CN112414720A - 一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，包括进气系统、与进气系统连接的试验台，试验台包括试验箱、与试验件传动连接的旋转传动机构。其试验方法，包括以下步骤：试验件安装；将试验件安装在转子轴远离驱动电机的一端，且试验件位于试验箱内；检查各测试传感器组的数据是否正常；试验测试；更换不同的试验件，重复上述步骤，获得不同位置的气动参数。本发明有效的实现燃气轮机二次空气系统各部件气动参数的获取，通过获得真实可靠的燃气轮机压气机轮盘抽气段性能参数，不仅可以为燃气轮机设计提供重要的数据支持，还可以对现有的针对燃气轮机二次空气系统的一维、二维、三维计算模型进行校核、修正。

Description

一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机二次空气系统试验技术领域，特别涉及一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置及试验方法。

背景技术

提高燃气轮机循环效率的一个有效方法就是提高燃气透平的燃气进口温度，燃气轮机内部的二次空气系统为透平高温叶片提供冷却气体、实现透平轮盘的冷却及轮缘密封防止主流燃气倒灌，对燃气轮机的热效率与运行安全性具有重要影响。燃气轮机二次空气系统的冷却空气流量分配与压力分布的准确性直接影响到燃气轮机高温部件的冷却空气消耗量及冷却效果，以及防止主流燃气倒灌，进而影响到燃气轮机的效率与运行安全性。

现有技术和公开文献报道中针对燃气轮机二次空气系统的旋转试验装置及试验方法尚且存在空白。目前对于燃气轮机二次空气系统领域的研究主要集中在理论模型计算上，但是通过对比发现，不同的计算方法对于燃气轮机二次空气系统流路中一些关键结构的数值模拟结果存在较大差异。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置和试验方法，有效的实现燃气轮机二次空气系统各部件气动参数的获取，通过获得真实可靠的燃气轮机压气机轮盘抽气段性能参数，不仅可以为燃气轮机设计提供重要的数据支持，还可以对现有的针对燃气轮机二次空气系统的一维、二维、三维计算模型进行校核、修正。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一方面，一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，包括进气系统、与进气系统连接且用于安装试验件的试验台，所述试验台包括与进气系统连接且用于安装试验件的试验箱、伸入试验箱且一端与试验件传动连接的旋转传动机构。

本发明中的进气系统用于对进入试验箱内的空气进行处理，使得进入试验箱内的空气能够按照试验要求进入到试验箱内，旋转传动机构穿过试验箱与位于其内部的试验件进行连接，进而使得试验件在试验箱内可以根据试验要求进行旋转，旋转传动机构在试验时，可根据试验的要求调整试验件的转速；

试验箱对于在不同工况下的试验件相关数据进行测量，得到相关的试验数据。

在一些可能的实施方式中，所述进气系统包括依次连接的鼓风机、储气罐、与储气罐输出端连接的放空阀；所述储气罐的输出端还通过管道与试验箱连接；

鼓风机向储气罐中送入空气，储气罐对空气进行存储，然后根据试验的要求向试验箱中输入空气；放空阀用于对进入储气罐内空气的压力进行调节，使得能够按照相关要求为试验箱提供空气。

在一些可能的实施方式中，所述鼓风机设置有冷却水进口、冷却水出口，所述鼓风机的输入端设置有进气开关阀。

在一些可能的实施方式中，在所述鼓风机与储气罐之间设置有出口消音器。

在一些可能的实施方式中，在所述储气罐与试验箱之间依次设置有进气调节阀、涡轮流量计、进气温度测量传感器和进气压力测量传感器，所述进气压力测量传感器设置在进气温度测量传感器和试验箱之间。

进气调节阀是为了储气罐与试验箱之间的连通或关闭，在储气罐中的空气达到相关压力要求后，进气调节阀开启，将空气输入到试验箱中；若储气罐中的空气未达到相关压力的要求，进气调节阀关闭，空气将无法输入到试验箱中，同时通过改变进气调节阀的开度，获得不同进气流量。

涡轮流量计用于对进入试验箱的空气的流量进行测量。

进气温度测量传感器用于对进入试验箱的空气的温度进行测量；

进气压力测量传感器用于对进入试验箱的空气的压力进行测量；

在一些可能的实施方式中，所述试验箱包括设置有进气口和出气口的壳体、安装在壳体内且以转子轴的旋转中心为圆心呈圆环状布置的气封件组、安装在气封件组的测试传感器组一、安装在壳体上的测试传感器组三、设置在壳体内与出气口连通的排气筒，安装在壳体内且套装在排气筒外侧的密封轴承；所述出气口设置有测试传感器组二。

在一些可能的实施方式中，所述旋转传动机构包括驱动电机、与驱动电机输出轴同轴连接的转子轴；所述转子轴的远离驱动电机的一端伸入壳体内，所述转子轴与排气筒、气封件组同轴设置。

在试验件安装完毕后，其他测试工况符合测试的情况下，开启驱动电机，驱动电机的输出轴转动从而带动转子轴传动，由于试验件套装在转子轴上且位于试验箱内，从而带动试验件在试验箱内转动，进而进行试验；通过调整试验件的转速，测量试验件在不同转速下的流量和压损，通过调节放空阀，测量在不同进气压力下的流量和压损。

在一些可能的实施方式中，所述测试传感器组一包括温度传感器一和压力传感器一；所述测试传感器组二包括温度传感器二和压力传感器二；所述测试传感器组三包括温度传感器三和压力传感器三。

另一方面，一种燃气轮机二次空气系统旋转试验方法，具体包括以下步骤；

试验件安装；将试验件安装在转子轴远离驱动电机的一端，且试验件位于试验箱内；

检查各测试传感器组的数据是否正常，检测密封效果；

以常温空气为气体工质，试验测试：

将试验件上各个用于二次空气系统流通的流路通道密封；测量密封泄漏量、改变入口压力和转速并记录此时的流量值；

去除流通通道的密封，重复上述压力与转速的变化过程，记录流量测量值、出口压力测量值以及温度测量值；

调节试验件获得不同流路通道间隙，开启驱动电机，测量对应流路通道的流量和压损情况；

开启驱动电机，调节放空阀，以调整试验所需进气压力，改变试验压比，测量试验件在不同试压压比下的流量和压损情况；

开启驱动电机，通过驱动电机调节转子轴的转速，测量试验件在不同转速下的流量和压损情况；

更换不同的试验件，重复上述试验步骤，获得燃气轮机二次空气系统不同位置的气动参数；完成试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供了能够实现对燃气轮机二次空气系统的各关键结构的气动参数进行测试，获得真实可靠的燃气轮机二次空气系统的性能参数，不仅可以为燃气轮机设计提供重要的数据支持，还可以对现有的针对燃气轮机的一维、二维、三维计算模型进行校核、修正；

本发明使用试验箱加试验件的组合将整个燃气轮机二次空气系统拆分成若干个试验件分别通过旋转传动机构进行旋转试验，与整机试验台相比极大的简化了燃气轮机二次空气系统试验装置，缩短了试验周期，节约了更多的试验成本；

本发明中方便操控和检测，保障了燃气轮机二次空气系统旋转试验的准确性；

本发明中通过进气系统实现了多种压比下的燃气轮机二次空气系统旋转试验，通过旋转传动机构有效的实现了多转速下的燃气轮机二次空气系统旋转试验，通过将试验件置于试验箱内使得试验件安拆方便，且试验箱可以和多种试验件组合完成燃气轮机二次空气系统各关键结构的旋转试验。

附图说明

图1为本发明中的连接关系示意图；

图2为本发明中旋转传动结构的结构示意图；

图3为采用本发明进行一种试验件使用时的使用状态图；

其中：1、进气开关阀；2、冷却水进口；4、冷却水出口；5、鼓风机；6、消音器；7、储气罐；8、放空阀；9、进气调节阀；10、流量计；11、进气温度测量传感器；12、进气压力测量传感器；13、试验台；14、驱动电机；15、联轴器；16、轴承；17、转子轴；19、测试传感器组一；20、试验箱；21、测试传感器组三；22、壳体；23、气封件；24、试验件；25、密封轴承；26、测试传感器组二；27、排气筒；28、支撑架；29、进气筒。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

"连接"或者"相连"等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明通过下述技术方案实现，如图1-图3所示，

一方面，一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，包括进气系统、与进气系统连接且用于安装试验件24的试验台13，所述试验台13包括与进气系统连接且用于安装试验件24的试验箱20、伸入试验箱20且一端与试验件24传动连接的旋转传动机构。

本发明中的进气系统用于对进入试验箱20内的空气进行处理，使得进入试验箱20内的空气能够按照试验要求进入到试验箱20内，旋转传动机构穿过试验箱20与位于其内部的试验件24进行连接，进而使得试验件24在试验箱20内可以根据试验要求进行旋转，旋转传动机构在试验时，可根据试验的要求调整试验件24的转速；

试验箱20对在不同工况下的试验件24相关数据进行测量，得到相关的试验数据。

在一些可能的实施方式中，所述进气系统包括依次连接的鼓风机5、储气罐7、与储气罐7输出端连接的放空阀8；所述储气罐7的输出端还通过管道与试验箱20连接；

优选的，试验箱设置有进气筒29，储气罐7的输出端与进气筒29连接。

鼓风机5向储气罐7中送入空气，储气罐7将空气进行存储，然后根据试验的要求向试验箱20中输入空气；放空阀8用于对进入储气罐7内的空气压力进行调节，使得能够按照相关要求向试验箱20中提供空气。

在一些可能的实施方式中，所述鼓风机5设置有冷却水进口2、冷却水出口4，所述鼓风机5的输入端设置有进气开关阀1。

设置冷却水进口2和冷却水出口4，是为了给鼓风机5降温冷却，避免长时间的工作造成鼓风机5损坏。

进气开关阀1用于实现将空气输送至鼓风机5内。

在一些可能的实施方式中，为了实现环保降噪，在所述鼓风机5与储气罐7之间设置有出口消音器6。

在一些可能的实施方式中，在所述储气罐7与试验箱20之间依次设置有进气调节阀9、流量计10、进气温度测量传感器11和进气压力测量传感器12，所述进气压力测量传感器12设置在进气温度测量传感器11和试验箱20之间。

进气调节阀9是为了储气罐7与试验箱20之间的连通或关闭，在储气罐7中的空气达到相关压力要求后，进气调节阀9开启，将空气输入到试验箱20中；若储气罐7中的空气未达到相关压力的要求，进气调节阀9关闭，空气将无法输入到试验箱20中，同时通过改变进气调节阀9的开度，获得不同进气流量。

优选的，流量计10为涡轮流量计10；可采用E+H高精度涡街流量计10；

优选的，本申请中所涉及压力测量所使用的压力传感器为16通道高精度压力扫描阀；

优选的，本申请中所涉及温度测量所使用的温度传感器为A级铂热电阻；

进气温度测量传感器11用于对进入试验箱20的空气的温度进行测量；

进气压力测量传感器12用于对进入试验箱20的空气的压力进行测量；

在一些可能的实施方式中，所述试验箱20包括设置有进气口和出气口的壳体22、安装在壳体22内且以转子轴17的旋转中心为圆心呈圆环状布置的气封件组、安装在气封件组的测试传感器组一19、安装在壳体22上的测试传感器组三21、设置在壳体22内与出气口连通的排气筒27，安装在壳体22内且套装在排气筒27外侧的密封轴承25；所述出气口设置有测试传感器组二26。

流量计10用于对进入试验箱20的空气的流量进行测量；气封装置间隙或排气筒27是压缩空气经过放空阀8后的唯一出口，所以流量计10所测气体流量即为气封间隙或排气筒27在某工况下的泄漏量，然后经过温压补偿将体积流量换算成质量流量。

优选的，试验箱20还包括用于支撑壳体的支撑架28；在壳体内还安装有支撑密封轴承25的安装座；

优选的，气封件组为两组，且平行设置，每组气封件组中气封件23的数量多个且与转子轴17的旋转中心为圆心呈圆环状设置，两组气封件组位于试验件24与壳体之间。

如图2、图3所示，设置在气封组件上的测试传感器组一19主要用于对从进气系统输送至试验箱体内的气体进行温度和压力的测量；

壳体上的测试传感器组一19用于试验箱内的气体温度和压力进行测量。

设置在出气口，即排气筒27上的测试传感器组二26用于对从实验箱体排出气体的温度和压力的测量。

在一些可能的实施方式中，所述旋转传动机构包括驱动电机14、与驱动电机14输出轴同轴连接的转子轴17；所述转子轴17的远离驱动电机14的一端伸入壳体内，所述转子轴17与排气筒27、气封件组同轴设置。

优选的，旋转传动机构安装在支撑架28上，转子轴17上套装有与其配合使用的两组轴承16，两组轴承16分别通过轴承16座安装在支撑架28上；在转子轴17与驱动电机14输出轴之间设置有联轴器15，驱动电机14的输出轴通过联轴器15与转子轴17的一端连接，转子轴17的另外一端将伸入壳体内，且其轴线与每组气封件组所形成的圆环的圆心在同一直线上；壳体的出气口设置在其远离转子轴17的一侧，且与转子轴17的轴线在同一直线上；

优选的，驱动电机14为变频电机、伺服电机中的任一种。

如图1、图2所示，壳体的进气口设置在其远离支撑架28的一侧，进气系统通过进气口连接的进气筒29与壳体连接，为壳体提供试验所需的空气。

在试验件24安装完毕后，其他测试工况符合测试的情况下，开启驱动电机14，驱动电机14的输出轴转动从而带动转子轴17传动，由于试验件24套装在转子轴17上且位于试验箱20内，从而带动试验件24在试验箱20内转动，进而进行试验；通过调整试验件24的转速，测量试验件24在不同转速下的流量和压损，通过调节放空阀8，测量在不同进气压力下的流量和压损。

本发明中，试验时所需的进气压比通过放空阀8来调节，改变放空阀8的开度来调节储气罐7内压缩空气的压力，进气流量通过进气调节阀9调节，改变进气调节阀9的开度，获得不同进气流量，试验件24转速通过驱动电机14调节，改变驱动电机14的转速，驱动电机14通过联轴器15与转子轴17连接，改变转子轴17的转速，转子轴17与试验件24连接，进而实现改变试验件24转速的目的；通过进气压比、转子轴17转速、试验件24结构相对位置关系的调整从而测量得到流量、出口压力、温度。

在一些可能的实施方式中，所述测试传感器组一19包括温度传感器一和压力传感器一；所述测试传感器组二26包括温度传感器二和压力传感器二；所述测试传感器组三21包括温度传感器三和压力传感器三。

温度传感器一、压力传感器一用于对通过进气系统进入气封件23两侧内的空气温度和压力进行测量。

温度传感器二、压力传感器二用于对排气筒27出气端的空气总温静压测量。

温度传感器三、压力传感器三用于对试验箱20内的空气总温静压测量。

另一方面，一种燃气轮机二次空气系统旋转试验方法，具体包括以下步骤；

试验件24安装；将试验件24安装在转子轴17远离驱动电机14的一端，且试验件24位于试验箱20内；

检查各测试传感器组的数据是否正常，检测密封效果；

以常温空气为气体工质，试验测试：

将试验件24上各个用于二次空气系统流通的流路通道密封；测量密封泄漏量、改变入口压力和转速并记录此时的流量值；

去除流通通道密封，重复上述压力与转速的变化过程，记录流量测量值、出口压力测量值以及温度测量值；

开启驱动电机14，调节放空阀8，以调整试验所需进气压力，改变试验压比，测量试验件24在不同试验压比下的流量和压损情况；

开启驱动电机14，通过驱动电机14调节转子轴17的转速，测量试验件24在不同转速下的流量和压损情况；

更换不同的试验件24，重复上述试验步骤，获得燃气轮机二次空气系统不同位置的气动参数；完成试验。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，其特征在于：包括进气系统、与进气系统连接且用于安装试验件的试验台，所述试验台包括与进气系统连接且用于安装试验件的试验箱、伸入试验箱且一端与试验件传动连接的旋转传动机构。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，其特征在于：所述进气系统包括依次连接的鼓风机、储气罐、与储气罐输出端连接的放空阀；所述储气罐的输出端还通过管道与试验箱连接。

3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，其特征在于：所述鼓风机设置有冷却水进口、冷却水出口，所述鼓风机的输入端设置有进气开关阀。

4.根据权利要求2所述的一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，其特征在于：在所述鼓风机与储气罐之间设置有出口消音器。

5.根据权利要求3所述的一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，其特征在于：在所述储气罐与试验箱之间依次设置有进气调节阀、涡轮流量计、进气温度测量传感器和进气压力测量传感器，所述进气压力测量传感器设置在进气温度测量传感器和试验箱之间。

6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，其特征在于：所述试验箱包括设置有进气口和出气口的壳体、安装在壳体内且以转子轴的旋转中心为圆心呈圆环状布置的气封件组、安装在气封件组的测试传感器组一、安装在壳体上的测试传感器组三、设置在壳体内与出气口连通的排气筒，安装在壳体内且套装在排气筒外侧的密封轴承；所述出气口设置有测试传感器组二。

7.根据权利要求6所述的一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，其特征在于：所述旋转传动机构包括驱动电机、与驱动电机输出轴同轴连接的转子轴；所述转子轴的远离驱动电机的一端伸入壳体内，所述转子轴与排气筒、气封件组同轴设置。

8.根据权利要求6所述的一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置，其特征在于：所述测试传感器组一包括温度传感器一和压力传感器一；所述测试传感器组二包括温度传感器二和压力传感器二；所述测试传感器组三包括温度传感器三和压力传感器三。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种燃气轮机二次空气系统旋转试验方法，其特征在于：具体包括以下步骤；

试验件安装；将试验件安装在转子轴远离驱动电机的一端，且试验件位于试验箱内；

检查各测试传感器组的数据是否正常，检测密封效果；

以常温空气为气体工质，试验测试：

将试验件上各个用于二次空气系统流通的流路通道密封；测量密封泄漏量、改变入口压力和转速并记录此时的流量值；

去除流通通道密封，重复上述压力与转速的变化过程，记录流量测量值、出口压力测量值以及温度测量值；

开启驱动电机，调节放空阀，以调整试验所需进气压力，改变试验压比，测量试验件在不同试压压比下的流量和压损情况；

开启驱动电机，通过驱动电机调节转子轴的转速，测量试验件在不同转速下的流量和压损情况；

更换不同的试验件，重复上述试验步骤，获得燃气轮机二次空气系统不同位置的气动参数；完成试验。

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