CN115266122A - 模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，试验装置包括试验进气模块、试验排气模块和试验测试模块，试验进气模块具有沿第一方向延伸的级前主气流道，试验排气模块具有沿第一方向延伸的级后排气流道，试验排气模块和试验进气模块在第一方向上间隔布置，试验测试模块在第一方向上的一端与试验进气模块可拆卸地连接，试验测试模块在第一方向上的另一端与试验排气模块可拆卸地连接，试验测试模块具有试验腔，试验腔内适于放置试验动叶，试验进气模块还包括的导叶，导叶设在级前主气流道内且邻近试验腔，导叶可绕第二方向转动。本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置具有采集的试验数据多和试验成本低等优点。

Description

模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地，涉及一种模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置。

背景技术

燃气轮机作为一种应用广泛的能量转化装置，具有污染少、效率高、灵活性强、结构紧凑等有点，运行灵活，广泛应用于发电领域。为了获得更高的燃气轮机效率，需要不断提高透平初温，随之需要采用空气对透平高温部件进行有效冷却。为了验证单级透平动叶在旋转工况下的流动性能和冷却效果，需要构建高效的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，开展高温旋转透平流动与冷却试验研究。

相关技术中，在对不同单级透平动叶进行旋转流动与冷却试验时，需要重新设计试验转子和试验气缸，试验装置能够采集的数据少，需要多次设计试验装置以采集不同的数据，从而导致试验周期长，试验成本高，较难满足高效进行多目标优化的试验需求，在一定程度上制约了单级透平动叶旋转流动与冷却试验技术的发展。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，该试验装置能够采集的数据多，可以满足高效进行多目标优化的试验需求。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置包括

试验进气模块，所述试验进气模块具有沿第一方向延伸的级前主气流道，所述级前主气流道为环形；

试验排气模块，所述试验排气模块具有沿所述第一方向延伸的级后排气流道，所述级后排气流道为环形，所述试验排气模块和所述试验进气模块在所述第一方向上间隔布置，且所述试验排气模块和所述试验进气模块在所述第一方向上的距离可调；

试验测试模块，所述试验测试模块在所述第一方向上的一端与所述试验进气模块可拆卸地连接，所述试验测试模块在所述第一方向上的另一端与所述试验排气模块可拆卸地连接，所述试验测试模块具有试验腔，所述试验腔与所述级前主气流道和所述级后排气流道连通，所述试验腔内适于放置试验动叶；

所述试验进气模块还包括多个沿所述级前主气流道的周向间隔布置的导叶，所述导叶设在所述级前主气流道内且邻近所述试验腔，所述导叶可在所述级前主气流道内绕第二方向转动，所述第二方向正交于所述第一方向。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，解决了燃气轮机设计制造周期长和试验成本高的问题，具有试验灵活性高、试验采集的数据多、试验效率高、试验成本低等优点。

在一些实施例中，模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置还包括试验转子模块，所述试验转子模块包括：

试验前端轴，所述试验前端轴设在所述试验进气模块内；

试验后端轴，所述试验后端轴设在所述试验排气模块内，且所述试验后端轴与所述试验前端轴同轴布置，所述试验后端轴和所述试验前端轴在所述第一方向上间隔开，且所述试验后端轴和所述试验前端轴在所述第一方向上的距离可调；

轮盘，所述轮盘连接在所述试验前端轴和试验后端轴之间，所述轮盘上设有级前定距环和级后定距环，所述试验动叶适于安装在所述轮盘上且所述试验动叶的根部位于所述级前定距环和所述级后定距环之间。

在一些实施例中，所述试验进气模块包括进气外缸和进气内缸，所述进气外缸套设在所述进气内缸上且与所述进气内缸间隔布置以形成所述级前主气流道，所述级前主气流道的横截面积沿所述第一方向恒定。

在一些实施例中，所述试验进气模块还包括转向组件，所述转向组件设在所述进气外缸上，且所述转向组件与所述导叶连接以驱动所述导叶转动。

在一些实施例中，所述试验进气模块还包括进气内持环，所述进气内持环与所述进气内缸邻近所述试验测试模块的一端可拆卸地连接，多个所述导叶可转动地设在所述进气内持环上。

在一些实施例中，所述试验进气模块还包括进气导流支撑，所述进气导流支撑设在所述级前主气流道内，且所述进气导流支撑的一端与所述进气外缸相连，所述进气导流支撑的另一端与所述进气内缸相连。

在一些实施例中，所述试验进气模块还包括进气轴承箱和进气轴承支撑，所述进气轴承箱和所述进气轴承支撑均设在所述进气内缸内，所述进气轴承箱适于环绕支撑所述试验动叶的转轴布置，所述进气轴承支撑连接在所述进气轴承箱和所述进气内缸的内周面之间。

在一些实施例中，所述试验排气模块包括排气外缸和排气内缸，所述排气外缸套设在所述排气内缸上且与所述排气内缸间隔布置以形成所述级后排气流道，所述级后排气流道的横截面积沿远离所述试验腔的方向逐渐增大，所述排气内缸的中心轴线与所述进气内缸的中心轴线共线。

在一些实施例中，所述试验排气模块还包括多个沿所述排气内缸的周向间隔布置的导向隔板，所述导向隔板设在所述级后排气流道内且邻近所述试验腔，所述导向隔板的一端与所述排气外缸相连，所述导向隔板的另一端与所述排气内缸相连。

在一些实施例中，所述试验排气模块还包括排气导流支撑，所述排气导流支撑设在所述级后排气流道内，且所述排气导流支撑的一端与所述排气外缸相连，所述排气导流支撑的另一端与所述排气内缸相连。

在一些实施例中，所述排气内缸的外周面相比于所述进气内缸的外周面邻近所述排气内缸的中心轴线。

在一些实施例中，所述试验排气模块还包括排气轴承箱和排气轴承支撑，所述排气轴承箱和所述排气轴承支撑均设在所述排气内缸内，所述排气轴承箱适于环绕支撑所述试验动叶的转轴布置，所述排气轴承支撑连接在所述排气轴承箱和所述排气内缸的内周面之间。

在一些实施例中，所述试验测试模块包括试验外缸和试验外护环，所述试验外缸套设在所述试验外护环上且与所述试验外护环间隔布置，所述试验外护环围成所述试验腔，所述试验腔的横截面积沿远离所述试验进气模块的方向逐渐增大。

在一些实施例中，所述试验测试模块还包括叶顶气封，所述叶顶气封设在所述试验外护环的内壁面，所述试验动叶的叶顶适于与所述叶顶气封相对布置。

在一些实施例中，所述试验测试模块还包括：

试验前密封环，所述试验前密封环与所述试验进气模块可拆卸地连接；和/或，

试验后密封环，所述试验后密封环与所述试验排气模块可拆卸地连接。

附图说明

图1是本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置的结构示意图。

图2是图1中A处的放大示意图。

附图标记：

模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100；

试验进气模块1；级前主气流道10；进气外缸11；进气内缸12；进气导流支撑13；导叶14；进气内持环15；转向组件16；联动件161；传动件162；进气缸密封17；进气轴承支撑18；进气轴承箱19；

试验测试模块2；试验腔20；试验外缸21；试验外护环22；叶顶气封23；试验前密封环24；试验后密封环25；

试验排气模块3；级后排气流道30；排气外缸31；排气内缸32；排气导流支撑33；导向隔板34；排气内持环排气轴承支撑35；排气轴承箱36；排气缸密封37；

试验转子模块4；试验动叶44；试验前端轴41；轮盘43；级前定距环42；级后定距环45；试验后端轴46；拉杆47。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了便于描述，下面以第一方向与图1中的左右方向一致为例，进一步描述本申请的技术方案。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100包括试验进气模块1、试验排气模块3和试验测试模块2，试验进气模块1具有沿第一方向延伸的级前主气流道10，级前主气流道10为环形，试验排气模块3具有沿第一方向延伸的级后排气流道30，级后排气流道30为环形，试验排气模块3和试验进气模块1在第一方向上间隔布置，且试验排气模块3和试验进气模块1在第一方向上的距离可调，试验测试模块2在第一方向上的一端与试验进气模块1可拆卸地连接，试验测试模块2在第一方向上的另一端与试验排气模块3可拆卸地连接，试验测试模块2具有试验腔20，试验腔20与级前主气流道10和级后排气流道30连通，试验腔20内适于放置试验动叶44。

试验进气模块1还包括多个沿进气内缸12的周向间隔布置的导叶14，导叶14设在级前主气流道10内且邻近试验腔20，导叶14相对于进气内缸12可绕第二方向转动，第二方向正交于第一方向。

例如，如图1和图2所示，试验进气模块1在试验测试模块2的左侧，试验排气模块3在试验测试模块2的右侧，试验进气模块1具有环形的且沿着左右方向延伸的级前主气流道10，试验排气模块3具有环形的且沿着左右方向延伸的级后排气流道30。

为了便于描述，下面将级前主气流道10中的气流称为级前气流，将级后排气流道30中的气流称为级后气流，其中级前气流和级后气流的流动方向如图1中的箭头方向所示。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100在进行试验时，主流煤气从试验进气模块1的左端进入级前主气流道10中成为级前气流，级前气流接着进入试验腔20中推动试验动叶44旋转，然后进入级后排气流道30中成为级后气流，最后级后气流从试验排气模块3的左端排出。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100，将试验测试模块2根据试验动叶44的结构型式和试验需求进行设计制造，试验测试模块2在左右方向的长度依据试验动叶44在试验时所需的轴向空间进行确定，试验测试模块2针对不同试验动叶44设计制造为可替换的。试验进气模块1允许重复利用和匹配于不同试验测量段，通过对级前主气流道10的流道节圆和流道高度尺寸的组合，形成通用的标准模块系列，可大幅降低试验装置的设计制造周期和成本。试验排气模块3允许重复利用和匹配于不同试验测量段，通过对级后排气流道30的流道节圆和流道高度尺寸的组合，形成通用的标准模块系列，可大幅降低试验装置的设计制造周期和成本。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100，试验测试模块2的左端与试验进气模块1可拆卸地连接，试验测试模块2的右端与试验排气模块3可拆卸地连接，在进行试验时，将试验进气模块1和试验排气模块3设计为可重复利用的，将试验测试模块2设计为可替换的。在做不同的试验时，只需要对试验测试模块2进行更换，然后根据实际工况对试验进气模块1和试验排气模块3之间的距离进行调整，即可进行下一组的试验。

例如，如图1和图2所示，在进气内缸12和进气外缸11之间设有多个导叶14，多个导叶14沿着进气内缸12的外周侧间隔布置成一圈。导叶14设在试验进气模块1的右端并邻近试验腔20设置，第二方向与进气内缸12的径向方向一致，导叶14的旋转轴线与进气内缸12的直径方向一致，导叶14可以沿着自身的轴线转动。由此，通过调整导叶14的角度，在不改变其他结构的情况下可以调整进入试验动叶44的入口的气流方向，以便根据试验动叶44的需要设定不同的进气角，从而便于研究不同的进气角对试验动叶44的影响，无需重新设计试验装置即可采集多种数据。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100，解决了燃气轮机设计制造周期长和试验成本高的问题，具有试验灵活性高、试验采集的数据多、试验效率高、试验成本低等优点。

可选地，进气外缸11左端、进气内缸12的左端均设有法兰，排气外缸31的右端、排气内缸32的右端均设有法兰。

在一些实施例中，模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100还包括试验转子模块4，试验转子模块4包括试验前端轴41、试验后端轴46和轮盘43，

试验前端轴41设在试验进气模块1内；

试验后端轴46设在试验排气模块3内，且试验后端轴46与试验前端轴41同轴布置，试验后端轴46和试验前端轴41在第一方向上间隔开，且试验后端轴46和试验前端轴41在第一方向上的距离可调；

轮盘43连接在试验前端轴41和试验后端轴46之间，轮盘41上设有级前定距环42和级后定距环45，试验动叶44适于安装在轮盘43上且试验动叶44的根部位于级前定距环42和级后定距环45之间。

例如，如图1和图2所示，轮盘43与试验前端轴41可拆卸的相连，轮盘43与试验后端轴46可拆卸的相连。试验动叶44安装在轮盘43上。

试验前端轴41设置有前轴径段和轴向推力盘，试验前端轴41由进气轴承箱19内的径向轴承和轴向止推轴承支撑和定位，试验后端轴46设置有后轴径段，试验后端轴42由排气轴承箱36内的径向轴承支撑。试验动叶44的数量为多个，多个试验动叶44沿轮盘43的周向均布，试验动叶44的数量与原透平的动叶的数量一致，试验动叶44采用枞树型叶根固定于轮盘43的叶根槽中。轮盘43外部轮廓采用与原透平的轮盘43一致的结构形式，叶根槽采用与试验动叶44叶根匹配的叶根槽型线。

在进行试验时，如果只需要更换试验动叶44，则将试验动叶44从轮盘43上拆卸下来，然后更换不同类型的试验动叶44即可，试验前端轴41、试验后端轴46和轮盘43可以不必更换，由此，试验前端轴41、试验后端轴46和轮盘43可以反复利用，有利于降低试验成本。如果只需要更换试验动叶44和轮盘43，则保留试验前端轴41和试验后端轴46，由此，试验前端轴41和试验后端轴46可以反复利用，有利于降低试验成本。如果需要调节试验前端轴41与试验后端轴46之间的距离，则更换不同轴向长度的试验测试模块2即可。

试验转子模块4还设有级前定距环42和级后定距环45，级前定距环42和级后定距环45均安装在轮盘43上，且试验动叶44的根部位于级前定距环42和级后定距环45之间，级前定距环42用于调整试验轮盘43的级前距离和配重以便调整试验转子模块4的轴系特性，级后定距环45用于调整试验轮盘43的级后距离和配重以便调整试验转子模块4的轴系特性。由此，通过更换不同的级前定距环42或级后定距环45，即可调整试验转子模块4的轴系特性，从而不用更换试验转子模块4，不仅有利于降低试验成本，而且可以进行多样化的试验。

在另一些实施例中，轮盘43上还设有拉杆47，级前定距环42、级后定距环45、试验动叶44、轮盘43上设有沿着左右方向的通孔，利用拉杆47将级前定距环42、级后定距环45、试验动叶44、轮盘43固定在一起。

可选地，拉杆47的数量有多个，多个拉杆47沿着所述轮盘43的周向间隔布置。

在一些实施例中，试验进气模块1包括进气外缸11和进气内缸12，进气外缸11套设在进气内缸12上且与进气内缸12间隔布置以形成级前主气流道10，级前主气流道10的横截面积沿第一方向恒定。

例如，如图1和图2所示，进气外缸11的直径大于进气内缸12的直径，进气内缸12与进气外缸11同轴布置，进气内缸12与进气外缸11之间形成环形的级前主气流道10，进气内缸12和进气外缸11的直径均为恒定的。由此，进气内缸12和进气外缸11结构简单，便于加工。

在一些实施例中，试验进气模块1还包括转向组件16，转向组件16设在进气外缸11上，且转向组件16与导叶14连接以驱动导叶14转动。

例如，如图1和图2所示，转向组件16设在进气外缸11的外侧，转向组件16包括联动件161和传动件162，联动件161为环形的，传动件162具有多个，多个传动件162与多个导叶14一一对应，传动件162的一端与导叶14固定相连，传动件162的另一端与联动件161固定相连，通过转动联动件161，从而带动传动件162转动，进而带动导叶14转动，由此，利用转向组件16便于控制导叶14的旋转角度，以便调节导叶14的位置，进而调节级前气流的进风角度。

在一些实施例中，试验进气模块1还包括进气内持环15，进气内持环15与进气内缸12邻近试验测试模块2的一端可拆卸地连接，多个导叶14可转动地设在进气内持环15上。

例如，如图1和图2所示，进气内持环15为环形的，进气内持环15与进气内缸12的右端相连，导叶14的根部与进气内持环15相连，由此，利用进气内持环15便于定位和支撑导叶14。

可选地，进气外缸11上设有多个沿进气外缸11的周向布置的安装孔，进气内持环15上均布和进气外缸11相同数量的安装孔，进气内持环15上的安装孔的轴线与进气外缸11的安装孔的轴线保持同轴，导叶14的顶部和根部均设有转动轴，转动轴与安装孔配合，使得导叶14可以相对进气外缸11和进气内持环15旋转。

可选地，进气内持环15的左端面设有凸台，进气内缸12的右端面上设有凹槽，凸台配合在凹槽内，从而保证进气内持环15与进气内缸12的固定连接。

可选地，进气内持环15的内周壁上设有气封片，气封片可以和试验前端轴41的外缘凸台构成迷宫密封，从而尽可能阻断试验腔20中的气流进入试验进气模块1中，进而提高试验结果的准确性。

在一些实施例中，试验进气模块1还包括进气导流支撑13，进气导流支撑13设在级前主气流道10内，且进气导流支撑13的一端与进气外缸11相连，进气导流支撑13的另一端与进气内缸12相连。

例如，如图1和图2所示，在进气内缸12和进气外缸11之间设有进气导流支撑13，进气导流支撑13的一端与进气外缸11固定连接，进气导流支撑13的另一端与进气内缸12固定连接，由此，利用进气导流支撑13可以将进气内缸12和进气外缸11固定在一起。

在一些实施例中，试验进气模块1还包括进气轴承箱19和进气轴承支撑18，进气轴承箱19和进气轴承支撑18均设在进气内缸12内，进气轴承箱19适于环绕支撑试验动叶44的转轴布置，进气轴承支撑18连接在进气轴承箱19和进气内缸12的内周面之间。

例如，如图1和图2所示，在进气内缸12内设有支撑试验动叶44的转轴，在转轴的外周侧设有进气轴承箱19，进气轴承箱19内设有轴承，轴承与转轴相连，进气轴承箱19的外周壁与进气内缸12的内周壁之间进气轴承支撑18，由此，利用进气轴承箱19和进气轴承支撑18便于辅助支撑试验动叶44的转轴进行旋转，利用进气轴承支撑18可以将进气内缸12和进气轴承箱19固定在一起。

在一些实施例中，试验排气模块3包括排气外缸31和排气内缸32，排气外缸31套设在排气内缸32上且与排气内缸32间隔布置以形成级后排气流道30，级后排气流道30的横截面积沿远离试验腔20的方向逐渐增大，排气内缸32的中心轴线与进气内缸12的中心轴线共线。

例如，如图1和图2所示，排气外缸31的直径大于排气内缸32的直径，排气内缸32与排气外缸31同轴布置，排气内缸32与排气外缸31之间形成环形的级后排气流道30，排气外缸31的直径沿着从左到右的方向逐渐增大，由此，以便将级后气流的部分动能转化为压力势能，从而提升级后气流的压力。

可选地，排气外缸31的直径沿着从左到右的方向逐渐增大，排气外缸31的扩张角5度-10度，用于对级后气流进行扩压，将部分动能环化为压力势能。

在一些实施例中，试验排气模块3还包括多个沿排气内缸32的周向间隔布置的导向隔板34，导向隔板34设在级后排气流道30内且邻近试验腔20，导向隔板34的一端与排气外缸31相连，导向隔板34的另一端与排气内缸32相连。

例如，如图1和图2所示，在排气内缸32和排气外缸31之间设有多个导向隔板34，多个导向隔板34沿着排气内缸32的外周侧间隔布置成一圈。导向隔板34设在试验排气模块3的左端并邻近试验腔20设置，导向隔板34的一端与排气外缸31固定连接，导向隔板34的另一端与排气内缸32固定连接。由此，利用导向隔板34，便于调整级后气流的流动方向，使得级后气流在级后排气流道30中均匀分布，从而有利于提高模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100的稳定性。

导向隔板34与排气内缸32和排气外缸31相连，在进行试验时，导向隔板34可以重复利用，由此，便于降低试验成本。

可选地，导向隔板34采用分体弧段结构，每只导向隔板34构成一个弧段体，沿排气外缸31的周向均布多个弧段体。在排气外缸31的左端设有环形的安装槽，多个弧段体固定于排气外缸31左端的安装槽中。

可选地，导向隔板34的内侧设置气封片，气封片用于与试验后端轴46的外缘凸台构成迷宫密封，从而尽可能阻断试验腔20中的气流进入试验排气模块3，进而提高试验结果的准确性。

在一些实施例中，试验排气模块3还包括排气导流支撑33，排气导流支撑33设在级后排气流道30内，且排气导流支撑33的一端与排气外缸31相连，排气导流支撑33的另一端与排气内缸32相连。

例如，如图1和图2所示，在排气内缸32和排气外缸31之间设有排气导流支撑33，排气导流支撑33的一端与排气外缸31固定连接，排气导流支撑33的另一端与排气内缸32固定连接，由此，利用排气导流支撑33可以将排气内缸32和排气外缸31固定在一起。

在一些实施例中，排气内缸32的外周面相比于进气内缸12的外周面邻近排气内缸32的中心轴线。

例如，如图1和图2所示，排气内缸32的外周面的直径小于进气内缸12的外周面的直径，由此，级后排气流道30的横截面积增大，用于对级后气流进行扩压，从而有利于将级后气流中的动能转换成压力势能。

在另一些实施例中，排气外缸31的内周面的直径大于等于试验动叶44的叶身排气侧顶径，排气内缸32的外周面的直径小于等于试验动叶44的叶身排气侧根径。

在一些实施例中，试验排气模块3还包括排气轴承箱36和排气轴承支撑35，排气轴承箱36和排气轴承支撑35均设在排气内缸32内，排气轴承箱36适于环绕支撑试验动叶44的转轴布置，排气轴承支撑35连接在排气轴承箱36和排气内缸32的内周面之间。

例如，如图1和图2所示，在排气内缸32内设有支撑试验动叶44的转轴，在转轴的外周侧设有排气轴承箱36，排气轴承箱36内设有轴承，轴承与转轴相连，排气轴承箱36的外周壁与排气内缸32的内周壁之间排气轴承支撑，由此，利用排气轴承支撑35可以将排气内缸32和排气轴承箱36固定在一起。

可选地，在排气内缸32中还设有排气缸密封37，排气缸密封37位于排气轴承箱36的左侧，且邻近轮盘43设置，排气缸密封37用于隔离排气内缸32与试验后端轴46之间的空间，阻断试验后端轴46后侧气体流入排气内缸32及排气侧轴承箱的内部。

可选地，进气内缸12还包括进气缸密封17，进气缸密封17安装在进气内缸12中，进气缸密封17位于进气轴承箱19的右侧且邻近轮盘43设置，进气缸密封17用于隔离进气内缸12与试验前端轴41之间的空间，阻断试验前端轴41前侧气体流入进气内缸12及进气侧轴承箱的内部。

在一些实施例中，试验测试模块2包括试验外缸21和试验外护环22，试验外缸21套设在试验外护环22上且与试验外护环22间隔布置，试验外护环22围成试验腔20，试验腔20的横截面积沿远离试验进气模块1的方向逐渐增大。

例如，如图1和图2所示，试验外缸21位于试验外护环22的外侧，试验外护环22为环形的壳体，试验外护环22的左端与进气外缸11相连，试验外护环22的右端与排气外缸31相连，试验外缸21的左端与进气外缸11相连，试验外缸21的右端与排气外缸31相连。试验外护环22的直径和试验外缸21的直径均沿着从左到右的方向逐渐增大。试验外护环22前端的流道内直径与进气外缸11的右端的直径一致，试验外护环22后端的流道内直径与排气外缸31的左端的直径一致。

试验外护环22与试验外缸21之间具有间隔，由此，试验外护环22在受到热胀冷缩等原因造成的变形时，试验外缸21不会受到试验外护环22的影响，试验外缸21依然可以保持良好的密封性能。而且，冷却气流可以在试验外缸21和试验外护环22之间停留，以便对试验外护环22进行冷却。

可选地，试验外缸21、进气外缸11和排气外缸31上均设有法兰，试验外缸21的左端通过法兰与进气外缸11连接，试验外缸21的右端通过法兰与排气外缸31连接。

可选地，试验外护环22的两端的两端设有凸台，进气外缸11的右端设有凹槽，导向隔板34的顶端设有凹槽，试验外护环22左端的凸台与进气外缸11的凹槽配合，试验外护环22右端的凸台与导向隔板34的顶端的凹槽配合。

在一些实施例中，试验测试模块2还包括叶顶气封23，叶顶气封23设在试验外护环22的内壁面，试验动叶44的叶顶适于与叶顶气封23相对布置。

例如，如图1和图2所示，在试验外护环22的内周壁上设有叶顶气封23，叶顶气封23与试验动叶44在内外方向上相对布置。

由此，利用叶顶气封23可以避免试验动叶44左端的气流从试验动叶44的顶部绕到试验动叶44的右端，从而提高气流的做功效率。

在一些实施例中，试验测试模块2还包括试验前密封环24，试验前密封环24与试验进气模块1可拆卸地连接。

例如，如图1和图2所示，试验前密封环24的左端面设有凸台，进气内持环15的右端面上设有凹槽，凸台配合在凹槽内，从而保证试验前密封环24与进气内持环15的固定连接。或者，试验前密封环24与进气内持环15通过螺栓连接。

由此，试验前密封环24的右端面与试验动叶44的左端面共同构成密封结构，从而尽可能阻断试验腔20中的气流进入试验进气模块1，进而提高试验结果的准确性。

在一些实施例中，试验测试模块2还包括试验后密封环25，试验后密封环25与试验排气模块3可拆卸地连接。

例如，如图1和图2所示，试验后密封环25的右端面设有凸台，导向隔板34的根部上设有凹槽，凸台配合在凹槽内，从而保证试验后密封环25与排气导流支撑33的固定连接。

由此，试验后密封环25的左端面与试验动叶44的右端面共同构成密封结构，从而尽可能阻断试验腔20中的气流进入试验排气模块3，进而提高试验结果的准确性。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100还设有冷却结构，进气外缸11、进气内缸12和进气导流支撑13内均设有冷却通道，排气外缸31、排气内缸32和排气导流支撑33内均设有冷却通道。

需要说明的是，在本发明的实施例模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100中，导叶14、试验动叶44、导向隔板34等器件内部通有冷却气体，冷却气体的流动方向大体如图2中的箭头所示。

图2中展示的只是部分冷却气流的流动方向，

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100至少可进行以下几种试验，

第一种，只更换试验动叶44，从而可以研究不同叶型结构的试验动叶44在相同的条件下的流动与冷却性能。

第二种，只更换试验动叶44和轮盘43，从而可以验证不同结构形式试验动叶44和轮盘43的组件性能。

第三种，调整试验动叶44、轮盘43、级前定距环42、级后定距环45的设计，从而可以获取不同的动叶安装角、级前距离和级后距离等多种试验条件，进而缩小试验装置的设计制造范围，降低试验件和试验装置的制造成本。

第四种，通过调整级前定距环42、级后定距环45、试验前密封环24、试验后密封环25和试验外护环22，在不改变试验动叶44、轮盘43等其他试验装置组件的情况下，测试不同导叶14和试验动叶44轴向距离对透平旋转流动与冷却效果的影响，验证导叶14尾迹气流对动叶的气动影响，获取多种轴向距离条件下透平动透平气动性能数据，为级内导动叶距离匹配和级间距离匹配提供试验数据。

本发明实施例的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置100，采用模块化设计方法，将试验进气模块1和试验排气模块3设计为可重复利用的模块组件，根据实际试验需求选择性的将试验测试模块2和试验转子模块4的轮盘43、试验动叶44、级前定距环42、级后定距环45设计为可替换的模块组件，并进一步将试验转子模块4的试验前端轴41和试验轴设计可重复利用部件，将导叶14集成到试验进气模块1，将导向隔板34集成到试验排气模块3，有效缩小试验装置和试验件的设计制造范围，解决了透平动叶旋转流动与冷却试验装置及方法设计制造周期长和试验成本高的问题，大幅提升了透平动叶旋转流动与冷却试验的试验效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，包括：

试验进气模块，所述试验进气模块具有沿第一方向延伸的级前主气流道，所述级前主气流道为环形；

试验排气模块，所述试验排气模块具有沿所述第一方向延伸的级后排气流道，所述级后排气流道为环形，所述试验排气模块和所述试验进气模块在所述第一方向上间隔布置，且所述试验排气模块和所述试验进气模块在所述第一方向上的距离可调；

试验测试模块，所述试验测试模块在所述第一方向上的一端与所述试验进气模块可拆卸地连接，所述试验测试模块在所述第一方向上的另一端与所述试验排气模块可拆卸地连接，所述试验测试模块具有试验腔，所述试验腔与所述级前主气流道和所述级后排气流道连通，所述试验腔内适于放置试验动叶；

所述试验进气模块还包括多个沿所述级前主气流道的周向间隔布置的导叶，所述导叶设在所述级前主气流道内且邻近所述试验腔，所述导叶可在所述级前主气流道内绕第二方向转动，所述第二方向正交于所述第一方向。

2.根据权利要求1所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，还包括试验转子模块，所述试验转子模块包括：

试验前端轴，所述试验前端轴设在所述试验进气模块内；

试验后端轴，所述试验后端轴设在所述试验排气模块内，且所述试验后端轴与所述试验前端轴同轴布置，所述试验后端轴和所述试验前端轴在所述第一方向上间隔开，且所述试验后端轴和所述试验前端轴在所述第一方向上的距离可调；

轮盘，所述轮盘连接在所述试验前端轴和试验后端轴之间，所述轮盘上设有级前定距环和级后定距环，所述试验动叶适于安装在所述轮盘上且所述试验动叶的根部位于所述级前定距环和所述级后定距环之间。

3.根据权利要求1所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验进气模块包括进气外缸和进气内缸，所述进气外缸套设在所述进气内缸上且与所述进气内缸间隔布置以形成所述级前主气流道，所述级前主气流道的横截面积沿所述第一方向恒定。

4.根据权利要求1所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验进气模块还包括转向组件，所述转向组件设在所述进气外缸上，且所述转向组件与所述导叶连接以驱动所述导叶转动。

5.根据权利要求3所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验进气模块还包括进气内持环，所述进气内持环与所述进气内缸邻近所述试验测试模块的一端可拆卸地连接，多个所述导叶可转动地设在所述进气内持环上。

6.根据权利要求3所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验进气模块还包括进气导流支撑，所述进气导流支撑设在所述级前主气流道内，且所述进气导流支撑的一端与所述进气外缸相连，所述进气导流支撑的另一端与所述进气内缸相连。

7.根据权利要求6所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验进气模块还包括进气轴承箱和进气轴承支撑，所述进气轴承箱和所述进气轴承支撑均设在所述进气内缸内，所述进气轴承箱适于环绕支撑所述试验动叶的转轴布置，所述进气轴承支撑连接在所述进气轴承箱和所述进气内缸的内周面之间。

8.根据权利要求6所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验排气模块包括排气外缸和排气内缸，所述排气外缸套设在所述排气内缸上且与所述排气内缸间隔布置以形成所述级后排气流道，所述级后排气流道的横截面积沿远离所述试验腔的方向逐渐增大，所述排气内缸的中心轴线与所述进气内缸的中心轴线共线。

9.根据权利要求8所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验排气模块还包括多个沿所述排气内缸的周向间隔布置的导向隔板，所述导向隔板设在所述级后排气流道内且邻近所述试验腔，所述导向隔板的一端与所述排气外缸相连，所述导向隔板的另一端与所述排气内缸相连。

10.根据权利要求8所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验排气模块还包括排气导流支撑，所述排气导流支撑设在所述级后排气流道内，且所述排气导流支撑的一端与所述排气外缸相连，所述排气导流支撑的另一端与所述排气内缸相连。

11.根据权利要求8所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述排气内缸的外周面相比于所述进气内缸的外周面邻近所述排气内缸的中心轴线。

12.根据权利要求8所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验排气模块还包括排气轴承箱和排气轴承支撑，所述排气轴承箱和所述排气轴承支撑均设在所述排气内缸内，所述排气轴承箱适于环绕支撑所述试验动叶的转轴布置，所述排气轴承支撑连接在所述排气轴承箱和所述排气内缸的内周面之间。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验测试模块包括试验外缸和试验外护环，所述试验外缸套设在所述试验外护环上且与所述试验外护环间隔布置，所述试验外护环围成所述试验腔，所述试验腔的横截面积沿远离所述试验进气模块的方向逐渐增大。

14.根据权利要求13所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验测试模块还包括叶顶气封，所述叶顶气封设在所述试验外护环的内壁面，所述试验动叶的叶顶适于与所述叶顶气封相对布置。

15.根据权利要求13所述的模块化的透平动叶旋转流动与冷却试验装置，其特征在于，所述试验测试模块还包括：

试验前密封环，所述试验前密封环与所述试验进气模块可拆卸地连接；和/或，

试验后密封环，所述试验后密封环与所述试验排气模块可拆卸地连接。

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