CN112051069B - 一种燃气轮机试验台 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个目的是提供一种燃气轮机试验台，其包括法兰装置。为实现前述目的的法兰装置包括金属法兰基体、加热元件、温度传感器以及控制器，其中，金属法兰基体包括法兰边，加热元件环绕所述法兰边设置，温度传感器用于测量所述法兰边的不同径向位置的温度，控制器，根据所述温度传感器输出的温度信号，控制所述加热元件的加热功率，以调节所述法兰边的所述不同径向位置的温度。

Description

一种燃气轮机试验台
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机试验台。
背景技术
燃气轮机试验台需要大量管路连接，其中涉及到很多大尺寸法兰连接结构。试验过程中，管路中的高温气体会将热量迅速传递到法兰根部造成法兰根部温度迅速增加，由于法兰为金属材料与外界有较强的换热，离法兰根部越远换热面积越大，因此在距离法兰根部一定位置处会产生一个较大的温度梯度，因此该位置将出现极大附加的热应力，进而造成升温过程中法兰承力能力大大降低。试验过程中，必须通过降低升温速率来严格控制法兰不同径向位置的温差，这大大增加了试验过程的升温等待时间，降低了试验效率增加了试验成本。
因此，亟需提供一种法兰装置来增加燃气轮机试验台的试验效率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种法兰装置，其能够提高燃气轮机试验台的试验效率。
本发明的另一个目的是提供一种燃气轮机试验台，其包括前述法兰装置。
为实现前述目的的法兰装置包括金属法兰基体、加热元件、温度传感器以及控制器，其中，金属法兰基体包括法兰边，加热元件环绕所述法兰边设置，温度传感器用于测量所述法兰边的不同径向位置的温度，控制器，根据所述温度传感器输出的温度信号，控制所述加热元件的加热功率，以调节所述法兰边的所述不同径向位置的温度。
在一个或多个实施方式中，在所述法兰边的多个不同径向位置分别设置有所述加热元件以及温度传感器。
在一个或多个实施方式中，所述加热元件为铠装电加热元件。
在一个或多个实施方式中，所述温度传感器为热电偶。
在一个或多个实施方式中，所述加热元件之间由隔热材料相隔。
在一个或多个实施方式中，所述多个不同径向位置包括所述法兰边的根部、中部以及外周部。
在一个或多个实施方式中，所述加热元件通过高温胶或螺栓或螺钉与所述法兰边相连。
在一个或多个实施方式中，所述金属法兰基体的径向尺寸为500mm以上。
在一个或多个实施方式中，所述法兰装置的工作环境温度超过300℃。
为实现前述另一目的的燃气轮机试验台，包括进气转接段，连接进气转接段的外筒体，与外筒体焊接成为一体的前法兰装置，连接前法兰装置与试验件的补偿段，该补偿段环绕所述外筒体，后法兰装置，用于安装试验件，拉杆，连接前法兰装置和后法兰装置，进气锥，设置在进气转接段内，以及内筒体，安装在外筒体内，与进气锥连接。
其中，前法兰装置、进气转接段用于试验台进气管路相连，进气转接段、外筒体、前法兰装置、进气锥、内筒体共同组成了试验件气路，前法兰装置、补偿段、拉杆和后法兰装置共同组成了试验件承力和热膨胀结构；
所述前法兰装置为如前所述的抗热应力法兰装置。
本发明的增益效果在于：通过改变位于法兰边上不同径向位置的温度，能够减小法兰边中因温度不均匀导致的高热应力问题，进而提高前法兰装置在工作过程中的耐压能力，减少试验过程中的升温等待时间，从而提高了试验效率，降低了试验成本。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1示出了燃气轮机试验台一个实施方式下的剖视示意图；
图2示出了抗热应力法兰装置一个实施方式的立体示意图；
图3为图2的剖视示意图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
如图1示出了燃气轮机试验台一个实施方式下的剖视示意图。燃气轮机试验台包括进气转接段1、外筒体2、前法兰装置3、补偿段4、拉杆5、后法兰装置6、进气锥7以及内筒体8。外筒体2的一端与进气转接段1相连接，其与进气转接段1的连接方式可以是如图中所示出的、通过紧固件连接。前法兰装置6与外筒体2之间通过焊接成为一体，二者可以是通过如电子束或氩弧焊焊接成为一体。后法兰装置6用于安装试验件9，补偿段4将前法兰装置3与试验件9相连，且环绕外筒体2设置。具体地，外筒体2以及内筒体8为回转体，图1仅示出了其一部分的截面，补偿段4也是与外筒体2以及内筒体8同轴心的回转体，从而环绕设置在外筒体2外周。拉杆5的两端分别前法兰装置3与后法兰装置6，其可以是如图中所示出的、连接前法兰装置3与后法兰装置6的螺栓件。进气锥7设置在进气转接段1内，内筒体8安装在外筒体2内，并与进气锥7连接。前法兰装置3、进气转接段1用于与试验台进气管路(图中未示出)相连。进气转接段1、外筒体2、前法兰装置3、进气锥7、内筒体8共同组成了试验件气路10，以将试验台进气管路内的气体引导至试验件9。前法兰装置3、补偿段4、拉杆5和后法兰装置6共同组成了试验件9的承力和热膨胀结构。其中，前法兰装置3设置为抗热应力法兰装置3。
图2示出了抗热应力法兰装置一个实施方式的立体示意图，图3为图2的剖视示意图，其中，图3为图2中的法兰装置沿其一个对称线m的剖视示意图，图2与图3中的所标注出的法兰孔36位置对应。抗热应力法兰装置3包括金属法兰基体30、加热元件31、温度传感器32以及控制器33。其中，金属法兰基体30具有法兰边301，加热元件环绕设置在法兰边301上，其可以是沿如图2中、法兰边301的周向方向a环绕地设置。温度传感器用于测量法兰边301在金属法兰基体30的径向方向b的不同径向位置35的温度。其中，控制器33根据温度传感器32输出的温度信号来控制加热元件31的加热功率，以起到调节法兰边301在金属法兰基体30的径向方向b的不同径向位置35的温度。其中，控制器33可以包括一个或多个硬件处理器，诸如微控制器、微处理器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、应用特定指令集成处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、高级RISC机(ARM)、可编程逻辑器件(PLD)、能够执行一个或多个功能的任何电路或处理器等中的一种或多种的组合。其中，如图3中所示出的虚线e表示温度传感器32向控制器33传递信号的方向，实线f表示控制器33与加热元件31之间的连接线，控制器33与加热元件31通过有线电连接，以控制加热元件31的加热功率。
通过改变位于法兰边301上不同径向位置35的温度，能够减小法兰边301中因温度不均匀导致的高热应力问题，进而提高前法兰装置3在工作过程中的耐压能力，减少试验过程中的升温等待时间，从而提高了试验效率，降低了试验成本。
在法兰装置的一个实施方式中，法兰边301沿金属法兰基体30径向方向b的多个不同径向位置35均设置有加热元件31以及温度传感器32，其设置方式可以是如图中所示地沿不同径向位置35设置的三个，也可以是其他任何数量，针对径向尺寸不同的法兰装置提供合适数量的加热元件31以及温度传感器32以最大效率地增加试验过程中的升温速率。在一个实施方式中，设置加热元件31以及温度传感器32的多个不同径向位置35是包括法兰边301的根部35a、中部35b以及外周部35c。
在法兰装置的一个实施方式中，加热元件31是铠装电加热元件。具体地，其可以是一种由外壳所包裹的电加热元件，该电加热元件可以是任意能够将电能转化成热能的元器件，例如一种电热管。用于包裹电加热元件的外壳可以是由任意可导热的材料制成，如金属等。
在法兰装置的一个实施方式中，温度传感器32为热电偶，其能够把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度，其可以是K型热电偶或是N型热电偶。
在法兰装置的一个实施方式中，加热元件31之间由隔热材料34相隔，如如玻璃纤维、石棉、岩棉等。在一个实施方式中，加热元件31之间由隔热毡隔开，以防止多个加热元件31之间的热量互相传递。
在法兰装置的一个实施方式中，加热元件31是通过高温胶或螺栓或螺钉等与法兰边301相连接。在一个实施方式中，如图3所示，对应每个加热元件31的位置，温度传感器32设置在法兰边301上，且位于法兰边301厚度方向d邻接加热元件31的一侧，其可以是设置在法兰边301的表面或是埋设在法兰边301的内部。
在法兰装置的一个实施方式中，金属法兰基体30的径向尺寸c为500mm以上。
在法兰装置的一个实施方式中，法兰装置3的工作环境温度超过300℃。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃气轮机试验台，其特征在于，包括：
进气转接段；
连接进气转接段的外筒体；
与外筒体焊接成为一体的前法兰装置；
连接前法兰装置与试验件的补偿段，该补偿段环绕所述外筒体；
后法兰装置，用于安装试验件；
拉杆，连接前法兰装置和后法兰装置；
进气锥，设置在进气转接段内；
内筒体，安装在外筒体内，与进气锥连接；
前法兰装置、进气转接段用于试验台进气管路相连，进气转接段、外筒体、前法兰装置、进气锥、内筒体共同组成了试验件气路，前法兰装置、补偿段、拉杆和后法兰装置共同组成了试验件承力和热膨胀结构；
其中，所述前法兰装置包括：
金属法兰基体，包括法兰边；
加热元件，环绕所述法兰边设置；
温度传感器，用于测量所述法兰边的不同径向位置的温度；
控制器，根据所述温度传感器输出的温度信号，控制所述加热元件的加
热功率，以调节所述法兰边的所述不同径向位置的温度；
其中，在所述法兰边的多个不同径向位置分别设置有所述加热元件以及温度传感器，所述金属法兰基体的径向尺寸为500mm以上，所述法兰装置的工作环境温度超过300℃。
2.如权利要求1所述的燃气轮机试验台，其特征在于，所述加热元件为铠装电加热元件。
3.如权利要求1所述的燃气轮机试验台，其特征在于，所述温度传感器为热电偶。
4.如权利要求1所述的燃气轮机试验台，其特征在于，所述加热元件之间由隔热材料相隔。
5.如权利要求1所述的燃气轮机试验台，其特征在于，所述多个不同径向位置包括所述法兰边的根部、中部以及外周部。
6.如权利要求1所述的燃气轮机试验台，其特征在于，所述加热元件通过高温胶或螺栓或螺钉与所述法兰边相连。
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