專利名稱：一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的研究領(lǐng)域，特別涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī) 渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。技術(shù)背景重型燃?xì)廨啓C(jī)是現(xiàn)代電廠的重要發(fā)電設(shè)備之一，燃?xì)膺M(jìn)口溫度越高，單機(jī)和聯(lián)合循環(huán)的熱效率越高。目前，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率已經(jīng)達(dá)到60%，燃?xì)廨啓C(jī)的透平入口溫度也已達(dá)i5oo°c，甚至更高。在能源緊缺的現(xiàn)代，提高燃?xì)廨啓C(jī)熱效率顯得尤為重要。但是，隨著燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)膺M(jìn)口溫度升高，燃機(jī) 渦輪葉片的強(qiáng)度與壽命就會(huì)急速下降，近幾十年來，透平入口燃?xì)鉁囟绕骄磕暝黾蛹s20°C，而金屬耐溫程度僅以每年約8°C的速度增加，約60%是依 靠冷卻技術(shù)的進(jìn)步來實(shí)現(xiàn)的。據(jù)美國NASA Langley研究中心統(tǒng)計(jì)，航空發(fā)動(dòng) 機(jī)的故障有60%出現(xiàn)在高溫部件，并有不斷上升趨勢；我國一些發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部 件的壽命則僅有幾百小時(shí)。造成該現(xiàn)象的主要原因除受材料和工藝水平約束 以外，缺少對(duì)高溫部件進(jìn)行有效冷卻也是重要原因。采用先進(jìn)的冷卻技術(shù)， 有利于調(diào)節(jié)和降低熱端部件內(nèi)部溫差，使高溫部件在遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其耐熱極限的 環(huán)境中工作，有利于提高其工作安全性和工作壽命。同時(shí)，可以降低冷卻氣 體使用量，有利于提高燃?xì)廨啓C(jī)的功率及工作效率。冷卻設(shè)計(jì)是制約燃機(jī)技 術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸，提高冷卻效率尋求更好的冷卻方式實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)要求是 重型燃機(jī)發(fā)展的永恒主題。目前，國際上的燃機(jī)葉片冷卻技術(shù)研究是圍繞復(fù)合冷卻展開的，復(fù)合式冷卻結(jié)構(gòu)主要包括葉片氣膜冷卻與葉片內(nèi)部強(qiáng)化換熱， 是由內(nèi)部對(duì)流、沖擊冷卻和外部氣膜冷卻復(fù)合而成。內(nèi)部冷卻主要是在葉片 內(nèi)部采用各種復(fù)雜通道，以提高葉片的壁面換熱效率為主要形式；外部冷卻 主要是以外表面氣膜冷卻為主要形式。從發(fā)展的角度看，隨著燃?xì)廨啓C(jī)功率越來越大、燃?xì)鉁囟仍絹碓礁?，?統(tǒng)的氣膜單工質(zhì)冷卻形式已越來越難于滿足燃?xì)廨啓C(jī)高效率、高可靠性發(fā)展 要求。在重型燃?xì)廨啓C(jī)方面，采用蒸汽與空氣的復(fù)合工質(zhì)冷卻技術(shù)已成為目 前國際發(fā)展的尖端技術(shù)與潮流。蒸汽在物性參數(shù)上比空氣有更好的比熱與換 熱特性，在內(nèi)部冷卻上比空氣的冷卻效率高很多，所以目前國外大公司普遍 采取的是利用蒸汽閉式循環(huán)冷卻葉片內(nèi)部。但是，空氣具有較好的隔熱效果， 在實(shí)現(xiàn)外部氣膜冷卻時(shí)有一定的優(yōu)勢，所以用蒸汽代替部分空氣實(shí)現(xiàn)葉片內(nèi) 部冷卻，用空氣實(shí)現(xiàn)外部氣膜冷卻，采用這種雙工質(zhì)混合冷卻可以減少燃?xì)?輪機(jī)壓縮空氣抽氣量，有利于提高燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率和工作效率。因此，如 何協(xié)調(diào)利用這兩種工質(zhì)，提高冷卻效率，實(shí)現(xiàn)更高的透平進(jìn)口溫度，是新一 代重型燃機(jī)研究的關(guān)鍵問題所在。目前，國內(nèi)外有很多渦輪葉片空氣冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，基本有以下幾種類型 1、主流空氣(常溫)+常溫空氣；2、主流空氣(IO(TC左右)+冷卻空氣；3、 主流空氣(100(TC左右)+冷卻空氣。上述現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能較單一， 只能研究空氣冷卻渦輪葉片的相關(guān)特性，而且其實(shí)驗(yàn)過程基本都是瞬態(tài)，持 續(xù)時(shí)間很短，數(shù)據(jù)采集需要在很短的時(shí)間內(nèi)完成，數(shù)據(jù)的可靠性及其精度無 法保證；而且現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置無法實(shí)現(xiàn)蒸汽在渦輪葉片內(nèi)部冷卻的相關(guān)特性研 究，更無法實(shí)現(xiàn)蒸汽、空氣雙工質(zhì)綜合冷卻相關(guān)特性的研究，采用雙工質(zhì)混 合冷卻目前尚未見到報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有渦輪葉片冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)缺陷，提出 一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)(空氣與蒸汽)冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng) 能夠提供穩(wěn)態(tài)的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn)過程，并且具有工質(zhì)溫度高、適用范圍廣、 系統(tǒng)柔性好的特點(diǎn)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)空氣冷卻、蒸汽冷卻、空氣與蒸汽混合冷卻 實(shí)驗(yàn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) 一種用于燃?xì)?輪機(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)段單元，其包括進(jìn)氣整流 裝置和實(shí)驗(yàn)段，待測渦輪葉片置于實(shí)驗(yàn)段內(nèi)；主流氣源單元，產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)段單 元所需的主流空氣，通過進(jìn)氣整流裝置整流后，通入實(shí)驗(yàn)段；冷卻空氣單元， 產(chǎn)生待測渦輪葉片所需的冷卻空氣，通入待測渦輪葉片；排氣單元，連通實(shí) 驗(yàn)段，將通過實(shí)驗(yàn)段的主流空氣和冷卻空氣排出；數(shù)據(jù)采集單元，采集實(shí)驗(yàn) 段內(nèi)待測渦輪葉片的溫度和壓力參數(shù)，以及通入實(shí)驗(yàn)段和待測渦輪葉片的工 質(zhì)的參數(shù)，并進(jìn)行上述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析；其特征在于，還包括冷卻蒸汽單 元，所述冷卻蒸汽單元包括依次通過管道連接的水處理裝置、給水裝置、蒸 汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生冷卻蒸汽通過實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的待測渦輪葉片后，排出 實(shí)驗(yàn)段。本發(fā)明的進(jìn)一步特點(diǎn)在于還包括控制單元，調(diào)整實(shí)驗(yàn)段單元、主流氣源單元、冷卻空氣單元、冷 卻蒸汽單元、排氣單元以滿足實(shí)驗(yàn)段所需工質(zhì)的溫度、壓力和流量要求。 所述進(jìn)氣整流裝置內(nèi)設(shè)置有蜂窩器和阻尼網(wǎng)。所述實(shí)驗(yàn)段設(shè)置有兩個(gè)導(dǎo)向渦輪葉片、 一個(gè)待測渦輪葉片，所述待測渦 輪葉片置于兩個(gè)導(dǎo)向渦輪葉片之間。所述主流氣源單元包括依次通過管道連接空氣壓縮機(jī)、主流空氣儲(chǔ)氣罐、 主流空氣加熱器，產(chǎn)生主流空氣。所述冷卻空氣單元包括冷卻空氣加熱器，依次通過管道連接的冷卻空氣 壓縮機(jī)、冷卻空氣儲(chǔ)氣罐，冷卻空氣儲(chǔ)氣罐出口分兩股， 一股通過一個(gè)常溫 冷卻空氣調(diào)節(jié)閥向所述待測渦輪葉片提供常溫冷卻空氣，另一股經(jīng)冷卻空氣 加熱器加熱后，通過一個(gè)高溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥向所述待測渦輪葉片提供高溫 冷卻空氣。所述排氣單元包括依次通過管道連接的減溫器、消音器。本發(fā)明增加了冷卻蒸汽單元，為進(jìn)行渦輪葉片的冷卻實(shí)驗(yàn)提供了單獨(dú)可 控的冷卻蒸汽，可以完滿實(shí)現(xiàn)雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn)；而且本發(fā)明中的主流氣源單 元、冷卻空氣單元也分別獨(dú)立可控，可以持續(xù)提供主流空氣和兩種冷卻工質(zhì)， 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中各主要單元相互獨(dú)立，可以根據(jù) 需要安裝不同的實(shí)驗(yàn)段。因此，利用本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以方便的進(jìn)行以下方面的 研究-(1) 葉片內(nèi)部蒸汽、空氣強(qiáng)化換熱機(jī)理研究；(2) 葉片外部高效氣膜冷卻機(jī)理研究；(3) 蒸汽、空氣雙工質(zhì)冷卻新原理研究；(4) 葉片的綜合冷卻特性和主要設(shè)計(jì)參數(shù)和冷卻結(jié)構(gòu)的影響研究；(5) 相關(guān)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)研究。


圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖；圖2為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中主流氣源單元流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中冷卻空氣單元流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中冷卻蒸汽單元流程圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)段結(jié)構(gòu)示意圖；其中101、主流空氣壓縮機(jī)；102、主流空氣過濾器；103、主流空氣儲(chǔ)氣罐；104、主流空氣加熱器；201、數(shù)據(jù)采集裝置；202、計(jì)算機(jī)；301、蜂 窩器；302、進(jìn)氣整流裝置；303、主流高溫背壓閥；304、實(shí)驗(yàn)段殼體；305、 待測渦輪葉片；306、導(dǎo)向渦輪葉片；307、第一冷卻空氣進(jìn)口； 308、第一冷 卻蒸汽進(jìn)口； 309、冷卻蒸汽出口； 310、第二冷卻蒸汽進(jìn)口； 311、第二冷卻空氣進(jìn)口； 312、法蘭；313、主流空氣調(diào)節(jié)閥；401、冷卻空氣壓縮機(jī)；402、 冷卻空氣過濾器；403、冷卻空氣儲(chǔ)氣罐；404、冷卻空氣總調(diào)節(jié)閥；405、常 溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥；406、冷卻空氣加熱器；407、第一高溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥； 408、第二高溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥；501、水處理裝置；502、給水裝置；503、 蒸汽發(fā)生器；504、第一蒸汽調(diào)節(jié)閥；505、第二蒸汽調(diào)節(jié)閥；601、減溫器；602、消音器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理和操作方法作詳細(xì)的說明。參照圖1，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括如下幾個(gè)部分①主流氣源單元；②實(shí)驗(yàn) 段單元；③冷卻空氣單元；④冷卻蒸汽單元；⑤數(shù)據(jù)采集單元；⑥控制單元；⑦排氣單元。實(shí)驗(yàn)段單元主要包括進(jìn)氣整流裝置302和實(shí)驗(yàn)段304。進(jìn)氣整流裝置302 中裝有蜂窩器301以及阻尼網(wǎng)。進(jìn)氣整流裝置內(nèi)裝有蜂窩器301、阻尼網(wǎng)，使 經(jīng)過整流裝置的主流空氣氣流品質(zhì)較好，而且在實(shí)驗(yàn)段304進(jìn)口處還裝有紊 流柵格，用來調(diào)整進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段的氣體紊流度在合適的范圍內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)段采用3 葉片，2.5個(gè)通道的葉柵風(fēng)洞形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中，兩個(gè)導(dǎo)向渦輪葉片306中間設(shè)置待測渦輪葉片305，作為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)要研究的葉片，待測渦輪葉片305上布置溫度測點(diǎn)和壓力測點(diǎn)。結(jié)合圖2，主流氣源單元可以選用一臺(tái)大流量空氣壓縮機(jī)，或選用幾臺(tái)小 流量空氣壓縮機(jī)并聯(lián)。選用幾臺(tái)小流量空氣壓縮機(jī)并聯(lián)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào) 節(jié)不同的工況，適用范圍更廣，而且當(dāng)氣量需求不大時(shí)，可以選擇開啟其中 幾臺(tái)空氣壓縮機(jī)，這樣可以節(jié)省能源。本實(shí)施例的主流氣源單元由四臺(tái)主流 空氣壓縮機(jī)101并聯(lián)供氣。四臺(tái)主流空氣壓縮機(jī)101產(chǎn)生的壓縮空氣分別通 過閥門、流量計(jì)，在主流空氣過濾器102入口合并為一股通入主流空氣儲(chǔ)氣 罐103。主流空氣儲(chǔ)氣罐103內(nèi)的壓縮空氣流入主流空氣加熱裝置104，加熱 后成為具有一定壓力的高溫實(shí)驗(yàn)用主流空氣。該加熱裝置有兩種方案可以選 擇，即燃燒加熱裝置和電加熱裝置。電加熱裝置主要由加熱器本體(可選擇 電阻絲作為加熱元件)、調(diào)壓器、控制柜等組成。燃燒加熱裝置的燃料可以選擇柴油、煤油或天然氣。燃燒加熱裝置的出口溫度不易控制，而且組成較復(fù) 雜，危險(xiǎn)性較大。本實(shí)施例選用電加熱裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，在低負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié) 性能較好，出口溫度易于控制，安全性較高。結(jié)合圖3，冷卻空氣單元由冷卻空氣壓縮機(jī)401、冷卻空氣過濾器402、 冷卻空氣儲(chǔ)氣罐403、冷卻空氣電加熱器406、以及一系列、流量計(jì)、閥門、 管道組成。單元產(chǎn)生的壓縮冷卻空氣首先經(jīng)過冷卻空氣總調(diào)節(jié)閥404后，分 兩股進(jìn)入待測渦輪葉片305,其中一股氣體從冷卻空氣儲(chǔ)氣罐403流出后直接 進(jìn)入待測渦輪葉片305，該股氣體的溫度即為空氣壓縮機(jī)的出口溫度(常溫)， 其溫度不可調(diào)節(jié)，作為常溫冷卻空氣，通過常溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥405向所述 待測渦輪葉片提供；另一股氣體從冷卻空氣儲(chǔ)氣罐403流出，經(jīng)電加熱器406 加熱到一定溫度后，作為高溫冷卻空氣，通過高溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥向所述待 測渦輪葉片提供。高溫冷卻空氣的溫度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍由電加熱器406功率大小決定。本實(shí)施例將高溫冷卻空氣分兩路，分別通過第 一、第二高溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥407、 408調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)采集單元的作用是采集并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。數(shù) 據(jù)采集單元主要包括計(jì)算機(jī)202，數(shù)據(jù)采集裝置201，設(shè)置在管道上的多個(gè)壓 力、溫度、流量傳感器以及相應(yīng)的變送器，變送器輸出4-20mA的電流信號(hào)， 這些電流信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集裝置201后變換為數(shù)字信號(hào)，直接輸入計(jì)算機(jī)202 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)。實(shí)驗(yàn)段溫度測量采用200個(gè)熱電偶絲埋入待測渦輪葉 片305表面，測量其表面溫度分布。結(jié)合圖4，冷卻蒸汽單元的作用是為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供一定壓力的實(shí)驗(yàn)用冷卻蒸汽。該單元主要包括依次通過管道連接的水處理裝置501，給水裝置502，蒸汽發(fā)生器503，以及輔助的控制柜、閥門和流量計(jì)等。冷卻蒸汽單元的蒸汽發(fā)生器503產(chǎn)生冷卻蒸汽通入實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的待測渦輪葉片305，冷卻蒸汽也可以根據(jù)需要分幾股進(jìn)入待測渦輪葉片305。本實(shí)施例中將冷卻蒸汽分為兩股，分別由第一、第二蒸汽調(diào)節(jié)閥504、 505控制。排氣單元主要包括減溫器601、消音器602。減溫器601、消音器602之 間可以設(shè)置擴(kuò)壓器，消音效果更好。從實(shí)驗(yàn)段出來的氣體流量較大、溫度較 高，噪聲比較大。高溫氣體容易傷人，也容易對(duì)管道造成損壞，而且管道成 本也較高，所以高溫氣體不宜直接排向大氣。在排氣之前需要將其溫度降下 來，還需要將流速盡可能的降低，這樣可以減小噪音。本發(fā)明采用噴水降溫 式減溫器601和排氣消音器602。噴水降溫式減溫器601選用20個(gè)P型噴嘴 環(huán)形布置。P型噴嘴是所有直接壓力式噴嘴中最細(xì)密的霧化噴嘴，高壓液體經(jīng) 過噴孔噴出后撞擊目標(biāo)靶針形成細(xì)密的水霧，噴霧角度為90° 。排氣消音器 可采用尾氣擴(kuò)壓段+泡沬陶瓷消音器。控制單元主要是用來控制其他單元的啟停及調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)段所需相關(guān)參數(shù) (主要是溫度、壓力、流量)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制點(diǎn)主要包括實(shí)驗(yàn)段入口處閥 門的開度控制及信號(hào)反饋，各個(gè)空氣壓縮機(jī)起?？刂萍靶盘?hào)反饋，主流空氣 電加熱器的起?？刂?、溫度控制、壓力控制及信號(hào)反饋，冷卻空氣電加熱器 的起?？刂啤囟瓤刂?、壓力控制及信號(hào)反饋，蒸汽發(fā)生器的起?？刂?、壓 力控制、溫度控制及信號(hào)反饋，以及排氣單元中噴水減溫所需水泵的起?？?制等。當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，控制單元會(huì)自動(dòng)報(bào)警并使整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于最安全狀態(tài)。參照圖5，實(shí)驗(yàn)段主要包括殼體304、兩個(gè)導(dǎo)向渦輪葉片306、待測渦輪 葉片305、法蘭312。法蘭312由上下兩部分組成，具有固定葉片的凸起，待 測渦輪葉片305上有固定凹槽，兩者配合將葉片固定與法蘭312下半部分， 最后將法蘭312上半部分蓋上，布置好密封件，擰緊固定螺釘。測試是否漏 氣，如不漏氣即可實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)段是柔性可拆的，可以根據(jù)需要更換不同的 實(shí)驗(yàn)段。待測渦輪葉片305上有兩個(gè)冷卻蒸汽進(jìn)口 308、 310， 一個(gè)冷卻蒸汽出口309，兩個(gè)冷卻空氣進(jìn)口 307、 311。冷卻空氣和冷卻蒸汽分別有兩股引入該實(shí)驗(yàn)段，當(dāng)然還可以根據(jù)實(shí)際需求增加或減少。高溫主流空氣進(jìn)入葉柵時(shí)，冷卻空氣分別通過其兩入口311、 307進(jìn)入待 測渦輪葉片305參與實(shí)驗(yàn)，同樣，冷卻蒸汽也分別通過其兩入口 308、 310進(jìn) 入待測渦輪葉片305參與實(shí)驗(yàn)。冷卻蒸汽最后通過其出口 309引出后排入集 水坑，而冷卻空氣經(jīng)由氣膜孔跟隨高溫主流空氣排入大氣。其中，實(shí)驗(yàn)段的 壓力和流量通過主流調(diào)節(jié)閥313和高溫背壓閥303調(diào)節(jié)。待測渦輪葉片305 的溫度和壓力通過變送器輸出至數(shù)據(jù)采集裝置201變換位數(shù)字信號(hào)，然后輸 入計(jì)算機(jī)202進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用3葉片，2. 5通道的葉柵風(fēng)洞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，高溫主流空氣可 以模擬與實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)相似的高溫流場， 一方面可以加熱試驗(yàn)葉片樣件， 另一方面可以用來研究氣膜冷卻的相關(guān)機(jī)理。為了達(dá)到更好的冷卻效果，同 時(shí)考慮葉片強(qiáng)度的要求，待測渦輪葉片305內(nèi)應(yīng)有幾個(gè)不同的冷卻通道，相 應(yīng)地，冷卻空氣和冷卻蒸汽也有幾股引入試驗(yàn)葉片。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作過程是首先，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中安裝好測量裝置(尤其 是試驗(yàn)件上的測量裝置)，將實(shí)驗(yàn)段安裝在相應(yīng)的位置。其次，檢測整個(gè)系統(tǒng) 是否存有安全隱患，確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)安全不漏氣。然后，打開所有閥門(除安 全閥外)，順序開啟主流空氣壓縮機(jī)101 (大流量先開)、冷卻空氣空氣壓縮機(jī) 401、蒸汽發(fā)生器503，最后開啟主流空氣加熱器104。由幾臺(tái)并聯(lián)空氣壓縮 機(jī)提供一定流量、 一定壓力的壓縮空氣，經(jīng)主流空氣過濾器102、主流空氣儲(chǔ) 氣罐103、流量計(jì)、閥門進(jìn)入主流空氣加熱器104,此時(shí)，壓縮氣體被加熱到 400—45(TC，形成高溫壓縮空氣，作為主流空氣。主流空氣經(jīng)進(jìn)氣整流裝置 302進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段304， 一方面加熱待測渦輪葉片305，另一方面模擬類似燃?xì)?輪機(jī)內(nèi)部相似的高溫流場。由冷卻蒸汽單元產(chǎn)生的冷卻蒸汽(100—20(TC左右) 以及冷卻空氣單元產(chǎn)生的冷卻空氣也同時(shí)參與試驗(yàn)。上述操作由控制單元實(shí) 現(xiàn)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)段單元、主流氣源單元、冷卻空氣單元、冷卻蒸汽單元、排氣 單元以滿足實(shí)驗(yàn)段所需工質(zhì)的溫度、壓力和流量要求。當(dāng)各控制點(diǎn)參數(shù)調(diào)節(jié) 到預(yù)期值時(shí)，數(shù)據(jù)采集單元201開始采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)采集、調(diào)理后輸入計(jì) 算機(jī)202，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存貯。流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段304的高溫主流空氣經(jīng)噴水減溫 601后進(jìn)入排氣消音裝置602，最終排向大氣，冷卻空氣也跟隨高溫主流空氣 排入大氣，冷卻蒸汽排入集水坑。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)到指定 工況下可以長時(shí)間運(yùn)行，采集數(shù)據(jù)可以在不同時(shí)間進(jìn)行多次采集，最后進(jìn)行 平均，這樣能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度。
權(quán)利要求
1、一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)段單元，其包括進(jìn)氣整流裝置和實(shí)驗(yàn)段，待測渦輪葉片置于實(shí)驗(yàn)段內(nèi)；主流氣源單元，產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)段單元所需的主流空氣，通過進(jìn)氣整流裝置整流后，通入實(shí)驗(yàn)段；冷卻空氣單元，產(chǎn)生待測渦輪葉片所需的冷卻空氣，通入待測渦輪葉片；排氣單元，連通實(shí)驗(yàn)段，將通過實(shí)驗(yàn)段的主流空氣和冷卻空氣排出；數(shù)據(jù)采集單元，采集實(shí)驗(yàn)段內(nèi)待測渦輪葉片的溫度和壓力參數(shù)，以及通入實(shí)驗(yàn)段和待測渦輪葉片的工質(zhì)的參數(shù)，并進(jìn)行上述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析；其特征在于，還包括冷卻蒸汽單元，所述冷卻蒸汽單元包括依次通過管道連接的水處理裝置、給水裝置、蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生冷卻蒸汽通過實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的待測渦輪葉片后，排出實(shí)驗(yàn)段。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制單元，調(diào)整實(shí)驗(yàn)段單元、主流氣源單元、冷 卻空氣單元、冷卻蒸汽單元、排氣單元以滿足實(shí)驗(yàn)段所需工質(zhì)的溫度、壓力 和流量要求。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣整流裝置內(nèi)設(shè)置有蜂窩器和阻尼網(wǎng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)段設(shè)置有兩個(gè)導(dǎo)向渦輪葉片、 一個(gè)待測渦輪葉 片，所述待測渦輪葉片置于兩個(gè)導(dǎo)向渦輪葉片之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)，其特征在于，所述主流氣源單元包括依次通過管道連接空氣壓縮機(jī)、主流空氣儲(chǔ)氣罐、主流空氣加熱器，產(chǎn)生主流空氣。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻空氣單元包括冷卻空氣加熱器，依次通過管道 連接的冷卻空氣壓縮機(jī)、冷卻空氣儲(chǔ)氣罐，冷卻空氣儲(chǔ)氣罐出口分兩股，一 股通過一個(gè)常溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥向所述待測渦輪葉片提供常溫冷卻空氣，另 一股經(jīng)冷卻空氣加熱器加熱后，通過一個(gè)高溫冷卻空氣調(diào)節(jié)閥向所述待測渦 輪葉片提供高溫冷卻空氣。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣單元包括依次通過管道連接的減溫器、消音器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的雙工質(zhì)冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)段單元，其包括進(jìn)氣整流裝置和實(shí)驗(yàn)段，待測渦輪葉片置于實(shí)驗(yàn)段內(nèi)；主流氣源單元，產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)段單元所需的主流空氣，通過進(jìn)氣整流裝置整流后，通入實(shí)驗(yàn)段；冷卻空氣單元，產(chǎn)生待測渦輪葉片所需的冷卻空氣；排氣單元，將通過實(shí)驗(yàn)段的主流空氣和冷卻空氣排出；數(shù)據(jù)采集單元，采集實(shí)驗(yàn)段內(nèi)待測渦輪葉片的溫度和壓力參數(shù)，以及通入實(shí)驗(yàn)段和待測渦輪葉片的工質(zhì)的參數(shù)，并進(jìn)行上述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析；其特征在于，還包括冷卻蒸汽單元，所述冷卻蒸汽單元包括依次通過管道連接的水處理裝置、給水裝置、蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生冷卻蒸汽通過實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的待測渦輪葉片后，排出實(shí)驗(yàn)段。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101403654SQ200810232130
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者劉加增, 張英杰, 昭 王, 陳富民, 高建民, 高鐵瑜, 黃軍輝 申請人:西安交通大學(xué)