CN111982525A - 研究冷却空气对透平效率影响的实验装置及方法 - Google Patents

研究冷却空气对透平效率影响的实验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及透平技术领域，尤其涉及一种研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，包括透平、与透平的主进气口相连接的主进气管道、与透平的冷却进气口相连接的冷却进气管道、与透平的排气口相连接的排气管道以及与透平的转子相连接的透平输出功率测量装置，主进气管道上沿气流方向依次设有主进气模拟装置和主进气参数测量装置，冷却进气管道上沿气流方向依次设有冷却进气模拟装置和冷却进气参数测量装置，排气管道上设有排气参数测量装置。还涉及一种采用该实验装置研究冷却空气对透平效率影响的实验方法，主要是分别模拟实验并计算无冷却空气和带冷却空气时的透平轮周效率，由两者差值分析获得冷却空气对透平效率的影响。可弥补理论分析的不足。

Description

研究冷却空气对透平效率影响的实验装置及方法
技术领域
本发明涉及透平技术领域，尤其涉及一种研究冷却空气对透平效率影响的实验装置及一种研究冷却空气对透平效率影响的实验方法。
背景技术
提高燃气轮机功率和效率的一个重要途径是不断提高透平初温。现代发电用燃机透平初温已经远远高于叶片材料的耐高温极限，为保证透平在高温下正常运行，需要采用先进的冷却技术以降低叶片表面温度。目前广泛采用的冷却方式是从压气机抽取空气进入透平静叶、动叶及转子进行表面冷却。该抽气所需的空气量很大，通常占压气机进口空气流量的10％以上。大量的压气机冷气进入透平的高温主流气中进行掺混，会产生严重的气动损失，从而降低透平的气动效率；同时，冷却空气又增加了下游的主气流量，提升了做功能力。如此交错复杂的变化及影响增加了透平效率计算的难度，到目前为止，仍然没有标准的计算带冷却空气透平效率的方法。而如何正确评估冷却空气对透平效率的影响，直接关系到透平的冷却空气流量及其分布的设计。现有技术采用的是理论推测数据，并在此基础上进行带冷却的透平效率计算，但由于缺少实验验证，存在较大的不确定性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种研究冷却空气对透平效率影响的实验装置及一种研究冷却空气对透平效率影响的实验方法，能够实现通过实验的方法来分析冷却空气对透平效率的影响，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，包括透平、与透平的主进气口相连接的主进气管道、与透平的冷却进气口相连接的冷却进气管道、与透平的排气口相连接的排气管道以及与透平的转子相连接的透平输出功率测量装置，主进气管道上沿气流方向依次设有主进气模拟装置和主进气参数测量装置，冷却进气管道上沿气流方向依次设有冷却进气模拟装置和冷却进气参数测量装置，排气管道上设有排气参数测量装置。
优选地，主进气模拟装置包括沿主进气管道的气流方向依次设置的第一压缩机、燃烧模拟器和湍流发生器。
优选地，湍流发生器包括供气流通过的格栅腔室和可沿气流方向来回移动地设于格栅腔室内的湍流格栅。
优选地，主进气参数测量装置包括主进气流量计、主进气温度计和主进气压力计。
优选地，冷却进气模拟装置包括沿冷却进气管道的气流方向依次设置的第二压缩机和进气冷却器。
优选地，冷却进气参数测量装置包括冷却进气流量计、冷却进气温度计和冷却进气压力计。
优选地，透平设有多个冷却进气口，冷却进气管道与透平之间设有冷却进气分配器，冷却进气分配器具有与冷却进气管道相连接的进口和多个与透平的多个冷却进气口一一对应且通过冷却支路相连接的出口，冷却支路上设有冷却支路进气参数测量装置。
优选地，排气参数测量装置包括排气流量计、排气温度计和排气压力计。
优选地，透平输出功率测量装置包括串联的扭矩仪和水力测功机。
一种研究冷却空气对透平效率影响的实验方法，采用如上所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，依次包括以下步骤：步骤一、向主进气管道内通入空气，通入主进气管道内的空气经主进气模拟装置加压、加热并产生湍流后形成主进气，主进气进入透平内做功后从排气管道排出；根据主进气参数测量装置测得的主进气参数值、排气参数测量装置测得的排气参数值以及透平输出功率测量装置测得的透平输出功率计算无冷却空气时的透平轮周效率；步骤二、向冷却进气管道内通入空气，通入冷却进气管道内的空气经冷却进气模拟装置加压并冷却后形成冷却进气，冷却进气进入透平内冷却透平并与透平内的主进气混合后从排气管道排出；根据主进气参数测量装置测得的主进气参数值、冷却进气参数测量装置测得的冷却进气参数值、排气参数测量装置测得的排气参数值以及透平输出功率测量装置测得的透平输出功率计算带冷却空气时的透平轮周效率；然后停止向冷却进气管道和主进气管道内通入空气；步骤三、根据无冷却空气时的透平轮周效率与带冷却空气时的透平轮周效率的差值分析冷却空气对透平效率的影响；步骤四、调节主进气模拟装置实现主进气参数的改变，调节冷却进气模拟装置实现冷却进气参数的改变，然后重复步骤一至步骤三。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置以及采用该实验装置研究冷却空气对透平效率影响的实验方法，能够通过实验的方法模拟透平工况，并根据实验过程中主进气参数测量装置测得的主进气参数值、冷却进气参数测量装置测得的冷却进气参数值、排气参数测量装置测得的排气参数值以及透平输出功率测量装置测得的透平输出功率，计算获得无冷却空气时透平的轮周效率和带冷却空气时透平的轮周效率，进而根据两者差值分析获得冷却空气对透平效率的影响，有效地评估冷却空气对燃机透平效率的影响大小，为燃机透平以及空气冷却系统的自主化设计、运行参数设置提供实验支撑，弥补理论分析的不足。
附图说明
图1是本发明实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置中，冷却进气分配器及冷却支路的布置示意图。
图3是本发明实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置中，透平设有多个冷却进气口的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、透平 101、静叶
102、动叶 2、第一压缩机
3、燃烧模拟器 301、加热腔室
302、电阻丝 4、湍流发生器
401、格栅腔室 402、湍流格栅
5、主进气隔离阀 6、主进气调节阀
7、主进气流量计 8、主进气温度计
9、主进气压力计 10、第二压缩机
11、进气冷却器 12、冷却进气隔离阀
13、冷却进气调节阀 14、冷却进气流量计
15、冷却进气温度计 16、冷却进气压力计
17、冷却进气分配器 18、冷却支路进气调节阀
19、冷却支路进气流量计 20、冷却支路进气温度计
21、冷却支路进气压力计 22、排气流量计
23、排气温度计 24、排气压力计
25、排气冷却器 26、扭矩仪
27、水力测功机 28、第一放空阀
29、第一放空器 30、第二放空阀
31、第二放空器
100、主进气管道 200、冷却进气管道
300、排气管道 400、冷却支路
500、第一放空管道 600、第二放空管道
a、主进气气流 b、冷却进气气流
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1至图3所示，本发明实施例提供一种研究冷却空气对透平效率影响的实验装置。
参见图1，本实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置包括透平1、主进气管道100、冷却进气管道200、排气管道300以及透平输出功率测量装置。
其中，主进气管道100与透平1的主进气口相连接，用于向透平1内输入主进气，以驱动透平1的转子转动，实现燃机透平工作状态的模拟实验。主进气管道100上沿气流方向依次设有主进气模拟装置和主进气参数测量装置。主进气模拟装置用于对通入主进气管道100内的空气加压、加热并使其产生湍流，从而形成具有一定压力、温度和湍流度的主进气，以模拟燃机透平的主流进气。主进气参数测量装置用于测量经主进气模拟装置形成的输入透平1主进气口的主进气的参数值。
优选地，本实施例中，主进气模拟装置包括沿主进气管道100的气流方向依次设置的第一压缩机2、燃烧模拟器3和湍流发生器4。通入主进气管道100内的空气先经过第一压缩机2压缩加压，然后进入燃烧模拟器3内加热，再经过湍流发生器4产生湍流，最终形成主进气。其中，第一压缩机2可以采用常规的空气压缩机，通过第一压缩机2工作状态的调节可以实现主进气压力参数的调节。燃烧模拟器3可以包括供气流通过的加热腔室301、设于加热腔室301内的电阻丝302以及与电阻丝302连接的外置电流，通过外置电流加热燃烧模拟器3加热腔室301内的电阻丝302，可以模拟燃机燃烧室的加热效果，获得需要的主进气温度。较佳地，电阻丝302在加热腔室301内的排列分布形式可调节，通过调节加热腔室301内电阻丝302的排列分布形式可以实现模拟不同的燃机燃烧室燃烧温度出口分布。湍流发生器4可以包括供气流通过的格栅腔室401和可沿气流方向来回移动地设于格栅腔室401内的湍流格栅402，湍流格栅402用于使经过的气流产生湍流度，经燃烧模拟器3加热后的气流进入格栅腔室401并经过湍流格栅402后形成湍流，通过湍流格栅402在格栅腔室401内的移动，可以改变湍流格栅402与透平1之间距离的远近，从而可改变进入透平1主进气口的主进气湍流度的大小，实现模拟不同的燃机透平主流进气湍流度。
进一步，主进气管道100上在主进气模拟装置与主进气参数测量装置之间可以设有主进气阀，用于实现主进气管道100的通断以及主进气流量大小的调节控制。主进气阀可以包括主进气隔离阀5和主进气调节阀6，通过主进气隔离阀5的开启和关闭实现主进气管道100的通断，通过主进气调节阀6开度大小的调节实现主进气管道100中主进气流量大小的调节。
优选地，本实施例中，主进气参数测量装置包括主进气流量计7、主进气温度计8和主进气压力计9，分别用于测量主进气管道100输入透平1主进气口的主进气的流量参数值、温度参数值和压力参数值。
冷却进气管道200与透平1的冷却进气口相连接，用于向透平1内输入冷却空气，以对透平1的静叶、动叶及转子进行表面冷却，实现燃机透平带冷却空气的工作状态的模拟试验。冷却进气管道200上沿气流方向依次设有冷却进气模拟装置和冷却进气参数测量装置。冷却进气模拟装置用于对通入冷却进气管道200内的空气加压和冷却，形成具有一定压力和温度的冷却进气，以模拟输入燃机透平中的冷却气体。冷却进气参数测量装置用于测量经冷却进气模拟装置形成的输入透平1冷却进气口的冷却进气的参数值。
优选地，本实施例中，冷却进气模拟装置包括沿冷却进气管道200的气流方向依次设置的第二压缩机10和进气冷却器11。通入冷却进气管道200内的空气先经过第二压缩机10压缩加压，然后经过进气冷却器11冷却，最终形成冷却进气。其中，第二压缩机10可以采用常规的空气压缩机，通过第二压缩机10工作状态的调节可以实现冷却进气压力参数的调节。进气冷却器11可以采用常规的冷却器，通过进气冷却器11工作状态的调节可以实现冷却进气温度参数的调节。
进一步，冷却进气管道200上在冷却进气模拟装置与冷却进气参数测量装置之间可以设有冷却进气阀，用于实现冷却进气管道200的通断以及冷却进气流量大小的调节控制。冷却进气阀可以包括冷却进气隔离阀12和冷却进气调节阀13，通过冷却进气隔离阀12的开启和关闭实现冷却进气管道200的通断，通过冷却进气调节阀13开度大小的调节实现冷却进气管道200中冷却进气流量大小的调节。
优选地，本实施例中，冷却进气参数测量装置包括冷却进气流量计14、冷却进气温度计15和冷却进气压力计16，分别用于测量冷却进气管道200输入透平1冷却进气口的冷却进气的流量参数值、温度参数值和压力参数值。
优选地，本实施例中，透平1可以设有多个冷却进气口，用于实现模拟多级透平各透平级叶片及转子的冷却。冷却进气管道200与透平1之间设有冷却进气分配器17，冷却进气分配器17具有进口和多个出口。冷却进气分配器17的进口与冷却进气管道200相连接。冷却进气分配器17的多个出口与透平1的多个冷却进气口一一对应且通过冷却支路400相连接，各冷却支路400上均设有冷却支路进气参数测量装置。经冷却进气模拟装置形成的冷却进气由冷却进气管道200输入冷却进气分配器17内，然后流入各冷却支路400，分配形成多路冷却进气气流，并分别输入透平1的各个冷却进气口。各冷却支路400上的冷却支路进气参数测量装置分别用于测量经其所在冷却支路400输入透平1对应冷却进气口的冷却进气气流的参数值。
参见图2，优选地，各冷却支路400上在冷却进气分配器17与冷却支路进气参数测量装置之间可以均设有冷却支路进气调节阀18，通过冷却支路进气调节阀18开度大小的调节实现冷却支路400中冷却进气气流流量大小的调节。优选地，各冷却支路400上的冷却支路进气参数测量装置可以均包括冷却支路进气流量计19、冷却支路进气温度计20和冷却支路进气压力计21，分别用于测量其所在冷却支路400输入透平1对应冷却进气口的冷却进气气流的流量参数值、温度参数值和压力参数值。
本实施例中，透平1设置的冷却进气口的数量并不局限，可以根据需要模拟的实际燃机透平的透平级数量来进行设计。冷却进气分配器17的出口的数量则与透平1设置的冷却进气口的数量相匹配为宜。例如，参见图2和图3，透平1为两级透平时，可以设置五个冷却进气口，五个冷却进气口分别布置在透平1的第一透平级前、两级静叶101处以及两级静叶101与动叶102之间；冷却进气分配器17的出口可以设有五个，每个出口均连接有一冷却支路400，每个冷却支路400上均设有冷却支路进气调节阀18、冷却支路进气流量计19、冷却支路进气温度计20和冷却支路进气压力计21，五个冷却支路400分别与透平1的五个冷却进气口相连接。主进气管道100输入透平1主进气口的主进气气流a方向大致为沿透平1轴向流动，五个冷却支路400输入透平1冷却进气口的冷却进气气流b则在透平1的五个冷却进气口处流入透平1内，对相应位置的静叶101、动叶102及转子进行表面冷却，并与透平1内的主进气气流a混合。
参见图1，排气管道300与透平1的排气口相连接，用于输出透平1内的气体，主进气进入透平1内做功后从排气管道300排出，冷却进气进入透平1内冷却透平1并与透平1内的主进气混合后亦从排气管道300排出。排气管道300上设有排气参数测量装置，排气参数测量装置用于测量透平1排气口的排气参数值。优选地，排气参数测量装置包括排气流量计22、排气温度计23和排气压力计24，分别用于测量透平1排气口排气的流量参数值、温度参数值和压力参数值。进一步，排气管道300上在排气参数测量装置的下游还可以设有排气冷却器25，通过排气冷却器25将排气管道300中的排气冷却降温后再将其排空，有利于环保。
透平输出功率测量装置与透平1的转子相连接，透平1的转子在主进气驱动下发生转动时带动透平输出功率测量装置运转，由透平输出功率测量装置测得透平1的输出功率。优选地，透平输出功率测量装置可以包括串联的扭矩仪26和水力测功机27，扭矩仪26与透平1的转子相连接，水力测功机27与扭矩仪26相连接。通过扭矩仪26和水力测功机27测量透平1输出功率的原理与方法为现有技术，本文不予赘述。
此外，为保证本实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置运行的安全性，优选地，主进气管道100上在第一压缩机2与燃烧模拟器3之间设有第一放空管道500，第一放空管道500上设有第一放空阀28和第一放空器29，通过第一放空阀28的开启和关闭实现第一放空管道500的通断，第一放空器29用于排空第一放空管道500中的气体；冷却进气管道200上在第二压缩机10与进气冷却器11之间设有第二放空管道600，第二放空管道600上设有第二放空阀30和第二放空器31，通过第二放空阀30的开启和关闭实现第二放空管道600的通断，第二放空器31用于排空第二放空管道600中的气体。在启用主进气管道100时，可以先开启第一放空阀28，待装置正常运行后再关闭第一放空阀28，由此可以降低启动电流。同样，在启用冷却进气管道200时，可以先开启第二放空阀30，待装置正常运行后再关闭第二放空阀30，以降低启动电流。在停机时，可以先缓慢打开第一放空阀28和第二放空阀30，装置停止运行后第一放空阀28和第二放空阀30完全打开。在装置运行过程中，若第一压缩机2出口压力超标可以立刻打开第一放空阀28，排出主进气管道100中的空气，以保护装置仪表；同样，若第二压缩机10出口压力超标可以立刻打开第二放空阀30，排出冷却进气管道200中的空气，以保护装置仪表。
基于上述研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，本实施例还提供一种采用该实验装置研究冷却空气对透平效率影响的实验方法。本实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验方法采用本实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置完成，依次包括以下步骤。
步骤一、向主进气管道100内通入空气，通入主进气管道100内的空气经主进气模拟装置加压、加热并产生湍流后形成主进气，具体为，通入主进气管道100内的空气先经过第一压缩机2压缩加压，然后进入燃烧模拟器3内加热，再经过湍流发生器4产生湍流，最终形成主进气。主进气进入透平1内做功后从排气管道300排出。此时，冷却进气管道200中无空气通入，透平1在无冷却空气的状态下运转。透平1的转子在主进气驱动下发生转动并带动透平输出功率测量装置运转，由透平输出功率测量装置测得透平1的输出功率，具体为，透平1的转子带动扭矩仪26和水力测功机27转动，水力测功机27通过调节进水量来调节透平1转速并与扭矩仪26结合实现透平1输出功率的测量。根据主进气参数测量装置测得的主进气参数值、排气参数测量装置测得的排气参数值以及透平输出功率测量装置测得的透平1输出功率计算无冷却空气时的透平1轮周效率，计算公式如下：
Figure BDA0002593728380000081
式中，
ηuncool为无冷却空气时，透平1的轮周效率；
wuncool为无冷却空气时，透平输出功率测量装置测得的透平1的输出功率；
w0为透平1空转耗功，透平空转耗功包括转子的磨擦、鼓风损失，其数值可由转子生产厂家通过专门的空转损失试验来提供；
GMainGas为主进气流量，其数值由主进气流量计7测得；
ΔhMainGas为无冷却空气时，主进气进出透平1的等熵焓降。等熵焓降是假设气流在透平膨胀过程没有熵增，工质滞止状态下的焓值差。工质滞止状态下的焓值可由工质的温度、压力、流量推算得到，该推算过程为现有技术，本文不予赘述。本实施例中，ΔhMainGas可采用如下公式计算获得：
Figure BDA0002593728380000091
式中，
R为空气气体常数，R＝287.06J/(kg·K)；
k为绝热指数，k＝1.4；
Figure BDA0002593728380000092
为透平前滞止温度，由主进气温度计8以及主进气流量计7获得；
Figure BDA0002593728380000093
为透平前滞止压力，由主进气压力计9以及主进气流量计7获得；
P2为透平后静压，由排气压力计24测得。
由此，通过步骤一，可计算获得无冷却空气时透平1的轮周效率ηuncool。
步骤二、在步骤一的基础上，向冷却进气管道200内通入空气，通入冷却进气管道200内的空气经冷却进气模拟装置加压并冷却后形成冷却进气，具体为，通入冷却进气管道200内的空气先经过第二压缩机10压缩加压，然后经过进气冷却器11冷却，最终形成冷却进气。冷却进气进入透平1内冷却透平1并与透平1内的主进气混合后从排气管道300排出。此时，透平1在带冷却空气的状态下运转。透平1的转子在主进气以及冷却进气的驱动下发生转动并带动透平输出功率测量装置运转，由透平输出功率测量装置测得透平1的输出功率。本实施例中，透平1设有多个冷却进气口，冷却进气管道200与透平1之间设有冷却进气分配器17，冷却进气分配器17具有进口和多个出口，冷却进气分配器17的进口与冷却进气管道200相连接，冷却进气分配器17的多个出口与透平1的多个冷却进气口一一对应且通过冷却支路400相连接，各冷却支路400上均设有冷却支路进气参数测量装置，其包括冷却支路进气流量计19、冷却支路进气温度计20和冷却支路进气压力计21，分别用于测量所在冷却支路400输入透平1对应冷却进气口的冷却进气气流的流量参数值、温度参数值和压力参数值。根据主进气参数测量装置测得的主进气参数值、冷却进气参数测量装置测得的冷却进气参数值、冷却支路进气参数测量装置测得的冷却支路中冷却进气气流参数值、排气参数测量装置测得的排气参数值以及透平输出功率测量装置测得的透平1输出功率计算带冷却空气时的透平1轮周效率，计算公式如下：
Figure BDA0002593728380000101
式中，
ηcooled为带冷却空气时，透平1的轮周效率；
wcooled为带冷却空气时，透平输出功率测量装置测得的透平1的输出功率；
w0为透平1空转耗功；
GMainGas为主进气流量，其数值由主进气流量计7测得；
ΔhMainGas为无冷却空气时，主进气进出透平1的等熵焓降；
n为冷却支路400数量，亦即透平1冷却进气口的数量；
Gi为第i冷却支路400中冷却进气气流的流量，由各冷却支路400上的冷却支路进气流量计19测得；
Δhi为第i冷却支路400中冷却进气的等熵焓降，可采用如下公式计算获得：
Figure BDA0002593728380000102
式中，
R为空气气体常数，R＝287.06J/(kg·K)；
k为绝热指数，k＝1.4；
Figure BDA0002593728380000103
为透平前冷却进气滞止温度，由各冷却支路400上的冷却支路进气温度计20以及冷却支路进气流量计19获得；
Figure BDA0002593728380000104
为透平前冷却进气滞止压力，由各冷却支路400上的冷却支路进气压力计21以及冷却支路进气流量计19获得；
P2，i为透平后静压，由排气压力计24测得。
由此，通过步骤二，可计算获得带冷却空气时透平1的轮周效率ηcooled。
上述测量结束后，可以停止向冷却进气管道200和主进气管道100内通入空气。
步骤三、根据步骤一获得的无冷却空气时的透平1轮周效率ηuncool与步骤二获得的带冷却空气时的透平1轮周效率ηcooled，计算两者的差值：Δη＝ηuncool-ηcooled，根据该差值即可分析获得冷却空气对透平1效率的影响。由此，可获得在上述步骤一和步骤二中的主进气参数(包括主进气压力参数值、温度参数值及温度分布、流量参数值以及湍流度大小)、冷却进气参数(包括冷却进气压力参数值、温度参数值以及流量参数值)下冷却空气对透平1效率的影响。
步骤四、调节主进气模拟装置实现主进气参数的改变，具体为，调节第一压缩机2的工作状态改变主进气的压力参数值；调节燃烧模拟器3的外置电流大小及电阻丝302在加热腔室301内的排列分布形式改变主进气的温度参数值及温度分布；调节湍流发生器4的湍流格栅402在格栅腔室401内的位置改变主进气的湍流度大小；调节主进气调节阀6的开度大小改变主进气的流量参数值。调节冷却进气模拟装置实现冷却进气参数的改变，具体为，调节第二压缩机10的工作状态改变冷却进气的压力参数值；调节进气冷却器11的工作状态改变冷却进气的温度参数值；调节冷却进气调节阀13的开度大小改变冷却进气管道200中冷却进气的流量参数值，调节各冷却支路进气调节阀18的开度大小改变各冷却支路400中冷却进气的流量参数值。由此改变透平1工况。然后重复步骤一至步骤三。从而可获得在不同的主进气参数和冷却进气参数下冷却空气对透平1效率的影响，实现对不同工况下冷却空气对透平1效率的影响进行充分实验分析研究。
综上所述，本实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置以及采用该实验装置研究冷却空气对透平效率影响的实验方法，能够通过实验的方法模拟透平工况，并根据实验过程中主进气参数测量装置测得的主进气参数值、冷却进气参数测量装置测得的冷却进气参数值、冷却支路进气参数测量装置测得的冷却支路中冷却进气气流参数值、排气参数测量装置测得的排气参数值以及透平输出功率测量装置测得的透平1输出功率，计算获得无冷却空气时透平1的轮周效率和带冷却空气时透平1的轮周效率，进而根据两者差值分析获得冷却空气对透平1效率的影响。并且，通过调节主进气模拟装置和冷却进气模拟装置的工作状态可以实现主进气参数和冷却进气参数的改变，从而获得在不同的主进气参数和冷却进气参数下冷却空气对透平1效率的影响，实现对不同工况下冷却空气对透平1效率的影响进行充分实验分析研究。因此，应用本实施例的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置以及采用该实验装置研究冷却空气对透平效率影响的实验方法，能够有效地评估冷却空气对燃机透平效率的影响大小，为燃机透平以及空气冷却系统的自主化设计、运行参数设置提供实验支撑，弥补理论分析的不足。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，包括透平(1)、与所述透平(1)的主进气口相连接的主进气管道(100)、与所述透平(1)的冷却进气口相连接的冷却进气管道(200)、与所述透平(1)的排气口相连接的排气管道(300)以及与所述透平(1)的转子相连接的透平输出功率测量装置，所述主进气管道(100)上沿气流方向依次设有主进气模拟装置和主进气参数测量装置，所述冷却进气管道(200)上沿气流方向依次设有冷却进气模拟装置和冷却进气参数测量装置，所述排气管道(300)上设有排气参数测量装置。
2.根据权利要求1所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，所述主进气模拟装置包括沿所述主进气管道(100)的气流方向依次设置的第一压缩机(2)、燃烧模拟器(3)和湍流发生器(4)。
3.根据权利要求2所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，所述湍流发生器(4)包括供气流通过的格栅腔室(401)和可沿气流方向来回移动地设于所述格栅腔室内(401)的湍流格栅(402)。
4.根据权利要求1所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，所述主进气参数测量装置包括主进气流量计(7)、主进气温度计(8)和主进气压力计(9)。
5.根据权利要求1所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，所述冷却进气模拟装置包括沿所述冷却进气管道(200)的气流方向依次设置的第二压缩机(10)和进气冷却器(11)。
6.根据权利要求1所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，所述冷却进气参数测量装置包括冷却进气流量计(14)、冷却进气温度计(15)和冷却进气压力计(16)。
7.根据权利要求1所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，所述透平(1)设有多个所述冷却进气口，所述冷却进气管道(200)与所述透平(1)之间设有冷却进气分配器(17)，所述冷却进气分配器(17)具有与所述冷却进气管道(200)相连接的进口和多个与所述透平(1)的多个冷却进气口一一对应且通过冷却支路(400)相连接的出口，所述冷却支路(400)上设有冷却支路进气参数测量装置。
8.根据权利要求1所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，所述排气参数测量装置包括排气流量计(22)、排气温度计(23)和排气压力计(24)。
9.根据权利要求1所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，其特征在于，所述透平输出功率测量装置包括串联的扭矩仪(26)和水力测功机(27)。
10.一种研究冷却空气对透平效率影响的实验方法，其特征在于，采用如权利要求1至9中任意一项所述的研究冷却空气对透平效率影响的实验装置，依次包括以下步骤：
步骤一、向所述主进气管道(100)内通入空气，通入所述主进气管道(100)内的空气经所述主进气模拟装置加压、加热并产生湍流后形成主进气，所述主进气进入所述透平(1)内做功后从所述排气管道(300)排出；根据所述主进气参数测量装置测得的主进气参数值、所述排气参数测量装置测得的排气参数值以及所述透平输出功率测量装置测得的透平(1)输出功率计算无冷却空气时的透平(1)轮周效率；
步骤二、向所述冷却进气管道(200)内通入空气，通入所述冷却进气管道(200)内的空气经所述冷却进气模拟装置加压并冷却后形成冷却进气，所述冷却进气进入所述透平(1)内冷却所述透平(1)并与所述透平(1)内的主进气混合后从所述排气管道(300)排出；根据所述主进气参数测量装置测得的主进气参数值、所述冷却进气参数测量装置测得的冷却进气参数值、所述排气参数测量装置测得的排气参数值以及所述透平输出功率测量装置测得的透平(1)输出功率计算带冷却空气时的透平(1)轮周效率；然后停止向所述冷却进气管道(200)和所述主进气管道(100)内通入空气；
步骤三、根据无冷却空气时的透平(1)轮周效率与带冷却空气时的透平(1)轮周效率的差值分析冷却空气对透平(1)效率的影响；
步骤四、调节所述主进气模拟装置实现主进气参数的改变，调节所述冷却进气模拟装置实现冷却进气参数的改变，然后重复所述步骤一至所述步骤三。
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