的航空发动机涡轮叶片冷却效果与隔热效果的测定方法。中国燃气涡轮研究院已经申请的技术专利“一种涡轮导叶冷效试验的装夹结构”，申请号201420165432.3，给出了航空发动机涡轮导叶冷效试验采用的导叶装夹结构。与航空发动机相比，重型燃气轮机的特点是功率大、透平叶片尺寸大、透平叶片运行寿命长，透平叶片冷却结构设计与冷却效果试验的技术难度大。现有技术和公开文献报道，没有重型燃气轮机透平叶片的降温等膨胀比冷却效果试验装置及参数设计方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种重型燃气轮机透平叶片的降温等膨胀比冷却效果试验装置，可以用来进行重型燃气轮机透平静叶片的冷却效果试验，也可以进行重型燃气轮机透平动叶片的静态冷却效果试验。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：包括透平叶片试验主流系统、叶片冷却空气系统和冷却水系统；透平叶片试验主流系统由依次连接的离心空气压缩机、主流进气放空阀、主流空气过滤器、进气调节阀、主流流量喷嘴、主流空气电加热器、金属膨胀节、燃烧器、过渡段、透平叶片试验段、排气段、排气减温器、消音塔组成；冷却空气系统包括依次连接的罗茨鼓风机、冷却空气放空阀、冷却空气过滤器、冷却空气调节阀、文丘里流量计、冷却空气热交换器，冷却空气热交换器连接透平叶片试验段；冷却水系统包括冷却塔，冷却塔为过渡段和排气段的双层管壳体提供冷却水，冷却过渡段与排气段后的水还输送回冷却塔；冷却塔还连接补水管道。优选地，通过离心空气压缩机为透平叶片试验段提供主流空气，通过调整主流进气放空阀与进气调节阀的开度来控制主流空气的流量与压力，通过主流空气过滤器防止主流空气中大颗粒杂质进入透平叶片试验段，通过主流流量测量主流空气流量，通过主流空气电加热器预热主流空气，通过金属膨胀节吸收进气管道的膨胀量。优选地，所述透平叶片试验段由透平试验叶片和位于透平试验叶片外侧的透平叶片试验段壳体组成；透平试验叶片的材料化学成分与实际透平叶片完全相同；透平叶片试验段壳体为双层壳体，且双层壳体之间加装隔热材料。优选地，所述过渡段和排气段与所述透平叶片试验段壳体采用法兰螺栓结构连接，所述过渡段和排气段均为双层壳体，过渡段和排气段的双层壳体与所述冷却水系统连接，使双层壳体之间通过冷却水冷却。优选地，所述透平叶片试验段上设有3～11只全尺寸透平试验叶片，构成2～10个透平叶片流道；透平叶片试验段与叶片冷却空气系统连接，冷却空气从静叶片的顶部或动叶片的根部进入透平叶片内部冷却通道。优选地，所述排气减温器与冷却水系统连接，冷却水喷入排气减温器来降低排气温度；排气进入消音塔以降低噪音，再排入大气。优选地，通过所述罗茨鼓风机为透平叶片试验段提供冷却空气，通过调整所述冷却空气放空阀与冷却空气调节阀的开度来控制冷却空气的压力和流量，通过冷却空气过滤器防止冷却空气中大颗粒杂质进入透平叶片试验段，通过文丘里流量计测量冷却空气的流量，通过冷却空气热交换器调整透平叶片试验段入口的冷却空气温度。优选地，所述流流量喷嘴前面的直管段管道直径大于主流流量喷嘴后面的直管段管道直径；所述文丘里流量计前面的直管段管道直径大于文丘里流量计后面的直管段管道直径；更优选地，所述主流流量喷嘴前面设有20倍管道直径的直管段，主流流量喷嘴后面设有10倍管道直径的直管段。更优选地，所述文丘里流量计前面设有20倍管道直径的直管段，文丘里流量计后面设有10倍管道直径的直管段。优选地，所述透平叶片试验主流系统的全部进气管道及排气管道、叶片冷却空气系统的管道与冷却水的出水管道、透平叶片试验段壳体以及过渡段与排气段的壳体，外侧均装石棉保温套。更优选地，所述保温套外的壁温不超过50℃。优选地，通过主流空气电加热器预热主流空气达到160℃至300℃。优选地，在中间的所述全尺寸透平试验叶片基体上安装金属壁温测点，在主流空气电加热器与冷却空气热交换器的前后的管道上安装压力测点与温度测点，在过渡段上安装压力测点与温度测点。优选地，所述透平叶片试验主流系统与叶片冷却空气系统的具体参数设计方法，包括如下步骤：步骤一：选定试验段主流燃气总温步骤二：计算透平叶片试验段背压P1的公式为P1＝101325+ΔP(1)式中：ΔP——透平叶片试验段的排气压损；步骤三：计算透平叶片试验段膨胀比πg，L的公式为πg,L=πg,D=Pg,D*P1,D---(2)]]>式中：πg，D——透平叶片的设计膨胀比——透平叶片的设计总压P1，D——透平叶片的设计背压；步骤四：计算试验段主流燃气总压的公式为Pg,L*=P1×πg,L---(3)]]>式中：P1——透平叶片试验段背压πg，L——透平叶片试验段膨胀比；步骤五：计算试验段进口的主流燃气流量Gg，L的公式为Gg,L=Pg,L*Pg,D*×Gg,DTg,D*Tg,L*×ZpZp,D---(4)]]>式中：——试验段主流燃气总压——透平叶片的设计总压——试验段主流燃气总温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：包括透平叶片试验主流系统(4)、叶片冷却空气系统(5)和冷却水系统(6)；透平叶片试验主流系统(4)由依次连接的离心空气压缩机(7)、主流进气放空阀(8)、主流空气过滤器(9)、进气调节阀(10)、主流流量喷嘴(11)、主流空气电加热器(12)、金属膨胀节(13)、燃烧器(14)、过渡段(15)、透平叶片试验段(1)、排气段(16)、排气减温器(17)、消音塔(18)组成；冷却空气系统(5)包括依次连接的罗茨鼓风机(19)、冷却空气放空阀(20)、冷却空气过滤器(21)、冷却空气调节阀(22)、文丘里流量计(23)、冷却空气热交换器(24)，冷却空气热交换器(24)连接透平叶片试验段(1)；冷却水系统(6)包括冷却塔(28)，冷却塔(28)为过渡段(15)和排气段(16)的双层管壳体提供冷却水，冷却过渡段(15)与排气段(16)后的水还输送回冷却塔(28)；冷却塔(28)还连接补水管道。

【技术特征摘要】
1.一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：包括透平叶片试验主
流系统(4)、叶片冷却空气系统(5)和冷却水系统(6)；
透平叶片试验主流系统(4)由依次连接的离心空气压缩机(7)、主流进气放空阀(8)、主
流空气过滤器(9)、进气调节阀(10)、主流流量喷嘴(11)、主流空气电加热器(12)、金属膨胀
节(13)、燃烧器(14)、过渡段(15)、透平叶片试验段(1)、排气段(16)、排气减温器(17)、消音
塔(18)组成；
冷却空气系统(5)包括依次连接的罗茨鼓风机(19)、冷却空气放空阀(20)、冷却空气过
滤器(21)、冷却空气调节阀(22)、文丘里流量计(23)、冷却空气热交换器(24)，冷却空气热
交换器(24)连接透平叶片试验段(1)；
冷却水系统(6)包括冷却塔(28)，冷却塔(28)为过渡段(15)和排气段(16)的双层管壳
体提供冷却水，冷却过渡段(15)与排气段(16)后的水还输送回冷却塔(28)；冷却塔(28)还
连接补水管道。
2.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：通
过离心空气压缩机(7)为透平叶片试验段(1)提供主流空气，通过调整主流进气放空阀(8)
与进气调节阀(10)的开度来控制主流空气的流量与压力，通过主流空气过滤器(9)防止主
流空气中大颗粒杂质进入透平叶片试验段(1)，通过主流流量(11)测量主流空气流量，通过
主流空气电加热器(12)预热主流空气，通过金属膨胀节(14)吸收进气管道的膨胀量。
3.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所
述透平叶片试验段(1)由透平试验叶片(2)和位于透平试验叶片(2)外侧的透平叶片试验段
壳体(3)组成；
透平试验叶片(2)的材料化学成分与实际透平叶片完全相同；
透平叶片试验段壳体(3)为双层壳体，且双层壳体之间加装隔热材料。
4.如权利要求3所述的一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所
述过渡段(15)和排气段(16)与所述透平叶片试验段壳体(3)采用法兰螺栓结构连接，所述
过渡段(15)和排气段(16)均为双层壳体，过渡段(15)和排气段(16)的双层壳体与所述冷却
水系统(6)连接，使双层壳体之间通过冷却水冷却。
5.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所
述透平叶片试验段(1)上设有3～11只全尺寸透平试验叶片，构成2～10个透平叶片流道；
透平叶片试验段(1)与叶片冷却空气系统(5)连接，冷却空气从静叶片的顶部或动叶片
的根部进入透平叶片内部冷却通道。
6.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所
述排气减温器(17)与冷却水系统(6)连接，冷却水喷入排气减温器(17)来降低排气温度；排
气进入消音塔(18)以降低噪音，再排入大气。
7.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：通
过所述罗茨鼓风机(14)为透平叶片试验段(1)提供冷却空气，通过调整所述冷却空气放空
阀(20)与冷却空气调节阀(22)的开度来控制冷却空气的压力和流量，通过冷却空气过滤器
(21)防止冷却空气中大颗粒杂质进入透平叶片试验段(1)，通过文丘里流量计(23)测量冷
却空气的流量，通过冷却空气热交换器(24)调整透平叶片试验段(1)入口的冷却空气温度。
8.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片降温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所
述主流流量喷嘴(11)前面的直管段管道直径大于主流流量喷嘴(11)后面的直管段管道直
径；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：史进渊，王思远，谢岳生，汪勇，席会杰，陈蒙，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31