CN115219209B - 一种可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置设计方法，以便对新研燃气轮机高温涡轮出口不同通流高度位置气流角进行测量，为新研燃气轮机高温涡轮优化改进提供数据参数。从而解决现有固定式出口气流角测量方法结构可靠性偏低的问题，减少燃气轮机整机试验过程中由于固定式出口气流角测量装置故障导致整机分解次数增加，加快新研燃气轮机研制进度。本发明用于燃气轮机高温涡轮出口气流角测量领域。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机测量方法，具体地说是涡轮出口气流角测量方法。
背景技术
燃气轮机具有功率密度大、起动速度快、燃料灵活等优点，广泛应用于工业及海上平台发电、天然气输送、石油化工及冶金等领域，也可作为飞机、船舶及地面交通工具的主要动力装置。
现代高性能燃气轮机为了获得更高的循环效率、更大的功率，燃气轮机整机总压比、燃气初温(涡轮进口温度)、进口空气流量等循环参数不断提高。随着燃气轮机循环参数的不断提高，特别是燃气初温的不断提高，不仅给高温部件设计带来了极大的技术难度，而且对相关高温部件测试及参数测量提出了更高的要求，相关测试及测量方法和设备需在高温条件下可靠地工作，才能满足整机试验要求。显然，安全稳定高可靠性测量方法和装置对高燃气初温燃气轮机研制起到至关重要的作用。
尽管近年来国内外学者和科研人员在燃气轮机整机及相关零部件试验测试方面已开展了大量的研究，对改善相关测量精度、揭示燃气轮机内部运行规律有了一定的认识，对燃气轮机机组性能提升起到了一定的支撑作用，但是这些研究并没有关注在改善燃气轮机整机及零部件性能及可靠性测试方法的同时如何改善高温涡轮出口气流角测量装置的可靠性，也鲜有关于燃气轮机整机真实工作环境条件下高温涡轮出口气流角测量方法与装置、提高整机试验过程中高温涡轮出口气流角测量装置可靠性方面的报道
发明内容
本发明的目的在于提供能解决现有固定式出口气流角测量方法结构可靠性偏低的问题，减少燃气轮机整机试验过程中由于固定式出口气流角测量装置故障导致整机分解次数增加，加快新研燃气轮机研制进度的一种可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置设计方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置设计方法，其特征是：
(1)根据燃气轮机涡轮气动性能参数得到测量位置温度、压力测量装置工作环境参数，依此作为探针探头及支杆设计及所用材料的选材依据；
(2)基于步骤(1)给定的工作环境温度数据，考虑30℃温度裕度后，初步选择探针探头及支杆材料；
(3)基于步骤(2)初步选定的材料，完成探针探头及支杆初步结构设计；
(4)基于步骤(3)设计的支杆结构，利用步骤(1)给定的工作环境参数，完成探针探头及支杆全三维温度场计算；
(5)基于步骤(4)得到的温度场数据，增加30℃作为温度裕度后，开展探针探头及支杆强度振动计算分析；
(6)若步骤(5)得到的探针探头及支杆强度振动数据不符合预定标准，则重复执行步骤(2)～步骤(5)，直至探针探头及支杆强度振动数据达到预定标准；
(7)基于步骤(3)设计的探针支杆尺寸，开展位移机构设计，位移机构使探针探头移动距离范围满足被测对象测试范围内高度尺寸需求；
(8)基于步骤(3)设计的探针支杆及步骤(6)设计的位移机构，设计冷却系统，采用冷却水对探针支杆及位移机构进行冷却；
(9)基于步骤(1)给定的工作环境温度数据，考虑30℃工作环境温度裕度，结合冷却系统的布置，开展整个测量装置全三维温度场计算；
(10)基于步骤得到的温度场数据，增加30℃作为温度裕度后，开展整个测量装置强度振动计算分析；
(11)若步骤(10)得到的整个测量装置强度振动数据不符合预定标准，如果改变探针探头、支杆材料或结构能够满足要求，则重复执行步骤(2)～步骤(10)，直至整个测量装置强度振动数据达到预定标准；如果位移机构结构或冷却系统能够满足要求，则重复执行步骤(6)～步骤(10)，直至整个测量装置强度振动数据达到预定标准。
本发明还可以包括：
1、步骤(6)和步骤(11)中所述的预定标准为：持久储备系数不低于1.2、不存在共振点。
本发明的优势在于：本发明提供了一种结构简单、安全可靠、可有效测得燃气轮机高温涡轮出口不同通流高度位置气流角度数据测量装置的设计方法，可对新研燃气轮机高温涡轮出口不同通流高度位置气流角进行测量，为新研燃气轮机高温涡轮优化改进提供数据参数。采用本发明设计的可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置，相比现有固定式出口气流角测量装置，最大程度的减少了测量探针在高温燃气中的“暴露”面积，结构可靠性大幅提升，从而解决现有固定式出口气流角测量方法结构可靠性偏低的问题，减少燃气轮机整机试验过程中由于固定式出口气流角测量装置故障导致整机分解次数增加，加快新研燃气轮机研制进度，节约燃气轮机机组分解、复装、易损件更换等费用。采用本发明设计的高温涡轮出口气流角测量装置，相比现有固定式出口气流角测量装置，可将燃气轮机整机试验过程出口气流角测量装置故障率降低50％。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为采用本发明设计的可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置示意图；
图3a为采用本发明设计的可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置探针探头结构示意图，图3b为K向视图；
图4为采用本发明设计的可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置探针探头极限位置示意图；
图5为传统固定式高温涡轮出口气流角测量装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-5，本发明一种可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置设计方法，设计过程具体实施方式(见图1)如下：
步骤一、在传统三孔探针设计基础上，根据燃气轮机涡轮气动性能参数得到测量位置温度、压力等测量装置工作环境参数，依此作为探针探头及支杆设计及所用材料的选材依据；
步骤二、基于步骤一给定的工作环境温度数据，考虑30℃温度裕度后，初步选择探针探头及支杆材料；
步骤三、基于步骤二初步选定的材料，完成探针探头及支杆初步结构设计 (见图2、图3)；
步骤四、基于步骤三设计的支杆结构，利用步骤一给定的工作环境参数，完成探针探头及支杆全三维温度场计算；
步骤五、基于步骤四得到的温度场数据，增加30℃作为温度裕度后，开展探针探头及支杆强度振动计算分析；
若步骤五得到的探针探头及支杆强度振动数据不符合预定标准(持久储备系数不低于1.2、不存在共振点)，则重复执行步骤二～步骤五，直至探针探头及支杆强度振动数据达到预定标准；
步骤六、基于步骤三设计的探针支杆尺寸，开展位移机构设计，位移机构应使探针探头移动距离范围满足被测对象测试范围内高度尺寸需求(见图4)，这也是与传统固定式高温涡轮出口气流角测量装置最大的区别；
步骤七：基于步骤三设计的探针支杆及步骤六设计的位移机构，设计冷却系统，采用冷却水对探针支杆及位移机构进行冷却(见图2)；
步骤八：基于步骤一给定的工作环境温度数据，考虑30℃工作环境温度裕度，结合冷却系统的布置，开展整个测量装置(见图2)全三维温度场计算；
步骤九：基于步骤得到的温度场数据，增加30℃作为温度裕度后，开展整个测量装置(见图2)强度振动计算分析；
若步骤九得到的整个测量装置(见图2)强度振动数据不符合预定标准(持久储备系数不低于1.2、不存在共振点)，如果改变探针探头、支杆材料或结构能够满足要求，则重复执行步骤二～步骤九，直至整个测量装置(见图2)强度振动数据达到预定标准；如果位移机构结构或冷却系统能够满足要求，则重复执行步骤六～步骤九，直至整个测量装置(见图2)强度振动数据达到预定标准。
探针探头、探针支杆、探针安装座、探针安装座冷却装置、位移机构冷却装置、夹紧装置、位移机构、压力对外接口自下到上依次连接成一体(见图2)。
探针探头、探针支杆、探针安装座、探针安装座冷却装置、位移机构冷却装置、夹紧装置、位移机构、压力对外接口为同轴布置。
全三维温度计算软件为CFX、Fluent、ANSYS软件。
设计及建模软件为UG软件。
综上，本发明涉及的是一种可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置设计方法。本发明的目的是为了提供一种结构简单、安全可靠、可有效测得燃气轮机高温涡轮出口不同通流高度位置气流角度数据的可提拉式测量装置设计方法，以便对新研燃气轮机高温涡轮出口不同通流高度位置气流角进行测量，为新研燃气轮机高温涡轮优化改进提供数据参数。从而解决现有固定式出口气流角测量方法结构可靠性偏低的问题，减少燃气轮机整机试验过程中由于固定式出口气流角测量装置故障导致整机分解次数增加，加快新研燃气轮机研制进度。本发明用于燃气轮机高温涡轮出口气流角测量领域。
Claims (2)
1.一种可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置设计方法，其特征是：
(1)根据燃气轮机涡轮气动性能参数得到测量位置温度、压力测量装置工作环境参数，依此作为探针探头及支杆设计及所用材料的选材依据；
(2)基于步骤(1)给定的工作环境温度数据，考虑30℃温度裕度后，初步选择探针探头及支杆材料；
(3)基于步骤(2)初步选定的材料，完成探针探头及支杆初步结构设计；
(4)基于步骤(3)设计的支杆结构，利用步骤(1)给定的工作环境参数，完成探针探头及支杆全三维温度场计算；
(5)基于步骤(4)得到的温度场数据，增加30℃作为温度裕度后，开展探针探头及支杆强度振动计算分析；
(6)若步骤(5)得到的探针探头及支杆强度振动数据不符合预定标准，则重复执行步骤(2)～步骤(5)，直至探针探头及支杆强度振动数据达到预定标准；
(7)基于步骤(3)设计的探针支杆尺寸，开展位移机构设计，位移机构使探针探头移动距离范围满足被测对象测试范围内高度尺寸需求；
(8)基于步骤(3)设计的探针支杆及步骤(6)设计的位移机构，设计冷却系统，采用冷却水对探针支杆及位移机构进行冷却；
(9)基于步骤(1)给定的工作环境温度数据，考虑30℃工作环境温度裕度，结合冷却系统的布置，开展整个测量装置全三维温度场计算；
(10)基于步骤得到的温度场数据，增加30℃作为温度裕度后，开展整个测量装置强度振动计算分析；
(11)若步骤(10)得到的整个测量装置强度振动数据不符合预定标准，如果改变探针探头、支杆材料或结构能够满足要求，则重复执行步骤(2)～步骤(10)，直至整个测量装置强度振动数据达到预定标准；如果位移机构结构或冷却系统能够满足要求，则重复执行步骤(6)～步骤(10)，直至整个测量装置强度振动数据达到预定标准。
2.根据权利要求1所述的一种可提拉式高温涡轮出口气流角测量装置设计方法，其特征是：步骤(6)和步骤(11)中所述的预定标准为：持久储备系数不低于1.2、不存在共振点。
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