本發(fā)明涉及一種重型燃?xì)廨啓C(jī)的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻的試驗(yàn)裝置及參數(shù)設(shè)計(jì)方法，屬于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

重型燃?xì)廨啓C(jī)的透平靜葉片和動(dòng)葉片，內(nèi)部冷卻采用內(nèi)部腔室射流沖擊冷卻、帶肋通道強(qiáng)化傳熱和繞柱強(qiáng)化傳熱技術(shù)，降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻外表面冷卻采用氣膜冷卻技術(shù)。透平級的冷卻技術(shù)十分復(fù)雜，新研制的重型燃?xì)廨啓C(jī)透平級，需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻的試驗(yàn)驗(yàn)證。對于重型燃?xì)廨啓C(jī)的透平級，采用全溫全壓旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置或全溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置，測量透平級的氣動(dòng)性能，可以反映實(shí)際冷氣摻混情況；但全溫全壓旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置建造費(fèi)用和試驗(yàn)用電費(fèi)用昂貴，全溫等膨脹比試驗(yàn)透平的進(jìn)氣溫度高且試驗(yàn)透平轉(zhuǎn)速高導(dǎo)致試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)難度大。在透平研制的早期階段，急需對不同冷卻結(jié)構(gòu)方案的鎳基合金透平葉片級開展降溫等膨脹比的旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻驗(yàn)證試驗(yàn)，為透平氣動(dòng)性能與葉片冷卻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在透平研制的后期階段，依據(jù)降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選的透平級氣動(dòng)性能與動(dòng)葉片冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，再開展單晶或定向結(jié)晶的透平葉片研制并進(jìn)行相應(yīng)的全溫全壓或全溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)。

現(xiàn)有技術(shù)和公開文獻(xiàn)報(bào)道，沒有重型燃?xì)廨啓C(jī)降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置及參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

申請人已經(jīng)申請發(fā)明專利《燃機(jī)透平葉片降溫等膨脹比冷效試驗(yàn)裝置及參數(shù)設(shè)計(jì)方法》申請?zhí)?016101529308，可以進(jìn)行透平靜葉片的幾個(gè)葉片在降溫等膨脹比靜止?fàn)顟B(tài)的冷卻效果試驗(yàn)，也可以進(jìn)行透平動(dòng)葉片的幾個(gè)葉片在降溫等膨脹比靜止?fàn)顟B(tài)的冷卻效果試驗(yàn)，實(shí)際動(dòng)葉片在旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的冷卻效果與靜止?fàn)顟B(tài)測量的冷卻效果相差很大，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行測量更符合工程實(shí)際情況。但是，開展燃?xì)廨啓C(jī)透平降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下測量有冷卻空氣摻混降溫等膨脹比透平級的氣動(dòng)性能與動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的冷卻效果，還沒有合適的試驗(yàn)方法可供使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種重型燃?xì)廨啓C(jī)的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻的試驗(yàn)裝置及參數(shù)設(shè)計(jì)方法，可以用來進(jìn)行有冷卻空氣摻混透平級的氣動(dòng)性能試驗(yàn)，也可以進(jìn)行透平動(dòng)葉片的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)冷卻效果試驗(yàn)。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平流動(dòng)冷卻試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括試驗(yàn)透平、用于給試驗(yàn)透平提供主流燃?xì)獾慕禍氐扰蛎洷刃D(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)、用于給試驗(yàn)透平提供冷卻空氣的冷卻空氣系統(tǒng)以及用于對試驗(yàn)透平提供冷卻水的冷卻水系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述的試驗(yàn)透平的模化比為0.3至0.7。

優(yōu)選地，所述的試驗(yàn)透平包括由外氣缸和設(shè)于外氣缸中的內(nèi)氣缸組成的雙層氣缸、設(shè)于雙層氣缸的前端并與雙層氣缸連接的水冷過渡段以及設(shè)于雙層氣缸的后端并與雙層氣缸連接的排氣蝸殼，所述的冷卻水系統(tǒng)連接試驗(yàn)透平的水冷過渡段和排氣蝸殼，水冷過渡段為雙層管道，雙層管道之間采用來自冷卻水系統(tǒng)的冷卻水冷卻，排氣蝸殼為雙層殼體，雙層殼體之間采用來自冷卻水系統(tǒng)的冷卻水冷卻，外氣缸和內(nèi)氣缸之間采用來自冷卻空氣系統(tǒng)的冷卻空氣進(jìn)行冷卻。

更優(yōu)選地，所述的外氣缸上設(shè)有與外氣缸和內(nèi)氣缸之間的空間連通的冷卻空氣進(jìn)口，所述的水冷過渡段上設(shè)有冷卻孔，所述的冷卻空氣系統(tǒng)與外氣缸上的冷卻空氣進(jìn)口和水冷過渡段上的冷卻孔相連通；所述的內(nèi)氣缸中設(shè)有1～4級靜葉片和1～4級動(dòng)葉片，各級靜葉片皆設(shè)有內(nèi)部冷卻通道，第一級靜葉片固定于內(nèi)氣缸中的靜葉片內(nèi)環(huán)上，所述的靜葉片內(nèi)環(huán)設(shè)有進(jìn)氣孔，所述的靜葉片內(nèi)環(huán)的進(jìn)氣孔與水冷過渡段上的冷卻孔和第一級靜葉片的內(nèi)部冷卻通道連通，來自冷卻空氣系統(tǒng)的冷卻空氣能夠經(jīng)水冷過渡段上的冷卻孔和靜葉片內(nèi)環(huán)的進(jìn)氣孔進(jìn)入第一級靜葉片的內(nèi)部冷卻通道，各級靜葉片的根部皆設(shè)有與外氣缸和內(nèi)氣缸之間的空間連通的進(jìn)氣孔，來自冷卻空氣系統(tǒng)的冷卻空氣能夠從各級靜葉片根部的進(jìn)氣孔進(jìn)入各級靜葉片的內(nèi)部冷卻通道。

進(jìn)一步地，所述的各級動(dòng)葉片相應(yīng)設(shè)于內(nèi)氣缸中的各級葉輪上，各級動(dòng)葉片的兩側(cè)設(shè)有靜止部件，各級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間形成盤腔，各級葉輪上設(shè)有冷卻孔，水冷過渡段的冷卻孔與所述的各級葉輪與其兩側(cè)靜止部件之間形成的盤腔以及各級葉輪上的冷卻孔相連通，各級動(dòng)葉片設(shè)有內(nèi)部冷卻通道，各級動(dòng)葉片的根部設(shè)有與該動(dòng)葉片的內(nèi)部冷卻通道相連通的進(jìn)氣孔，第一級動(dòng)葉片的進(jìn)氣孔與第一級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔連通，來自冷卻空氣系統(tǒng)的冷卻空氣能夠依次通過水冷過渡段的冷卻孔和第一級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔經(jīng)第一級動(dòng)葉片根部的進(jìn)氣孔進(jìn)入其內(nèi)部冷卻通道，其他各級動(dòng)葉片的進(jìn)氣孔和其對應(yīng)的其他各級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔連通，來自冷卻空氣系統(tǒng)的冷卻空氣能夠通過葉輪上的冷卻孔和其他各級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔經(jīng)其他各級動(dòng)葉片根部的進(jìn)氣孔進(jìn)入其內(nèi)部冷卻通道。

進(jìn)一步地，所述的內(nèi)氣缸的內(nèi)部形成燃?xì)馔ǖ溃龅膭?dòng)葉片設(shè)于葉輪上，所述的葉輪設(shè)于試驗(yàn)透平的輸出軸上，所述的動(dòng)葉片能夠帶動(dòng)葉輪和試驗(yàn)透平的輸出軸一起旋轉(zhuǎn)。所述的靜葉片和動(dòng)葉片在試驗(yàn)透平的輸出軸的軸線方向上交替設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述的試驗(yàn)透平的靜葉片與動(dòng)葉片的材料化學(xué)成分與實(shí)際透平葉片的鎳基母合金完全相同，采用3D打印技術(shù)快速制造出透平試驗(yàn)葉片，在試驗(yàn)透平的靜葉片與動(dòng)葉片的基體與表面安裝金屬的溫度測點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)包括軸流空氣壓縮機(jī)、主流進(jìn)氣放空閥、主流空氣過濾器、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、主流流量噴嘴、金屬膨脹節(jié)、環(huán)形燃燒器、過渡段、水力測功器、排氣段、排氣減溫器和消音塔；所述的軸流空氣壓縮機(jī)、主流進(jìn)氣放空閥、主流空氣過濾器、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、主流流量噴嘴、金屬膨脹節(jié)、環(huán)形燃燒器、過渡段、試驗(yàn)透平、排氣段、排氣減溫器和消音塔依次連接，試驗(yàn)透平的輸出軸連接水力測功器。

更優(yōu)選地，所述的金屬膨脹節(jié)和環(huán)形燃燒器之間通過管路連接，金屬膨脹節(jié)和環(huán)形燃燒器之間的管路上設(shè)有整流段。

更優(yōu)選地，所述的過渡段和排氣段與試驗(yàn)透平的殼體采用法蘭螺栓結(jié)構(gòu)連接，過渡段和排氣段設(shè)計(jì)為雙層殼體，雙層殼體與冷卻水系統(tǒng)連接，雙層殼體之間采用來自冷卻水系統(tǒng)的冷卻水冷卻。

所述的軸流空氣壓縮機(jī)為降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)提供主流空氣，通過調(diào)整主流進(jìn)氣放空閥與進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥的開度來控制主流空氣的流量與壓力，主流空氣過濾器用來防止主流空氣中大顆粒雜質(zhì)進(jìn)入環(huán)形燃燒器和試驗(yàn)透平，主流流量噴嘴用來測量主流空氣流量，金屬膨脹節(jié)用來吸收進(jìn)氣管道的膨脹量，整流段用來保證環(huán)形燃燒器進(jìn)口空氣的均勻性，主流空氣在環(huán)形燃燒器中與噴入的燃料相混合并燃燒產(chǎn)生500℃至1000℃的主流燃?xì)狻?/p>

更優(yōu)選地，所述的水力測功器與試驗(yàn)透平的輸出軸通過聯(lián)軸器來連接，水力測功器用來消耗試驗(yàn)透平的機(jī)械功，水力測功器與冷卻水系統(tǒng)連接，采用閉式循環(huán)冷卻水來冷卻水力測功器。

更優(yōu)選地，所述的排氣減溫器與冷卻水系統(tǒng)連接，冷卻水系統(tǒng)的冷卻水噴入排氣減溫器來降低排氣溫度。

更優(yōu)選地，所述的排氣減溫器與消音塔連接，試驗(yàn)透平的排氣進(jìn)入消音塔以降低高速氣流產(chǎn)生的噪音后，再排入大氣。

優(yōu)選地，所述的冷卻空氣系統(tǒng)包括依次連接的離心式壓縮機(jī)、冷卻空氣放空閥、冷卻空氣過濾器、冷卻空氣調(diào)節(jié)閥、文丘里流量計(jì)和冷卻空氣熱交換器，所述的冷卻空氣熱交換器連接試驗(yàn)透平。

優(yōu)選地，所述的冷卻水系統(tǒng)包括冷卻塔、5臺(tái)水泵、1條補(bǔ)水管道、4條進(jìn)水管道和3條出水管道，其中，冷卻塔連接所述的1條補(bǔ)水管道、4條進(jìn)水管道和3條出水管道，所述的5臺(tái)水泵分別設(shè)于1條補(bǔ)水管道和4條進(jìn)水管道上，所述的4條進(jìn)水管道分別連接排氣減溫器、過渡段和試驗(yàn)透平的水冷過渡段、試驗(yàn)透平的排氣蝸殼和排氣段、以及水力測功器，所述的3條出水管道過渡段分別連接過渡段和試驗(yàn)透平的水冷過渡段、試驗(yàn)透平的排氣蝸殼和排氣段、以及水力測功器，所述的1條補(bǔ)水管道、4條進(jìn)水管道和3條出水管道上皆設(shè)有閥門。

進(jìn)一步地，所述的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)的全部進(jìn)氣管道及排氣管道、冷卻空氣系統(tǒng)的管道與冷卻水系統(tǒng)的出水管道、試驗(yàn)透平以及過渡段與排氣段的殼體的外側(cè)加裝石棉保溫套，保溫套外的壁溫不超過50℃。

進(jìn)一步地，所述的主流流量噴嘴與文丘里流量計(jì)的前面設(shè)計(jì)有20倍管道直徑的直管段，后面設(shè)計(jì)有10倍管道直徑的直管段，以保證測量精度。

進(jìn)一步地，所述的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)的環(huán)形燃燒器前后的管道上安裝壓力測點(diǎn)與溫度測點(diǎn)，冷卻空氣系統(tǒng)的冷卻空氣熱交換器前后的管道上安裝壓力測點(diǎn)與溫度測點(diǎn)，冷卻空氣進(jìn)入靜葉片與動(dòng)葉片之前的流道中安裝壓力測點(diǎn)與溫度測點(diǎn)，在試驗(yàn)透平的靜葉片與動(dòng)葉片之間以及試驗(yàn)透平最后一級動(dòng)葉片后的管道上安裝壓力測點(diǎn)與溫度測點(diǎn)。

本發(fā)明還提供了上述的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平流動(dòng)冷卻試驗(yàn)裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：確定降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的?；菴_l；

步驟二：選定降溫等膨脹比試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倻?/p>

步驟三：計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平背壓P₁，單位Pa，公式為

P₁＝101325+ΔP (1)

式中：

ΔP——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平的排氣壓損；

步驟四：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的膨脹比π_g，L，公式為

${\mathrm{\π}}_{g,L}={\mathrm{\π}}_{g,D}=\frac{P_{g,D}^{*}}{P_{1,D}}---\left(2\right)$

式中：

π_g，D——燃?xì)廨啓C(jī)透平的設(shè)計(jì)膨脹比；

——燃?xì)廨啓C(jī)透平進(jìn)口的設(shè)計(jì)總壓；

P_1，D——燃?xì)廨啓C(jī)透平出口的設(shè)計(jì)背壓；

步驟五：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的主流燃?xì)饪倝汗綖?/p>

$P_{g,L}^{*}=P_1\×{\mathrm{\π}}_{g,L}---\left(3\right)$

式中：

P₁——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的背壓；

π_g，L——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的膨脹比；

步驟六：計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平進(jìn)口的主流燃?xì)饬髁縂_g，L，公式為

$G_{g,L}=\frac{P_{g,L}^{*}}{P_{g,D}^{*}}\×\frac{G_{g,D}\sqrt{T_{g,D}^{*}}}{\sqrt{T_{g,L}^{*}}}\×\frac{1}{C_l^2}---\left(4\right)$

式中：

——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倝海?/p>

——燃?xì)廨啓C(jī)透平進(jìn)口的設(shè)計(jì)總壓；

——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倻兀?/p>

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況透平進(jìn)口的燃?xì)饪倻兀?/p>

G_g，D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況的透平進(jìn)口燃?xì)饬髁浚?/p>

C_l——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平的模化比；

步驟七：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平冷卻空氣進(jìn)口總溫公式為

$T_{c,L}^{*}=T_{g,L}^{*}\×\frac{T_{c,D}^{*}}{T_{g,D}^{*}}---\left(5\right)$

式中：

——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倻兀?/p>

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況透平進(jìn)口的燃?xì)饪倻兀?/p>

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況冷卻空氣進(jìn)口總溫；

步驟八：計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平冷卻空氣流量G_c，L，公式為

$G_{c,L}=G_{g,L}\×\frac{G_{c,D}}{G_{g,D}}---\left(6\right)$

式中：

G_g，L——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平主流燃?xì)膺M(jìn)口的流量；

G_g，_D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況的透平進(jìn)口燃?xì)饬髁浚?/p>

G_c，D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況葉片冷卻空氣的流量；

步驟九：計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平冷卻空氣總壓公式為

$P_{c,L}^{*}=P_{c,D}^{*}\×\frac{G_{c,L}\sqrt{T_{c,L}^{*}}}{G_{c,D}\sqrt{T_{c,D}^{*}}}---\left(7\right)$

式中：

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況旋轉(zhuǎn)透平進(jìn)口冷卻空氣總壓；

——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平進(jìn)口冷卻空氣總溫；

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況透平進(jìn)口冷卻空氣總溫；

G_c，L——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平旋轉(zhuǎn)透平冷卻空氣的流量；

G_c，D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況透平冷卻空氣流量；

步驟十：按照速度比u/C₀(u為透平葉片的圓周速度，C₀為多級試驗(yàn)透平等熵滯止焓降對應(yīng)的噴嘴的出口理論速度)相等的要求，計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平工作轉(zhuǎn)速n，公式為

$n=\frac{C_0{n}_D}{C_{0D}{C}_l}---\left(8\right)$

式中：

C₀——多級試驗(yàn)透平等熵滯止焓降對應(yīng)的噴嘴的出口理論速度；

C_0D——燃?xì)廨啓C(jī)多級透平等熵滯止焓降對應(yīng)的噴嘴的出口理論速度；

C_l——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平的?；?；

n_D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況的額定轉(zhuǎn)速；

步驟十一：計(jì)算水力測功器功率N，公式為

$N=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(G_{vi}{h}_{vi}+G_{bi}{h}_{bi})---\left(9\right)$

式中：

G_vi——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平第i級靜葉片主流燃?xì)饬髁浚?/p>

h_vi——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平第i級靜葉片實(shí)際焓降；

G_bi——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平第i級動(dòng)葉片主流燃?xì)饬髁浚?/p>

h_bi——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平第i級動(dòng)葉片實(shí)際焓降；

m——試驗(yàn)透平的級數(shù)；

步驟十二：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的靜葉片出口馬赫數(shù)M_c1，公式為

$M_{c1}=\frac{c_1}{a}---\left(10\right)$

式中：

a——當(dāng)?shù)芈曀伲?/p>

c₁——透平靜葉片出口實(shí)際速度；

步驟十三：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的動(dòng)葉片出口馬赫數(shù)M_w2，公式為

$M_{w2}=\frac{w_2}{a}---\left(11\right)$

式中：

a——當(dāng)?shù)芈曀伲?/p>

w₂——透平動(dòng)葉片出口實(shí)際速度；

步驟十四：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的靜葉片出口雷諾數(shù)Re₁，公式為

${\mathrm{Re}}_1=\frac{c_1\×b_1}{v}---\left(12\right)$

式中：

b₁——透平靜葉片弦長；

c₁——透平靜葉片出口實(shí)際速度；

v——燃?xì)獾倪\(yùn)動(dòng)粘度；

步驟十五：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的動(dòng)葉片出口雷諾數(shù)Re₂，公式為

${\mathrm{Re}}_2=\frac{w_2\×b_2}{v}---\left(13\right)$

式中：

b₂——透平動(dòng)葉片弦長；

w₂——透平動(dòng)葉片出口實(shí)際速度；

v——燃?xì)獾倪\(yùn)動(dòng)粘度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明可以用來進(jìn)行有冷卻空氣摻混透平級的氣動(dòng)性能試驗(yàn)，也可以進(jìn)行透平動(dòng)葉片的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)冷卻效果試驗(yàn)。

(2)試驗(yàn)透平與實(shí)際透平的尺寸幾何相似，試驗(yàn)工況與設(shè)計(jì)工況下冷卻空氣與主流燃?xì)獾牧髁勘认嗟缺ＷC運(yùn)動(dòng)相似；對于主流燃?xì)猓囼?yàn)工況與設(shè)計(jì)工況下透平級的膨脹比相等，馬赫數(shù)(或歐拉數(shù))相等保證流場相似；試驗(yàn)工況與設(shè)計(jì)工況的雷諾數(shù)都大于2.5×10⁵，進(jìn)入流動(dòng)相似的自摸化區(qū)，保證速度場相似；試驗(yàn)工況與設(shè)計(jì)工況下透平的速度比(u/C₀)相等，保證透平級速度三角形相似；

(3)試驗(yàn)工況與設(shè)計(jì)工況的主流為燃?xì)?，冷卻流體為空氣，保證普朗特?cái)?shù)相等；由于雷諾數(shù)大于2.5×10⁵進(jìn)入流動(dòng)相似的自摸化區(qū)，保證試驗(yàn)工況與設(shè)計(jì)工況的旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻相似，降溫等膨脹比試驗(yàn)工況透平級的氣動(dòng)特性以及透平靜葉片與動(dòng)葉片的冷卻效果的變化規(guī)律的試驗(yàn)結(jié)果可以表征實(shí)際透平級的氣動(dòng)特性與葉片冷卻效果的變化規(guī)律。

(4)與全溫膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置相比，降溫等膨脹比可以降低試驗(yàn)透平的主流燃?xì)鉁囟扰c工作轉(zhuǎn)速，而透平靜葉片與動(dòng)葉片出口的馬赫數(shù)與雷諾數(shù)基本不變，可以顯著降低試驗(yàn)透平的造價(jià)與設(shè)計(jì)難度；與全溫全壓旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置相比，降溫等膨脹比可以降低試驗(yàn)裝置主流空氣壓力并減少主流空氣流量，透平靜葉片與動(dòng)葉片出口的馬赫數(shù)與雷諾數(shù)基本不變，選用一臺(tái)軸流空氣壓縮機(jī)就能滿足降溫等膨脹比試驗(yàn)透平主流空氣的流量與壓力要求，既顯著降低軸流空氣壓縮機(jī)的功率并可以減少試驗(yàn)裝置的設(shè)備購置費(fèi)用，又可以減少試驗(yàn)用電費(fèi)用，水力測功器功率小且購置費(fèi)用小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置的示意圖；

圖2為本發(fā)明試驗(yàn)透平的示意圖；

圖3為本發(fā)明降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)主流系統(tǒng)與冷卻空氣系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法的流程圖。

圖中：

1.試驗(yàn)透平；2.降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)；3.冷卻空氣系統(tǒng)；4.冷卻水系統(tǒng)；5.軸流空氣壓縮機(jī)；6.主流進(jìn)氣放空閥；7.主流空氣過濾器；8.進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥；9.主流流量噴嘴；10.金屬膨脹節(jié)；11.整流段；12.環(huán)形燃燒器；13.過渡段；14.水力測功器；15.排氣段；16.排氣減溫器；17.消音塔；18.離心式壓縮機(jī)；19.冷卻空氣放空閥；20.冷卻空氣過濾器；21.冷卻空氣調(diào)節(jié)閥；22.文丘里流量計(jì)；23.冷卻空氣熱交換器；24.水泵；25.補(bǔ)水管道；26.進(jìn)水管道；27.冷卻塔；28.出水管道；29.壓力測點(diǎn)；30.溫度測點(diǎn)；31.水冷過渡段；32.內(nèi)氣缸；33.外氣缸；34.第一級靜葉片；35.第一級動(dòng)葉片；36.第二級靜葉片；37.第二級動(dòng)葉片；38.排氣蝸殼；39.第一級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔；40.第一級葉輪的冷卻孔；41.第二級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔；42.第二級葉輪的冷卻孔；43.聯(lián)軸器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平流動(dòng)冷卻試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)透平1、用于給試驗(yàn)透平提供主流燃?xì)獾慕禍氐扰蛎洷刃D(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)2、用于給試驗(yàn)透平1提供冷卻空氣的冷卻空氣系統(tǒng)3以及用于對試驗(yàn)透平1提供冷卻水的冷卻水系統(tǒng)4。

所述的試驗(yàn)透平1與冷卻空氣系統(tǒng)3和冷卻水系統(tǒng)4連接，如圖2所示，試驗(yàn)透平1包括由外氣缸33和設(shè)于外氣缸33中的內(nèi)氣缸32組成的雙層氣缸、設(shè)于雙層氣缸的前端并與雙層氣缸連接的水冷過渡段31以及設(shè)于雙層氣缸的后端并與雙層氣缸連接的排氣蝸殼38，所述的冷卻水系統(tǒng)4連接試驗(yàn)透平1的水冷過渡段31和排氣蝸殼38，水冷過渡段31為雙層管道，雙層管道之間采用來自冷卻水系統(tǒng)4的冷卻水冷卻，排氣蝸殼38為雙層殼體，雙層殼體之間采用來自冷卻水系統(tǒng)4的冷卻水冷卻，外氣缸33和內(nèi)氣缸32之間采用來自冷卻空氣系統(tǒng)3的冷卻空氣進(jìn)行冷卻。試驗(yàn)透平1的水冷過渡段31和排氣蝸殼38分別連接過渡段13和排氣段15。

所述的外氣缸33上設(shè)有與外氣缸33和內(nèi)氣缸32之間的空間連通的冷卻空氣進(jìn)口，所述的水冷過渡段31上設(shè)有冷卻孔，所述的冷卻空氣系統(tǒng)3與外氣缸33上的冷卻空氣進(jìn)口和水冷過渡段31上的冷卻孔相連通；所述的內(nèi)氣缸32中設(shè)有2級靜葉片和2級動(dòng)葉片，各級靜葉片皆設(shè)有內(nèi)部冷卻通道，第一級靜葉片34固定于內(nèi)氣缸32中的靜葉片內(nèi)環(huán)上，所述的靜葉片內(nèi)環(huán)設(shè)有進(jìn)氣孔，所述的靜葉片內(nèi)環(huán)的進(jìn)氣孔與水冷過渡段31上的冷卻孔和第一級靜葉片34的內(nèi)部冷卻通道連通，各級靜葉片的根部皆設(shè)有與外氣缸33和內(nèi)氣缸32之間的空間連通的進(jìn)氣孔，第一級靜葉片有兩股冷卻空氣，其中一股來自冷卻空氣系統(tǒng)3的冷卻空氣能夠經(jīng)水冷過渡段31上的冷卻孔和靜葉片內(nèi)環(huán)的進(jìn)氣孔進(jìn)入第一級靜葉片34的內(nèi)部冷卻通道，另一股來自冷卻空氣系統(tǒng)3的冷卻空氣能夠從第一級靜葉片34根部的進(jìn)氣孔進(jìn)入第一級靜葉片34的內(nèi)部冷卻通道。來自冷卻空氣系統(tǒng)3的冷卻空氣能夠從第二級靜葉片36根部的進(jìn)氣孔進(jìn)入第二級靜葉片36的內(nèi)部冷卻通道。

所述的各級動(dòng)葉片相應(yīng)設(shè)于內(nèi)氣缸中的各級葉輪上，各級動(dòng)葉片的兩側(cè)設(shè)有靜止部件，各級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間形成盤腔，各級葉輪上設(shè)有冷卻孔，水冷過渡段31的冷卻孔與所述的各級葉輪與其兩側(cè)靜止部件之間形成的盤腔以及各級葉輪上的冷卻孔相連通，各級動(dòng)葉片設(shè)有內(nèi)部冷卻通道，各級動(dòng)葉片的根部設(shè)有與該動(dòng)葉片的內(nèi)部冷卻通道相連通的進(jìn)氣孔，第一級動(dòng)葉片35的進(jìn)氣孔與第一級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔39連通，來自冷卻空氣系統(tǒng)3的冷卻空氣能夠依次通過水冷過渡段31的冷卻孔和第一級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔39經(jīng)第一級動(dòng)葉片35根部的進(jìn)氣孔進(jìn)入其內(nèi)部冷卻通道，第二級動(dòng)葉片37的進(jìn)氣孔和其對應(yīng)的第二級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔41連通，來自冷卻空氣系統(tǒng)3的冷卻空氣能夠通過第二級葉輪的冷卻孔42和第二級葉輪與其兩側(cè)的靜止部件之間的盤腔41經(jīng)第二級動(dòng)葉片37根部的進(jìn)氣孔進(jìn)入其內(nèi)部冷卻通道。

所述的內(nèi)氣缸32的內(nèi)部形成燃?xì)馔ǖ?，所述的?dòng)葉片設(shè)于葉輪上，所述的葉輪設(shè)于試驗(yàn)透平1的輸出軸上，所述的動(dòng)葉片能夠帶動(dòng)葉輪和試驗(yàn)透平1的輸出軸一起旋轉(zhuǎn)。所述的靜葉片的根部固定在內(nèi)氣缸32的側(cè)壁上，所述的靜葉片和動(dòng)葉片在試驗(yàn)透平1的輸出軸的軸線方向上交替設(shè)置。

所述的試驗(yàn)透平1的靜葉片與動(dòng)葉片的材料化學(xué)成分與實(shí)際透平葉片的鎳基母合金完全相同，采用3D打印技術(shù)快速制造出透平試驗(yàn)葉片，在試驗(yàn)透平1的靜葉片與動(dòng)葉片的基體與表面安裝金屬的溫度測點(diǎn)30。

所述的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)2包括軸流空氣壓縮機(jī)5、主流進(jìn)氣放空閥6、主流空氣過濾器7、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥8、主流流量噴嘴9、金屬膨脹節(jié)10、環(huán)形燃燒器12、過渡段13、水力測功器14、排氣段15、排氣減溫器16和消音塔17；所述的軸流空氣壓縮機(jī)5、主流進(jìn)氣放空閥6、主流空氣過濾器7、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥8、主流流量噴嘴9、金屬膨脹節(jié)10、環(huán)形燃燒器12、過渡段13、試驗(yàn)透平1、排氣段15、排氣減溫器16和消音塔17依次連接，試驗(yàn)透平1的輸出軸連接水力測功器14。所述的金屬膨脹節(jié)10和環(huán)形燃燒器12之間通過管路連接，金屬膨脹節(jié)10和環(huán)形燃燒器12之間的管路上設(shè)有整流段11。

所述的軸流空氣壓縮機(jī)5為降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)提供主流空氣，通過調(diào)整主流進(jìn)氣放空閥6與進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥8的開度來控制主流空氣的流量與壓力，主流空氣過濾器7用來防止主流空氣中大顆粒雜質(zhì)進(jìn)入環(huán)形燃燒器12和試驗(yàn)透平1，主流流量噴嘴9用來測量主流空氣流量，金屬膨脹節(jié)10用來吸收管道的膨脹量，整流段11用來保證環(huán)形燃燒器12進(jìn)口空氣的均勻性，主流空氣在環(huán)形燃燒器12中與噴入的燃料相混合并燃燒產(chǎn)生500℃至1000℃的主流燃?xì)狻?/p>

所述的過渡段13和排氣段15與試驗(yàn)透平1的殼體采用法蘭螺栓結(jié)構(gòu)連接，過渡段13和排氣段15設(shè)計(jì)為雙層殼體，雙層殼體與冷卻水系統(tǒng)4連接，雙層殼體之間采用來自冷卻水系統(tǒng)4的冷卻水冷卻。

所述的水力測功器14與試驗(yàn)透平1的輸出軸通過聯(lián)軸器43來連接，水力測功器用來消耗試驗(yàn)透平的機(jī)械功，水力測功器14與冷卻水系統(tǒng)連接，采用閉式循環(huán)冷卻水來冷卻水力測功器14。

所述的排氣減溫器16與冷卻水系統(tǒng)4連接，冷卻水系統(tǒng)4的冷卻水噴入排氣減溫器16來降低排氣溫度。

所述的排氣減溫器16與消音塔17連接，試驗(yàn)透平1的排氣進(jìn)入消音塔以降低高速氣流產(chǎn)生的噪音后，再排入大氣。

所述的冷卻空氣系統(tǒng)3包括依次連接的離心式壓縮機(jī)18、冷卻空氣放空閥19、冷卻空氣過濾器20、冷卻空氣調(diào)節(jié)閥21、文丘里流量計(jì)22和冷卻空氣熱交換器23，所述的冷卻空氣熱交換器23連接試驗(yàn)透平1，冷卻空氣電加熱器23的出口與外氣缸33上的冷卻空氣進(jìn)口和水冷過渡段31上的冷卻孔相連通。所述的文丘里流量計(jì)22為高精度文丘里流量計(jì)。

所述的離心式壓縮機(jī)18為試驗(yàn)透平1提供冷卻空氣，通過調(diào)整冷卻空氣放空閥19與冷卻空氣調(diào)節(jié)閥21的開度來控制冷卻空氣的壓力和流量，冷卻空氣過濾器20用來防止冷卻空氣中大顆粒雜質(zhì)進(jìn)入試驗(yàn)透平1，文丘里流量計(jì)22用來測量冷卻空氣的流量，冷卻空氣熱交換器23用來調(diào)節(jié)試驗(yàn)透平1的靜葉片與動(dòng)葉片的入口的冷卻空氣溫度。

所述的冷卻水系統(tǒng)4包括冷卻塔27、5臺(tái)水泵24、1條補(bǔ)水管道25、4條進(jìn)水管道26和3條出水管道28，其中，冷卻塔27連接所述的1條補(bǔ)水管道25、4條進(jìn)水管道26和3條出水管道28，所述的5臺(tái)水泵24分別設(shè)于1條補(bǔ)水管道25和4條進(jìn)水管道26上，所述的4條進(jìn)水管道26分別連接排氣減溫器16、過渡段13和試驗(yàn)透平1的水冷過渡段31、試驗(yàn)透平的排氣蝸殼38和排氣段15、以及水力測功器14，所述的3條出水管道過渡段分別連接過渡段13和試驗(yàn)透平1的水冷過渡段31、試驗(yàn)透平的排氣蝸殼38和排氣段15、以及水力測功器14，所述的1條補(bǔ)水管道25、4條進(jìn)水管道26和3條出水管道28上皆設(shè)有閥門。

冷卻水系統(tǒng)4的其中1臺(tái)水泵24及1條補(bǔ)水管道25為冷卻水系統(tǒng)4提供補(bǔ)水，1臺(tái)水泵24及1條進(jìn)水管道26為排氣減溫器16提供噴水；1臺(tái)水泵24及1條進(jìn)水管道26為環(huán)形燃燒器12與試驗(yàn)透平1之間的過渡段13與試驗(yàn)透平1的水冷過渡段31提供冷卻水，1條出水管道28把冷卻環(huán)形燃燒器12與試驗(yàn)透平1之間的過渡段13與試驗(yàn)透平1的水冷過渡段31后出水輸送到冷卻塔27；1臺(tái)水泵24及1條進(jìn)水管道26為試驗(yàn)透平1的排氣蝸殼38的雙層殼體與排氣段15雙層殼體提供冷卻水，1條出水管道28把冷卻排氣蝸殼38雙層殼體與排氣段15雙層殼體后的出水輸送到冷卻塔27；1臺(tái)水泵24及1條進(jìn)水管道26為水力測功器14提供冷卻水，1條出水管道28把冷卻水力測功器14的出水輸送到冷卻塔27；所述的冷卻塔27降低出水溫度并為冷卻水系統(tǒng)4提供冷卻水。

所述的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)2全部進(jìn)氣管道及排氣管道、冷卻空氣系統(tǒng)3管道與冷卻水系統(tǒng)4的出水管道、試驗(yàn)透平1以及過渡段13與排氣段15的殼體的外側(cè)加裝石棉保溫套，保溫套外的壁溫不超過50℃；

所述的主流流量噴嘴9與文丘里流量計(jì)22的前面設(shè)計(jì)有20倍管道直徑的直管段，后面設(shè)計(jì)有10倍管道直徑的直管段，以保證測量精度；

所述的全溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)2的環(huán)形燃燒器12前后的管道上安裝壓力測點(diǎn)29與溫度測點(diǎn)30，在冷卻空氣系統(tǒng)3的冷卻空氣熱交換器23前后的管道上安裝壓力測點(diǎn)29與溫度測點(diǎn)30，在冷卻空氣進(jìn)入靜葉片與動(dòng)葉片之前的流道中安裝壓力測點(diǎn)29與溫度測點(diǎn)30，在試驗(yàn)透平1的靜葉片與動(dòng)葉片之間以及試驗(yàn)透平1最后一級動(dòng)葉片后的管道上安裝壓力測點(diǎn)29與溫度測點(diǎn)30。

如圖3所示，為本發(fā)明所采用降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)主流系統(tǒng)與冷卻空氣系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法的流程圖。所述的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平流動(dòng)冷卻試驗(yàn)裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)方法為：

步驟一：確定降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的?；菴_l；

步驟二：選定降溫等膨脹比試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倻?/p>

步驟三：計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平背壓P₁，單位Pa，公式為

P₁＝101325+ΔP (1)

式中：

ΔP——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平的排氣壓損；

步驟四：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的膨脹比π_g，L，公式為

${\mathrm{\π}}_{g,L}={\mathrm{\π}}_{g,D}=\frac{P_{g,D}^{*}}{P_{1,D}}---\left(2\right)$

式中：

π_g，D——燃?xì)廨啓C(jī)透平的設(shè)計(jì)膨脹比；

——燃?xì)廨啓C(jī)透平進(jìn)口的設(shè)計(jì)總壓；

P_1，D——燃?xì)廨啓C(jī)透平出口的設(shè)計(jì)背壓；

步驟五：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的主流燃?xì)饪倝汗綖?/p>

$P_{g,L}^{*}=P_1\×{\mathrm{\π}}_{g,L}---\left(3\right)$

式中：

P₁——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的背壓；

π_g，L——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的膨脹比；

步驟六：計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平進(jìn)口的主流燃?xì)饬髁縂_g，L，公式為

$G_{g,L}=\frac{P_{g,L}^{*}}{P_{g,D}^{*}}\×\frac{G_{g,D}\sqrt{T_{g,D}^{*}}}{\sqrt{T_{g,L}^{*}}}\×\frac{1}{C_l^2}---\left(4\right)$

式中：

——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倝海?/p>

——燃?xì)廨啓C(jī)透平進(jìn)口的設(shè)計(jì)總壓；

——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倻兀?/p>

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況透平進(jìn)口的燃?xì)饪倻兀?/p>

G_g，D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況的透平進(jìn)口燃?xì)饬髁浚?/p>

C_l——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平的?；?；

步驟七：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平冷卻空氣進(jìn)口總溫公式為

$T_{c,L}^{*}=T_{g,L}^{*}\×\frac{T_{c,D}^{*}}{T_{g,D}^{*}}---\left(5\right)$

式中：

——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倻兀?/p>

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況透平進(jìn)口的燃?xì)饪倻兀?/p>

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況冷卻空氣進(jìn)口總溫；

步驟八：計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平冷卻空氣流量G_c，L，公式為

$G_{c,L}=G_{g,L}\×\frac{G_{c,D}}{G_{g,D}}---\left(6\right)$

式中：

G_g，L——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平主流燃?xì)膺M(jìn)口的流量；

G_g，D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況的透平進(jìn)口燃?xì)饬髁浚?/p>

G_c，D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況葉片冷卻空氣的流量；

步驟九：計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平冷卻空氣總壓公式為

$P_{c,L}^{*}=P_{c,D}^{*}\×\frac{G_{c,L}\sqrt{T_{c,L}^{*}}}{G_{c,D}\sqrt{T_{c,D}^{*}}}---\left(7\right)$

式中：

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況旋轉(zhuǎn)透平進(jìn)口冷卻空氣總壓；

——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平進(jìn)口冷卻空氣總溫；

——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況透平進(jìn)口冷卻空氣總溫；

G_c，L——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平旋轉(zhuǎn)透平冷卻空氣的流量；

G_c，D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況透平冷卻空氣流量；

步驟十：按照速度比u/C₀(u為透平葉片的圓周速度，C₀為多級試驗(yàn)透平等熵滯止焓降對應(yīng)的噴嘴的出口理論速度)相等的要求，計(jì)算降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平工作轉(zhuǎn)速n，公式為

$n=\frac{C_0{n}_D}{C_{0D}{C}_l}---\left(8\right)$

式中：

C₀——多級試驗(yàn)透平等熵滯止焓降對應(yīng)的噴嘴的出口理論速度；

C_0D——燃?xì)廨啓C(jī)多級透平等熵滯止焓降對應(yīng)的噴嘴的出口理論速度；

C_l——降溫等膨脹比的試驗(yàn)透平的?；?；

n_D——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況的額定轉(zhuǎn)速；

步驟十一：計(jì)算水力測功器功率N，公式為

$N=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(G_{vi}{h}_{vi}+G_{bi}{h}_{bi})---\left(9\right)$

式中：

G_vi——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平第i級靜葉片主流燃?xì)饬髁浚?/p>

h_vi——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平第i級靜葉片實(shí)際焓降；

G_bi——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平第i級動(dòng)葉片主流燃?xì)饬髁浚?/p>

h_bi——降溫等膨脹比試驗(yàn)透平第i級動(dòng)葉片實(shí)際焓降；

m——試驗(yàn)透平的級數(shù)；

步驟十二：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的靜葉片出口馬赫數(shù)M_c1，公式為

$M_{c1}=\frac{c_1}{a}---\left(10\right)$

式中：

a——當(dāng)?shù)芈曀伲?/p>

c₁——透平靜葉片出口實(shí)際速度；

步驟十三：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的動(dòng)葉片出口馬赫數(shù)M_w2，公式為

$M_{w2}=\frac{w_2}{a}---\left(11\right)$

式中：

a——當(dāng)?shù)芈曀伲?/p>

w₂——透平動(dòng)葉片出口實(shí)際速度；

步驟十四：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的靜葉片出口雷諾數(shù)Re₁，公式為

${\mathrm{Re}}_1=\frac{c_1\×b_1}{v}---\left(12\right)$

式中：

b₁——透平靜葉片弦長；

c₁——透平靜葉片出口實(shí)際速度；

v——燃?xì)獾倪\(yùn)動(dòng)粘度；

步驟十五：計(jì)算降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的動(dòng)葉片出口雷諾數(shù)Re₂，公式為

${\mathrm{Re}}_2=\frac{w_2\×b_2}{v}---\left(13\right)$

式中：

b₂——透平動(dòng)葉片弦長；

w₂——透平動(dòng)葉片出口實(shí)際速度；

v——燃?xì)獾倪\(yùn)動(dòng)粘度。

如圖2所示，某型號300MW的F級燃?xì)廨啓C(jī)的降溫等膨脹比試驗(yàn)透平的示意圖，模化比取為0.5，降溫等膨脹比試驗(yàn)透平主流燃?xì)饪倻厝?200K。對于圖1所示的重型燃機(jī)降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置，采用圖3所示的流程圖，對于該燃?xì)廨啓C(jī)的試驗(yàn)透平1的兩級葉片的進(jìn)行流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)，降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)2與冷卻空氣系統(tǒng)3的參數(shù)設(shè)計(jì)方法步驟一至步驟十五的計(jì)算結(jié)果列于表1。

[表1]

該型號300MW的F級燃?xì)廨啓C(jī)的降溫等膨脹比試驗(yàn)透平與全溫等膨脹比試驗(yàn)透平和全溫全壓試驗(yàn)透平的主流燃?xì)饪倻?、主流燃?xì)饪倝?、透平進(jìn)口燃?xì)饬髁?、透平背壓、試?yàn)透平工作轉(zhuǎn)速、水力測功器功率、馬赫數(shù)、雷諾數(shù)的計(jì)算結(jié)果以及旋轉(zhuǎn)透平試驗(yàn)主流系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)的功率列于表2。與全溫膨脹比旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置相比，降溫等膨脹比可以降低試驗(yàn)透平的主流燃?xì)鉁囟扰c工作轉(zhuǎn)速，而透平靜葉片與動(dòng)葉片出口的馬赫數(shù)與雷諾數(shù)基本不變，可以顯著降低試驗(yàn)透平的造價(jià)與設(shè)計(jì)難度；與全溫全壓旋轉(zhuǎn)透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)裝置相比，降溫等膨脹比可以降低試驗(yàn)裝置主流空氣壓力并減少主流空氣流量，透平靜葉片與動(dòng)葉片出口的馬赫數(shù)與雷諾數(shù)基本不變，選用一臺(tái)軸流空氣壓縮機(jī)就能滿足降溫等膨脹比試驗(yàn)透平主流空氣的流量與壓力要求，既顯著降低軸流空氣壓縮機(jī)的功率并可以減少試驗(yàn)裝置的設(shè)備購置費(fèi)用，又可以減少試驗(yàn)用電費(fèi)用，水力測功器功率小且購置費(fèi)用小。

[表2]

以上所述，僅是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案給出的300MW的F級燃?xì)廨啓C(jī)前兩級透平的流動(dòng)與冷卻試驗(yàn)的實(shí)施例，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，依據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案開展不同功率等級或不同試驗(yàn)透平進(jìn)氣溫度或不同透平級數(shù)的重型燃?xì)廨啓C(jī)的降溫等膨脹比旋轉(zhuǎn)透平流動(dòng)與冷卻的試驗(yàn)裝置及參數(shù)設(shè)計(jì)方法，仍屬于本發(fā)明權(quán)力要求書的保護(hù)范圍。