CN105806874A - 燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃机透平叶片全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、进气调节阀、主流流量喷嘴、电加热器、金属膨胀节、燃烧器、透平叶片试验段、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、冷却空气调节阀、文丘里流量计、冷却空气电加热器，冷却空气电加热器连接透平叶片试验段；冷却水系统包括冷却塔，燃烧器出口处及排气减温器入口处分别通过进水管道与冷却塔连接，透平叶片试验段进、出口处分别通过出水管道与冷却塔连接，冷却塔还连接补水管道。本发明可以准确、方便、低成本地进行燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验。

Description

燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置

技术领域

本发明涉及一种重型燃气轮机透平叶片的全温等膨胀比冷却效果试验装置及其参数设计方法，属于燃气轮机技术领域。

背景技术

F级燃气轮机透平进气温度达到1400℃、H级燃气轮机透平进气温度达到1500℃、J级燃气轮机透平进气温度达到1600℃。透平叶片的定向结晶或单晶的镍基合金基体金属工作温度约为900℃至1000℃，透平进气温度与透平叶片基体金属工作温度之间500℃至600℃的温降，需要通过采用叶片冷却结构设计和表面热障涂层来实现。透平叶片热障涂层的隔热温度约为50℃至100℃，仍有450℃至550℃的温降需要通过透平叶片冷却设计来实现。透平叶片内部冷却设计采用内部腔室射流冲击冷却结构、带肋通道强化传热结构和绕柱强化传热结构，透平叶片外表面冷却采用气膜冷却结构。透平叶片冷却结构十分复杂，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，现有技术和公开文献报道，没有重型燃气轮机透平叶片的全温等膨胀比冷却效果试验装置及参数设计方法。建立重型燃机透平叶片全温等膨胀比冷却效果试验装置，确定透平叶片主流系统与叶片冷却空气系统的设计参数，可以验证燃气轮机透平叶片设计工况的冷却效果，透平叶片金属壁温的测试结果可以表征透平叶片基体金属工作温度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种重型燃气轮机透平叶片的全温等膨胀比冷却效果试验装置，可以用来进行透平静叶片的冷却效果试验，也可以进行透平动叶片的静态冷却效果试验。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种燃机透平叶片全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、进气调节阀、主流流量喷嘴、电加热器、金属膨胀节、燃烧器、透平叶片试验段、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、冷却空气调节阀、文丘里流量计、冷却空气电加热器，冷却空气电加热器连接透平叶片试验段；

冷却水系统包括冷却塔，所述燃烧器出口处及排气减温器入口处的双层管道壳程分别通过进水管道与冷却塔连接，透平叶片试验段进、出口处的双层管道壳程分别通过出水管道与冷却塔连接，冷却塔还连接补水管道。

优选地，通过所述离心空气压缩机提供主流空气，通过调整所述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，通过主流流量喷嘴测量主流空气流量，通过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，所述主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，所述透平叶片试验段用于测量透平叶片基体的金属温度；所述透平叶片试验段上设有3～9只全尺寸透平叶片，构成2～8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；

透平叶片试验段前后的进气管道与排气管道均为双层管道，均与所述冷却水系统连接，双层管道之间采用冷却水冷却；

透平叶片试验段的壳体为双层壳体，双层壳体之间设有隔热材料。

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，通过高精度文丘里流量计测量冷却空气的流量，通过冷却空气电加热器预热冷却空气。

优选地，所述冷却塔的进、出水及补水管道上均设有水泵及阀门。

优选地，所述透平叶片试验主流系统全部进气管道及排气管道、叶片冷却空气系统管道与冷却水系统的出水管道，外侧均加装石棉保温套。

更优选地，所述保温套外的壁温不超过50℃。

优选地，通过电加热器预热主流空气达到300℃至500℃。

优选地，通过冷却空气电加热器预热冷却空气达到300℃至500℃。

优选地，在中间的所述全尺寸透平叶片上安装金属壁温测点，透平叶片试验主流系统的电加热器与叶片冷却空气系统的冷却空气电加热器前后的管道上安装压力测点与温度测点，透平叶片试验主流系统的燃烧器后的管道上安装压力测点与温度测点。

优选地，所述透平叶片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：试验段主流燃气总温取设计工况参数；

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π_g，H的公式为

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

式中：

π_g，D——透平叶片的设计膨胀比

——透平叶片的设计总压

P_1，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

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

式中：

P₁——透平叶片试验段背压

π_g，H——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G_g，H的公式为

$G_{g,H}=\frac{P_{g,H}^{*}}{P_{g,D}^{*}}\×\frac{G_{g,D}\sqrt{T_{g,D}^{*}}}{\sqrt{T_{g,H}^{*}}}\×\frac{Z_p}{Z_{p,D}}---\left(4\right)$

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

——设计工况透平进口的燃气总温

G_g，D——设计工况的透平进口燃气流量

Z_p——试验装置的叶片流道数

Z_p，D——燃气轮机透平叶片的流道总数；

步骤六：试验段冷却空气总温取设计工况参数；

步骤七：计算试验段冷却空气流量G_c，H的公式为

$G_{c,H}=G_{g,H}\×\frac{G_{c,D}}{G_{g,D}}\×\frac{Z_b}{Z_{b,D}}\×\frac{Z_{p,D}}{Z_p}---\left(5\right)$

式中：

G_g，H——试验段主流燃气进口的流量

G_g，D——设计工况的透平进口燃气流量

G_c，D——设计工况叶片冷却空气的流量

Z_b——试验装置的叶片数量

Z_b，D——燃气轮机透平的叶片总数

步骤八：计算试验段冷却空气总压的公式为

$P_{c,H}^{*}=P_{c,D}^{*}\×\frac{G_{c,H}\sqrt{T_{c,H}^{*}}}{G_{c,D}\sqrt{T_{c,D}^{*}}}\×\frac{Z_{b,D}}{Z_b}---\left(6\right)$

式中：

——设计工况透平叶片进口冷却空气总压

——试验段透平叶片进口冷却空气总温

——设计工况透平叶片进口冷却空气总温

G_c，H——试验段透平叶片冷却空气的流量

G_c，D——设计工况透平叶片冷却空气流量；

步骤九：计算透平叶片出口马赫数M的公式为

$M=\frac{c}{a}---\left(7\right)$

式中：

a——当地声速

c——透平叶片出口速度；

步骤十：计算透平叶片出口雷诺数Re的公式为

$\mathrm{Re}=\frac{c\×b}{v}---\left(8\right)$

式中：

b——透平叶片弦长

c——透平叶片出口速度

v——燃气的运动粘度。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)试验叶片与实际叶片的尺寸相同保证几何相似，试验工况与设计工况下冷却空气与主流燃气的流量比相等保证运动相似；对于主流燃气，试验工况与设计工况下叶片的膨胀比相等，马赫数(或欧拉数)相等保证流场相似；试验工况与设计工况的雷诺数相等，保证速度场相似；

(2)试验工况与设计工况的主流为燃气，冷却流体为空气，保证普朗特数相等；由于雷诺数和普朗特数相等，保证努塞尔数相等，表征试验工况与设计工况热相似；试验工况与设计工况的燃气的总温相等，试验工况与设计工况的冷却空气的总温也相等，试验工况与设计工况的冷却效果相同，试验测量的透平叶片基体金属温度与透平叶片的实际工作温度相同；

(3)与同一种透平叶片的全温全压冷却效果试验装置相比，可以降低试验装置主流燃气压力并减少主流燃气流量，既显著降低离心空气压缩机与电加热器的功率，又可以增加安装金属壁温测点的试验透平叶片数量，获取透平叶片更多测点的局部壁温测量结果。

附图说明

图1为本发明重型燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置的示意图；

图2为本发明5只透平叶片试验段的示意图；

图3为本发明9只透平叶片试验段的示意图。

图中：

1.透平叶片试验主流系统；2.叶片冷却空气系统；3.冷却水系统；4.离心空气压缩机；5.主流进气放空阀；6.进气调节阀；7.主流流量喷嘴；8.金属膨胀节；9.电加热器；10.燃烧器；11.透平叶片试验段；12排气减温器；13.消音塔；14.罗茨鼓风机；15.冷却空气放空阀；16.冷却空气调节阀；17.高精度文丘里流量计；18.冷却空气电加热器；19.水泵；20.补水管道及阀门；21.进水管道及阀门；22.冷却塔；23.出水管道及阀门；24.压力测点；25.温度测点；26透平叶片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供了一种重型燃气轮机透平叶片的全温等膨胀比冷却效果试验装置及其参数设计方法，可以用来进行透平静叶片的冷却效果试验，也可以进行透平动叶片的静态冷却效果试验，实现了透平叶片设计工况参数的冷却效果试验。

如图1所示，本发明提供的一种采重型燃气轮机透平叶片的全温等膨胀比冷却效果试验装置包括透平叶片试验主流系统1、叶片冷却空气系统2和冷却水系统3。

透平叶片试验主流系统1由依次连接的离心空气压缩机4、主流进气放空阀5、进气调节阀6、主流流量喷嘴7、电加热器8、金属膨胀节9、燃烧器10、透平叶片试验段11、排气减温器12、消音塔13组成。

离心空气压缩机4提供主流空气，通过调整主流进气放空阀5与进气调节阀6的开度来控制主流空气的流量与压力，主流流量喷嘴7用来测量主流空气流量，电加热器8用来预热主流空气达到300℃至500℃，金属膨胀节9用来吸收进气管道的膨胀量，主流空气在燃烧器10中与喷入的燃料相混合并燃烧产生1300℃至1700℃的主流燃气。

透平叶片试验段11用来测量透平叶片基体的金属温度，在透平叶片试验段11上安装3只至9只全尺寸透平叶片，构成2个至8个透平叶片流道，在中间1只至7只全尺寸透平叶片上安装金属壁温测点，透平叶片试验段11的壳体设计为双层壳体，双层壳体之间加装隔热材料。

透平叶片试验主流系统1与叶片冷却空气系统2和冷却水系统3连接，透平叶片试验段11与叶片冷却空气系统2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，透平叶片试验段11前后的进气管道与排气管道设计为双层管道，双层管道与冷却水系统连接，双层管道之间采用冷却水冷却，排气减温器12与冷却水系统3连接，冷却水喷入排气减温器12来降低排气温度。

消音塔13安装在排气减温器12后面，试验系统的排气进入消音塔13以降低高速气流产生的噪音后，再排入大气。

冷却空气系统2包括依次连接的罗茨鼓风机14、冷却空气放空阀15、冷却空气调节阀16、高精度文丘里流量计17、冷却空气电加热器18，冷却空气电加热器18连接透平叶片试验段11。

罗茨鼓风机14提供冷却空气，通过调整冷却空气放空阀15与冷却空气调节阀16的开度来控制冷却空气的压力和流量，高精度文丘里流量计17用来测量冷却空气的流量，冷却空气电加热器18的预热冷却空气达到300℃至500℃。

所述的冷却水系统3包括水泵19、补水管道及阀门20、进水管道及阀门21、冷却塔22、出水管道及阀门23。冷却水系统有4台水泵19、1条补水管道与阀门20、3条进水管道与阀门21和2条出水管道与阀门22，其中1台水泵19及1条补水管道与阀门20为冷却水系统3提供补水，1台水泵19及1条进水管道与阀门21为排气减温器12提供喷水，2台水泵及2条进水管道与阀门21为燃烧器10与后面的双层管道提供冷却水，2条出水管道与阀门23把冷却管道后出水输送到冷却塔22，冷却塔22降低出水温度并为透平叶片试验主流系统1提供冷却水。

透平叶片试验主流系统1的全部进气管道及排气管道、叶片冷却空气系统2的全部管道与冷却水系统的出水管道，外侧加装石棉保温套，保温套外的壁温不超过50℃；

主流流量喷嘴7与高精度文丘里流量计17的前面设计有20倍管道直径的直管段，后面设计有10倍管道直径的直管段，以保证测量精度。

透平叶片试验主流系统1的电加热器8与叶片冷却空气系统2的冷却空气电加热器18前后的管道上安装压力测点24与温度测点25，透平叶片试验主流系统1的燃烧器10后的管道上安装压力测点24与温度测点25。

透平叶片主流系统1与叶片冷却空气系统2的参数设计方法，包括以下十个步骤：

步骤一：试验段主流燃气总温取设计工况参数；

步骤二：计算透平叶片试验段背压P₁的公式为

P₁＝101325+ΔP(9)

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π_g，H的公式为

${\mathrm{\π}}_{g,H}={\mathrm{\π}}_{g,D}=\frac{P_{g,D}^{*}}{P_{1,D}}---\left(10\right)$

式中：

π_g，D——透平叶片的设计膨胀比

——透平叶片的设计总压

P_1，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

$P_{g,H}^{*}=P_1\×{\mathrm{\π}}_{g,H}---\left(11\right)$

式中：

P₁——透平叶片试验段背压

π_g，H—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G_g，H的公式为

$G_{g,H}=\frac{P_{g,H}^{*}}{P_{g,D}^{*}}\×\frac{G_{g,D}\sqrt{T_{g,D}^{*}}}{\sqrt{T_{g,H}^{*}}}\×\frac{Z_p}{Z_{p,D}}---\left(12\right)$

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

——设计工况透平进口的燃气总温

G_g，D——设计工况的透平进口燃气流量

Z_p——试验装置的叶片流道数

Z_p，D——燃气轮机透平叶片的流道总数；

步骤六：试验段冷却空气总温取设计工况参数；

步骤七：计算试验段冷却空气流量G_c，H的公式为

$G_{c,H}=G_{g,H}\×\frac{G_{c,D}}{G_{g,D}}\×\frac{Z_b}{Z_{b,D}}\×\frac{Z_{p,D}}{Z_p}---\left(13\right)$

式中：

G_g，H——试验段主流燃气进口的流量

G_g，D——设计工况的透平进口燃气流量

G_c，D——设计工况叶片冷却空气的流量

Z_b——试验装置的叶片数量

Z_b，D——燃气轮机透平的叶片总数

步骤八：计算试验段冷却空气总压的公式为

$P_{c,H}^{*}=P_{c,D}^{*}\×\frac{G_{c,H}\sqrt{T_{c,H}^{*}}}{G_{c,D}\sqrt{T_{c,D}^{*}}}\×\frac{Z_{b,D}}{Z_b}---\left(14\right)$

式中：

——设计工况透平叶片进口冷却空气总压

——试验段透平叶片进口冷却空气总温

——设计工况透平叶片进口冷却空气总温

G_c，H——试验段透平叶片冷却空气的流量

G_c，D——设计工况透平叶片冷却空气流量；

步骤九：计算透平叶片出口马赫数M的公式为

$M=\frac{c}{a}---\left(15\right)$

式中：

a——当地声速

c——透平叶片出口速度；

步骤十：计算透平叶片出口雷诺数Re的公式为

$\mathrm{Re}=\frac{c\×b}{v}---\left(16\right)$

式中：

b——透平叶片弦长

c——透平叶片出口速度

v——燃气的运动粘度；

如图2所示，某型号300MW的F级燃气轮机5只透平叶片试验段的示意图，5只透平叶片构成4个透平叶片流道。对于该燃气轮机进行第一级静叶片冷却效果试验与第一级动叶片静态冷却效果试验，透平叶片主流系统1与叶片冷却空气系统2的参数设计方法步骤一至步骤十的计算结果列于表1。

[表1]

如图3所示，某型号300MW的F级燃气轮机9只透平叶片试验段的示意图，9只透平叶片构成8个透平叶片流道。对于该燃气轮机进行第一级静叶片冷却效果试验与第一级动叶片静态冷却效果试验，透平叶片主流系统1与叶片冷却空气系统2的参数设计方法步骤一至步骤十的计算结果列于表2。

[表2]

采用本发明提供的透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置，试验工况与设计工况的马赫数、雷诺数、普朗特数、努塞尔数相等，冷却效果相同，由试验得出的透平叶片局部壁温测量数据可以表征透平叶片的实际工作温度。

若采用全温全压透平叶片冷效试验装置，主流离心空气压缩机的功率17200kW，电加热器的功率5600kW，除了新增设备购置费用4000万元至7000万元之外，还对试验台建设单位的用电负荷有很高的要求。采用本发明提供的透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置，主流离心空气压缩机的功率为2500kW，电加热器的功率210kW，可以显著降低设备购置费用和试验用电负荷。

以上内容是根据本发明技术方案给出的300MW的F级燃气轮机第一级静叶片冷却效果试验与第一级动叶片静态冷却效果试验的实施例，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，依据本发明提供的技术方案开展不同功率等级或不同透平进气温度的重型燃气轮机透平叶片的冷效试验装置及参数设计方法，仍属于本发明权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃机透平叶片全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(1)、叶片冷却空气系统(2)和冷却水系统(3)；

透平叶片试验主流系统(1)由依次连接的离心空气压缩机(4)、主流进气放空阀(5)、进气调节阀(6)、主流流量喷嘴(7)、电加热器(8)、金属膨胀节(9)、燃烧器(10)、透平叶片试验段(11)、排气减温器(12)、消音塔(13)组成；

冷却空气系统(2)包括依次连接的罗茨鼓风机(14)、冷却空气放空阀(15)、冷却空气调节阀(16)、文丘里流量计(17)、冷却空气电加热器(18)，冷却空气电加热器(18)连接透平叶片试验段(11)；

冷却水系统(3)包括冷却塔(22)，所述燃烧器(10)出口处及排气减温器(12)入口处的双层管道壳程分别通过进水管道与冷却塔(22)连接，透平叶片试验段(11)进、出口处的双层管道壳程分别通过出水管道与冷却塔(22)连接，冷却塔(22)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全温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：通过所述离心空气压缩机(4)提供主流空气，通过调整所述主流进气放空阀(5)与进气调节阀(6)的开度来控制主流空气的流量与压力，通过主流流量喷嘴(7)测量主流空气流量，通过电加热器(8)预热主流空气，通过金属膨胀节(9)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全温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所述主流流量喷嘴(7)前面的直管段管道直径大于主流流量喷嘴(7)后面的直管段管道直径；所述文丘里流量计(17)前面的直管段管道直径大于文丘里流量计(17)后面的直管段管道直径。

4.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片全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(11)用于测量透平叶片基体的金属温度；所述透平叶片试验段(11)上设有3～9只全尺寸透平叶片，构成2～8个透平叶片流道；

透平叶片试验段(11)与叶片冷却空气系统(2)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；

透平叶片试验段(11)前后的进气管道与排气管道均为双层管道，均与所述冷却水系统(2)连接，双层管道之间采用冷却水冷却；

透平叶片试验段(11)的壳体为双层壳体，双层壳体之间设有隔热材料。

5.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所述排气减温器(12)与冷却水系统(3)连接，冷却水喷入排气减温器(12)来降低排气温度；排气进入消音塔(13)以降低噪音，再排入大气。

6.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片全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)提供冷却空气，通过调整所述冷却空气放空阀(15)与冷却空气调节阀(16)的开度来控制冷却空气的压力和流量，通过高精度文丘里流量计(17)测量冷却空气的流量，通过冷却空气电加热器(18)预热冷却空气。

7.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所述冷却塔(22)的进、出水及补水管道上均设有水泵(19)及阀门。

8.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所述透平叶片试验主流系统(1)全部进气管道及排气管道、叶片冷却空气系统(2)管道与冷却水系统(3)的出水管道，外侧均加装石棉保温套。

9.如权利要求4所述的一种燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：在中间的所述全尺寸透平叶片上安装金属壁温测点，透平叶片试验主流系统(1)的电加热器(8)与叶片冷却空气系统(2)的冷却空气电加热器(18)前后的管道上安装压力测点与温度测点，透平叶片试验主流系统(1)的燃烧器(10)后的管道上安装压力测点与温度测点。

10.如权利要求1所述的一种燃机透平叶片全温等膨胀比冷效试验装置，其特征在于：所述透平叶片主流系统(1)与叶片冷却空气系统(2)的具体参数设计方法，包括如下步骤：

步骤一：试验段主流燃气总温取设计工况参数；

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π_g，H的公式为

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

式中：

π_g，D——透平叶片的设计膨胀比

——透平叶片的设计总压

P_1，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

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

式中：

P₁——透平叶片试验段背压

π_g，H——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G_g，H的公式为

$G_{g,H}=\frac{P_{g,H}^{*}}{P_{g,D}^{*}}\×\frac{G_{g,D}\sqrt{T_{g,D}^{*}}}{\sqrt{T_{g,H}^{*}}}\×\frac{Z_p}{Z_{p,D}}---\left(4\right)$

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

——设计工况透平进口的燃气总温

G_g，D——设计工况的透平进口燃气流量

Z_p——试验装置的叶片流道数

Z_p，D——燃气轮机透平叶片的流道总数；

步骤六：试验段冷却空气总温取设计工况参数；

步骤七：计算试验段冷却空气流量G_c，H的公式为

$G_{c,H}=G_{g,H}\×\frac{G_{c,D}}{G_{g,D}}\×\frac{Z_b}{Z_{b,D}}\×\frac{Z_{p,D}}{Z_p}---\left(5\right)$

式中：

G_g，H——试验段主流燃气进口的流量

G_g，D——设计工况的透平进口燃气流量

G_c，D——设计工况叶片冷却空气的流量

Z_b——试验装置的叶片数量

Z_b，D——燃气轮机透平的叶片总数

步骤八：计算试验段冷却空气总压的公式为

$P_{c,H}^{*}=P_{c,D}^{*}\×\frac{G_{c,H}\sqrt{T_{c,H}^{*}}}{G_{c,D}\sqrt{T_{c,D}^{*}}}\×\frac{Z_{b,D}}{Z_b}---\left(6\right)$

式中：

——设计工况透平叶片进口冷却空气总压

——试验段透平叶片进口冷却空气总温

——设计工况透平叶片进口冷却空气总温

G_c，H——试验段透平叶片冷却空气的流量

G_c，D——设计工况透平叶片冷却空气流量；

步骤九：计算透平叶片出口马赫数M的公式为

$M=\frac{c}{a}---\left(7\right)$

式中：

a——当地声速

c——透平叶片出口速度；

步骤十：计算透平叶片出口雷诺数Re的公式为

$\mathrm{Re}=\frac{c\×b}{v}---\left(8\right)$

式中：

b——透平叶片弦长

c——透平叶片出口速度

v——燃气的运动粘度。