CN108918046A - 热态盘缘封严泄漏特性试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置，包括盘缘封严试验台，所述盘缘封严试验台开设有两个进气口和一个出气口，分别连接有主流进气、次流进气、混合出气；所述主流进气由主流气体发生装置产生，并由电加热系统加热得到，主流气体发生装置与电加热系统之间通过管路连接；电加热系统通过管路与盘缘封严试验台的主流进气口连接；所述次流进气由次流气体发生装置产生，次流气体发生装置通过管路与盘缘封严试验台的次流进气口连接；所述混合出气包括连接于盘缘封严试验台的出气口的管路。本发明通过对热电偶进行温度补偿，可以测试试验过程中的温度；通过对压力表进行改进，可以测试试验过程中被加热气体的压力。

Description

热态盘缘封严泄漏特性试验装置及方法

技术领域

本发明涉及盘缘封严领域，特别涉及一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置。

背景技术

在透平机械中，涡轮盘是主要的承力部件，其外环面直接与主流燃气接触，热量将沿着外环面向盘中心传递，从而使得涡轮盘从承受着巨大的热负荷，为了使其能够安全可靠的工作，必需提供一定的冷气进行冷却。式(1)为透平机械实际热效率表达式。

式中π为循环增压比，η_T为透平机械相对内效率，η_C,s为压气机绝热效率，κ为工质绝热指数，τ为循环增温比：循环最高温度与最低温度之比。

可以看出，如果冷气过多，则会降低主流燃气的平均温度，从而降低循环增温比τ，最终降低了透平机械的实际热效率。为了防止冷气过多的逸散至燃气通道，通常会涡轮盘的封严设计数目不等的挡块并称之为盘缘封严结构，盘缘封严结构利用通道间隙的突扩和突缩，将流体的压力能耗散转变为热能，从而起到增大流动阻力，降低发动机冷气量的作用。要获得盘缘封严结构在各种工况范围内的泄漏特性，很有必要通过试验来测试盘缘封严在不同的试验件、主/次流流量、不同主流进口温度及不同转速的泄漏特性。同时，由于真实透平机械中主流燃气温度很高，可能会对盘腔泄漏特性造成一定的影响，因此有必要采用试验的方法获得热态工况下盘缘封严的泄漏特性。在试验测试方面，由于大部分流量计和压力表都不耐高温，会给试验测试带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置及方法，能够测试不同工作条件下的盘缘封严泄漏特性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置，包括盘缘封严试验台，所述盘缘封严试验台开设有两个进气口和一个出气口，两个进气口分别为主流进气口和次流进气口，分别连接有主流进气和次流进气，出气口连接有混合出气；其中：

所述主流进气由主流气体发生装置产生，并由电加热系统加热得到，主流气体发生装置与电加热系统之间通过管路连接，该管路上设置有第一压力表、主流气体阀门、第一热电偶、涡街流量计；电加热系统通过管路与盘缘封严试验台的主流进气口连接，该管路上设置有第二压力表、第二热电偶；

所述次流进气由次流气体发生装置产生，次流气体发生装置通过管路与盘缘封严试验台的次流进气口连接，该管路上设置有次流气体阀门、金属转子流量计、第三压力表、第三热电偶；

所述混合出气包括连接于盘缘封严试验台的出气口的管路，该管路上设置有混合出气阀门、第四压力表、第四热电偶。

所述第二压力表通过紫铜管与管路连接，并通过吹风方式对紫铜管进行冷却。

所述电加热系统与盘缘封严试验台的第一进气口的连接管路上设置有保温装置。

所述保温装置为缠绕在管路上的石棉绳。

一种热态盘缘封严泄漏特性试验方法，包括以下步骤：

步骤1，开始试验时，先将混合出气阀门开至最大，再依次打开次流气体阀门，次流气体发生装置，主流气体阀门，主流气体发生装置，最后打开电加热系统；待各个压力表、热电偶及流量计的读数稳定后，记录其参数；

步骤2，更换盘缘封严试验台中的试验件，调节主流气体阀门、次流气体阀门和混合出气阀门的开度大小，继续记录对应的温度、压力和流量参数；

步骤3，结束试验时，首先关闭电加热系统，待盘缘封严试验台及管道温度降至常温，再依次关闭次流气体发生装置、主流气体发生装置，次流气体阀门，主流气体阀门，最后关闭混合出气阀门。

有益效果：本发明所公开的热态盘缘封严泄漏特性试验装置，通过对热电偶进行温度补偿，可以测试试验过程中的温度；通过对压力表进行改进，可以测试试验过程中被加热气体的压力；通过计算主流流量守恒，解决了直接对被加热气体进行流量测量的难题。通过本试验装置，可以测量热态工况下的盘缘封严泄漏特性。

附图说明

图1为本发明实施例中热态盘缘封严泄漏特性试验装置；

图2a为本发明实施例中盘缘封严试验台；

图2b为图2a中A部局部放大图；

图2c为图2a中B部局部放大图；

附图标记说明：

1-盘缘封严试验台，101-腔体壳，102-第一螺栓，103-左盖板，104-主轴，105-第一螺母，106-第四螺栓，107-第二螺母，108-左轴承挡圈，109-左轴承，110-第六螺栓，111-皮带轮盖，112-皮带轮轮毂，113-右轴承挡圈，114-第三螺母，115-右轴承，116-第五螺栓，117-转盘，118-第二螺栓，119-第三螺栓，120-静止件，121-旋转件，122-右盖板，123-支架；

2-主流进气，201-主流气体发生装置，202-第一压力表，203-主流气体阀门，204-第一热电偶，205-涡街流量计，206-电加热系统，207-第二压力表，208-第二热电偶，209-紫铜管，210-石棉绳；

3-次流进气，301-次流气体发生装置，302-次流气体阀门，303-金属转子流量计，304-第三压力表，305-第三热电偶；

4-混合出气，401-混合出气阀门，402-第四压力表，403-第四热电偶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，本发明的一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置，包括盘缘封严试验台1，所述盘缘封严试验台1开设有两个进气口和一个出气口，两个进气口分别为主流进气口和次流进气口，分别连接有主流进气2和次流进气3，出气口连接有混合出气4；其中：

主流进气2由主流气体发生装置201产生，并由电加热系统206加热得到，主流气体发生装置201与电加热系统206之间通过管路连接，该管路上设置有第一压力表202、主流气体阀门203、第一热电偶204、涡街流量计205；电加热系统206通过管路与盘缘封严试验台1的主流进气口连接，该管路上设置有第二压力表207、第二热电偶208；

次流进气3由次流气体发生装置301产生，次流气体发生装置301通过管路与盘缘封严试验台1的次流进气口连接，该管路上设置有次流气体阀门302、金属转子流量计303、第三压力表304、第三热电偶305；

混合出气4包括连接于盘缘封严试验台1的出气口的管路，该管路上设置有混合出气阀门401、第四压力表402、第四热电偶403。

由于热电偶的温度分布表是在冷端温度保持在0℃时得到的，试验时冷端稳步通常不为0℃，优选地，采用冷端温度校正法进行温度补偿，其表达式为：

E(T,0)＝E(T,T₀)+E(T₀,0) (2)

其中，T₀为试验时环境温度(冷端温度)。

主流气体发生装置201可以采用气泵或者其他气体发生装置，这并不会影响本试验装置的测试以及其他性能。主流气体发生装置201与第一压力表202连接，连接方式为镀锌钢管，通过第一压力表202，可以测得压力参数p₁。

第一压力表202与主流气体阀门203相连接，连接方式为镀锌钢管，通过此阀门，可以控制主流流量的大小。由于压力表不耐高温，第二压力表207通过紫铜管209与管路连接，并通过吹风方式对紫铜管进行冷却。

主流气体阀门203与第一热电偶204相连接，连接方式为镀锌钢管，通过第一热电偶204，可以测得主流气体温度参数T₁。

第一热电偶204与涡街流量计205相连接，连接方式为镀锌钢管，通过涡街流量计1.4，可以测得主流气体体积流量Q_V，1。

涡街流量计205与电加热系统206相连接，连接方式为镀锌钢管，通过电加热系统，可以实现对主流气体加热。

电加热系统206与第二压力表207相连接，连接方式为镀锌钢管，通过第二压力表207，可以测得主流被加热后的压力p₂。

第二压力表207与第二热电偶208相连接，连接方式为镀锌钢管，通过第二热电偶208，可以测得主流气体温度参数T₂。并与盘缘封严试验台1相连接。

电加热系统206与盘缘封严试验台1的第一进气口的连接管路上设置有保温装置。优选的，保温装置为缠绕在管路上的石棉绳210。从而减少被加热主流气体热量的损失。

次流气体发生装置301同样可以采用气泵或者其他气体发生装置，这并不会影响本试验装置的测试以及其他性能。次流气体发生装置301与次流气体阀门302连接，连接方式为镀锌钢管，通过次流气体阀门302，可以调节次流流量。

次流气体阀门302与金属转子流量计303相连接，连接方式为镀锌钢管，通过金属转子流量计303，可以测得次流气体体积流量Q_V，2。

金属转子流量计303与第三压力表304相连接，连接方式为镀锌钢管，通过第三压力表304，可以测得次流气体压力p₃。

第三压力表304与第三热电偶305相连接，连接方式为镀锌钢管，通过第三热电偶305，可以测得次流气体温度参数T₃。并与盘缘封严试验台1相连接。

盘缘封严试验台1与混合出气阀门401相连接，连接方式为镀锌钢管，通过混合出气阀门401，可以调节出气流量。

混合出气阀门401与第四压力表402相连接，连接方式为镀锌钢管，通过混合第四压力表402，可以测得混合出气压力p₄。

第四压力表402与第四热电偶403相连接，连接方式为镀锌钢管，通过第四热电偶403，可以测得混合出气气体温度参数T₄。

如图2所示，本发明中所用的盘缘封严试验台1包括一个由腔体壳101、左盖板103、右盖板122围合而成的腔体，该腔体置于支架123上，腔体壳101与左盖板103及右盖板122之间通过第一螺栓102固定连接；该腔体的中心处设置有一个主轴104，主轴104上设置有转盘117，并通过第一螺母105固定，转盘117位于腔体内，转盘117的端部朝向右盖板122一侧通过第二螺栓118固定有旋转件121，右盖板122上内侧对应旋转件121位置通过第三螺栓119固定有静止件120；主轴104的左端穿过左盖板103，并且与左盖板103之间设置有左轴承109，并通过设置在主轴104上的第二螺母107限位，左盖板103外壁上位于左轴承109处通过第四螺栓106固定有左轴承挡圈108；主轴104的右端穿过右盖板122，并且与右盖板122之间设置有右轴承115，并通过设置在主轴104上的第三螺母114限位，右盖板122外壁上位于右轴承115处通过第五螺栓116固定有右轴承挡圈113；主轴104的右端部伸出于右盖板122外，主轴104的右端部设置有皮带轮轮毂112，并通过第六螺栓110固定有皮带轮盖111。

本发明所公开的热态盘缘封严泄漏特性测试方法如下：

开始试验时，先将混合出气阀门401开至最大，防止试验台内因压力过高而发生危险；再依次打开次流气体阀门302，次流气体发生装置301，主流气体阀门203，主流气体发生装置201，最后打开电加热系统206；待各个压力表、热电偶及流量计的读数稳定后，记录其参数；由于金属转子流量计303为体积流量，应当将其换算为质量流量，其换算公式为：

Q_m，2＝Q_V，2×ρ₂

式中，Q_m，2为次流空气质量流量，Q_V，2为次流空气体积流量，ρ₂为次流空气密度。

更换盘缘封严试验台1中的试验件，调节主流气体阀门203、次流气体阀门302和混合出气阀门401的开度大小，继续记录对应的温度、压力和流量参数；

结束试验时，首先关闭电加热系统206，待盘缘封严试验台及管道温度降至常温，再依次关闭次流气体发生装置301、主流气体发生装置201，次流气体阀门302，主流气体阀门203，最后关闭混合出气阀门401。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置，其特征在于：包括盘缘封严试验台(1)，所述盘缘封严试验台(1)开设有两个进气口和一个出气口，两个进气口分别为主流进气口和次流进气口，分别连接有主流进气(2)和次流进气(3)，出气口连接有混合出气(4)；其中：

所述主流进气(2)由主流气体发生装置(201)产生，并由电加热系统(206)加热得到，主流气体发生装置(201)与电加热系统(206)之间通过管路连接，该管路上设置有第一压力表(202)、主流气体阀门(203)、第一热电偶(204)、涡街流量计(205)；电加热系统(206)通过管路与盘缘封严试验台(1)的主流进气口连接，该管路上设置有第二压力表(207)、第二热电偶(208)；

所述次流进气(3)由次流气体发生装置(301)产生，次流气体发生装置(301)通过管路与盘缘封严试验台(1)的次流进气口连接，该管路上设置有次流气体阀门(302)、金属转子流量计(303)、第三压力表(304)、第三热电偶(305)；

所述混合出气(4)包括连接于盘缘封严试验台(1)的出气口的管路，该管路上设置有混合出气阀门(401)、第四压力表(402)、第四热电偶(403)。

2.根据权利要求1所述的热态盘缘封严泄漏特性试验装置，其特征在于：所述第二压力表(207)通过紫铜管(209)与管路连接，并通过吹风方式对紫铜管进行冷却。

3.根据权利要求1所述的热态盘缘封严泄漏特性试验装置，其特征在于：所述电加热系统(206)与盘缘封严试验台(1)的第一进气口的连接管路上设置有保温装置。

4.根据权利要求3所述的热态盘缘封严泄漏特性试验装置，其特征在于：所述保温装置为缠绕在管路上的石棉绳(210)。

5.一种热态盘缘封严泄漏特性试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，开始试验时，先将混合出气阀门(401)开至最大，再依次打开次流气体阀门(302)，次流气体发生装置(301)，主流气体阀门(203)，主流气体发生装置(201)，最后打开电加热系统(206)；待各个压力表、热电偶及流量计的读数稳定后，记录其参数；

步骤2，更换盘缘封严试验台(1)中的试验件，调节主流气体阀门(203)、次流气体阀门(302)和混合出气阀门(401)的开度大小，继续记录对应的温度、压力和流量参数；

步骤3，结束试验时，首先关闭电加热系统(206)，待盘缘封严试验台及管道温度降至常温，再依次关闭次流气体发生装置(301)、主流气体发生装置(201)，次流气体阀门(302)，主流气体阀门(203)，最后关闭混合出气阀门(401)。

6.根据权利要求5所述的热态盘缘封严泄漏特性试验方法，其特征在于：所述步骤1中，由于金属转子流量计(303)为体积流量，应当将其换算为质量流量，其换算公式为：

Q_m，2＝Q_V，2×ρ₂

式中，Q_m，2为次流空气质量流量，Q_V，2为次流空气体积流量，ρ₂为次流空气密度。