CN211784237U - 一种两用涡轮平面叶栅试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，属于叶栅试验装置技术领域，包括：支撑台架、支撑台架法兰、螺栓、盖板、平面叶栅静压试验叶片、平面叶栅气膜试验叶片、多个陪衬叶片、入口法兰和出口法兰、排气段；所述入口法兰、盖板入口法兰、盖板出口法兰、出口法兰、支撑台架法兰通过螺栓将支撑台架、盖板和排气段三者连接形成试验用气道，所述支撑台架和盖板均为透明材质；该装置既能进行叶型表面静压试验又能进行叶片气膜有效度试验，利用该装置可获取不同气动条件下涡轮叶片表面静压分布和叶片气膜有效度的试验数据，利用该数据可以验证优化设计软件，评判设计方案是否符合预期，相比传统试验流程，显著降低了试验成本和缩短试验周期。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种涡轮平面叶栅试验装置技术领域，特别涉及一种既可进行叶片表面静压试验测量也可以进行气膜有效度试验测量的平面叶栅试验装置。
背景技术
燃气轮机是一种功率密度较高的动力装置，通过提高燃气轮机涡轮进口燃气温度可以有效提高燃气轮机效率。目前世界主流燃气轮机涡轮进口燃气温度远高于涡轮叶片金属熔点，因此涡轮第1级静叶和动叶一般采用表面喷射气膜的方式来阻隔燃气对金属叶片的烧蚀，同时叶片内部采用空心设计，通入冷却空气对流换热使叶片金属温度降低至合理范围保证机组安全可靠运行。
燃气轮机研发过程中，涡轮叶片冷却设计是一个技术难点也是一个关键点。其一般流程是首先进行叶片气动外形设计，在初步获得叶片气动型线的基础上对叶片进行冷却结构设计。涡轮叶片常见的冷却结构形式是叶片表面开设喷射气膜用的冷却孔，该孔与叶片内部空腔相连接，从压气机抽取的压缩冷却空气通入叶片空腔与叶片对流换热降低叶片内壁面金属温度后经气膜孔喷射出，在叶片外表面形成一层气膜，气膜与主流燃气掺混降低与叶片接触的燃气温度，从而降低叶片外壁面金属温度。叶片气动外形设计和冷却设计是一个相互迭代逐步优化的过程。
良好的涡轮叶片气动外形能显著提高涡轮效率，其设计关键点是合理控制叶型表面静压分布也称载荷分布。高效简单的涡轮叶片冷却结构能降低冷却压缩空气的使用量，从而提高整个燃气轮机效率，并降低制造成本，其设计关键点是如何高效利用叶片表面喷射的气膜，其前提是掌握气膜在叶片表面的衰减规律和覆盖范围，常用气膜有效度也称气膜效率来衡量气膜冷却特性。现有商业气动力学和传热学数值模拟软件无法准确预测叶片表面静压分布以及气膜射流在叶片表面的复杂流动特性，因此在概念设计完成后需要对涡轮叶片表面静压进行试验测量来验证设计软件和设计方案是否满足设计预期，一般采用涡轮平面叶栅气动试验装置进行测量。完成叶片冷却结构概念设计后需要对新设计的气膜冷却孔布局进行气膜试验，获取不同气动条件下叶片表面各区域的气膜有效度从而判断气膜覆盖范围是否符合设计预期，并利用该试验数据修正自主开发的设计软件，同时利用气膜有效度计算出数值模拟难以精确预测的叶片表面冷却空气与燃气掺混后的气体温度。常见获取气膜有效度的方法有利用红外光学仪器或热电偶获取带气膜的叶片表面温度经换算获取气膜有效度，利用压力敏感漆特性结合光学仪器获取叶片表面氧气浓度经换算获取气膜有效度，利用瞬态液晶获取带气膜的叶片表面温度经换算获取气膜有效度，无论采用哪一种测试方法，一般都需要借助平面叶栅试验装置完成。
上述涡轮叶型表面静压试验和叶片气膜有效度试验在传统的试验流程中是分别在不同平面叶栅试验装置上进行，因此需要两套试验设备，试验费用和试验周期较长，为了快速推出更高效率的燃气轮机，目前世界先进燃气轮机设计公司产品研发周期不断缩短，上述传统的试验流程已越来越不适应快速变化的市场需求。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种既能进行叶型表面静压试验又能进行叶片气膜有效度试验的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，利用该装置可获取不同气动条件下涡轮叶片表面静压分布和叶片气膜有效度的试验数据，利用该数据可以验证优化设计软件，评判设计方案是否符合预期，相比传统试验流程，显著降低了试验成本和缩短试验周期。
具体技术方案如下：一种两用涡轮平面叶栅试验装置，包括：支撑台架、支撑台架法兰、螺栓、盖板、平面叶栅静压试验叶片、平面叶栅气膜试验叶片、多个陪衬叶片、入口法兰和出口法兰、排气段；多个所述陪衬叶片与平面叶栅静压试验叶片和平面叶栅气膜试验叶片均平行设置，所述平面叶栅静压试验叶片、平面叶栅气膜试验叶片和多个陪衬叶片安装在支撑台架上，所述盖板上设置有盖板出口法兰和盖板入口法兰，所述入口法兰、盖板入口法兰、盖板出口法兰、出口法兰、支撑台架法兰通过螺栓将支撑台架、盖板和排气段三者连接形成试验用气道；所述入口法兰安装在试验用气道的入口方向，所述排气段安装在试验用气道的出口方向，所述出口法兰安装在支撑台架与排气段之间。
优选地，所述支撑台架设有陪衬叶片下端插槽、所述盖板设有陪衬叶片上端插槽，所述陪衬叶片上下两端分别插入陪衬叶片上端插槽和陪衬叶片下端插槽。
优选地，所述盖板上设有试验叶片上端插槽，用于固定和支撑平面叶栅静压试验叶片或平面叶栅气膜试验叶片；所述试验叶片上端插槽顶部设有通孔，用于引出平面叶栅静压试验叶片的压力导管或平面叶栅气膜试验叶片的供气管。
优选地，所述支撑台架设有试验叶片下端插槽，用于固定和支撑平面叶栅静压试验叶片或平面叶栅气膜试验叶片；所述试验叶片下端插槽底部设有通孔，用于引出平面叶栅静压试验叶片的压力导管或平面叶栅气膜试验叶片的供气管。
优选地，所述支撑台架上设有支撑板，所述支撑板上开设有通孔，所述支撑板上的通孔与试验叶片下端插槽底部通孔连通。
优选地，还包括试验叶片上衬套和试验叶片下衬套；所述试验叶片上衬套内壁面和试验叶片下衬套内壁面与平面叶栅静压试验叶片通过包括但不限于粘贴的方式紧密连接；所述试验叶片上衬套内壁面和试验叶片下衬套内壁面与平面叶栅气膜试验叶片通过包括但不限于粘贴的方式紧密连接；所述试验叶片下衬套与试验叶片下端插槽接触连接，所述试验叶片下衬套与所述支撑板接触连接，所述试验叶片上衬套与试验叶片上端插槽内壁面接触连接。
优选地，所述排气段沿气流方向横截面积逐渐增大。
优选地，所述支撑台架与盖板均为透明材质。
优选地，所述支撑台架通过包括但不限于粘接的方式与入口法兰和出口法兰紧密连接。
与现有技术相对比，本实用新型的有益效果如下：
(1)本实用新型提供了一种既能进行叶型表面静压试验又能进行叶片气膜有效度试验的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，利用该装置可获取不同气动条件下涡轮叶片表面静压分布和叶片气膜有效度的试验数据，利用该数据可以验证优化设计软件，评判设计方案是否符合预期，相比传统试验流程，显著降低了试验成本和缩短试验周期。
附图说明
图1为本实用新型提供的涡轮平面叶栅试验装置爆炸图；
图2为本实用新型提供的涡轮平面叶栅试验装置装配后结构示意图；
图3为本实用新型提供的优选实施方式A-A剖视图的放大图；
图4为本实用新型提供的另一优选实施方式的A-A剖视图的放大图；
附图中标记的具体含义如下：
其中，1-试验装置、2-支撑台架、3-试验叶片下衬套、4A-平面叶栅静压试验叶片、4B-平面叶栅气膜试验叶片、5-入口法兰、6-试验叶片上衬套、7-盖板入口法兰、8-盖板、9-试验叶片上端插槽、10-盖板出口法兰、11-陪衬叶片、12-排气段、13-出口法兰、14-试验叶片下端插槽、15-支撑台架法兰、16-陪衬叶片下端插槽、17C-支撑板、17D-支撑板插槽、18-陪衬叶片上端插槽、19-螺栓、20-试验用气道。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作详细的说明。
本实用新型通过下述技术方案实现，如图1、图2、图3所示，一种两用涡轮平面叶栅试验装置，包括两种试验叶片分别是平面叶栅静压试验叶片4A和平面叶栅气膜试验叶片4B，所述平面叶栅静压试验叶片4A与平面叶栅气膜试验叶片4B相互平行的陪衬叶片11插入透明材质的支撑台架2，支撑台架2通过包括但不限于粘接的方式与入口法兰5和出口法兰13紧密连接。
多个所述陪衬叶片11与平面叶栅静压试验叶片4A和平面叶栅气膜试验叶片4B均平行设置，所述平面叶栅静压试验叶片4A、平面叶栅气膜试验叶片4B和多个陪衬叶片11安装在支撑台架上2，所述盖板8上设置有盖板出口法兰10和盖板入口法兰7，所述入口法兰5、盖板入口法兰7、盖板出口法兰10、出口法兰13、支撑台架法兰15通过螺栓19将支撑台架2、盖板8和排气段12三者连接形成试验用气道20；气体通过入口法兰5进入所述气道20后经过出口法兰13由排气段12的气道20排出试验装置1，所述入口法兰5安装在试验用气道20的入口方向，所述排气段12安装在试验用气道20的出口方向，所述出口法兰13安装在支撑台架2与排气段12之间。
需要说明的是，通过上述改进，使用时，可以通过更换平面叶栅静压试验叶片4A和平面叶栅气膜试验叶片4B，来实现在同一套涡轮平面叶栅试验装置上分别进行叶型表面静压试验和叶片气膜有效度试验，本实用新型相比现有方案，有效降低了试验成本，缩短了试验周期。
作为优选实施方式，本实用新型提供的所述支撑台架2通过包括但不限于粘接的方式与入口法兰5和出口法兰13紧密连接，排气段12的气道20沿气流方向横截面积逐渐增大；需要说明的是，通过上述改进，叶栅下游气道连接排气段12可进一步降低叶栅出口静压，因此入口供气压力不变的条件下，叶栅排气静压进一步降低可获得更大的叶栅进出口压比，相比现有方案，扩大了试验装置的试验工况范围。
作为优选实施方式，本实用新型提供的所述支撑台架2设计有陪衬叶片下端插槽16，所述陪衬叶片下端插槽16用于固定和支撑陪衬叶片11。所述支撑台架2设有试验叶片下端插槽14，用于固定和支撑静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B。所述试验叶片下端插槽14设有通孔，用于引出静压试验叶片4A的压力导管或气膜有效度试验叶片4B的供气管。
作为优选实施方式，本实用新型提供的所述盖板8设计有陪衬叶片上端插槽18，所述陪衬叶片上端插槽18用于固定和支撑陪衬叶片11。所述盖板8设计有试验叶片上端插槽9，用于固定和支撑静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B。所述试验叶片上端插槽9顶部设有通孔，用于引出静压试验叶片4A的压力导管或气膜有效度试验叶片4B的供气管。
作为优选实施方式，本实用新型提供的所述静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B的下端与试验叶片下衬套3采用包括但不限于粘接的方式紧密连接。所述支撑台架2与支撑板17C采用包括但不限于粘接的方式紧密连接，所述支撑板插槽17D设有通孔与试验叶片下端插槽14通孔连通，用于引出静压试验叶片4A的压力导管或气膜有效度试验叶片4B的供气管。所述试验支撑板17C与试验叶片下衬套3接触用于密封气道20中的气体防止外泄并支撑和固定静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B。所述试验叶片下衬套3与试验叶片下端插槽14接触用于密封气道20中的气体防止外泄并支撑和固定静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B。
作为优选实施方式，本实用新型提供的所述静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B上端与试验叶片上衬套6采用包括但不限于粘接的方式紧密连接。所述试验叶片上衬套6与试验叶片上端插槽9内壁面接触用于密封气道20中的气体防止外泄并支撑和固定静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B。所述试验叶片上端插槽9顶部设有通孔，用于引出静压试验叶片4A的压力导管或气膜有效度试验叶片4B的供气管。
如图4所示，作为优选实施方式，本实用新型提供的所述支撑台架2设计有试验叶片下端插槽14，静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B插入试验叶片下端插槽14，所述静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B与试验叶片下端插槽14的内壁面接触用于密封气道20中的气体防止外泄并支撑和固定静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B。所述试验叶片下端插槽14设有通孔，用于引出静压试验叶片4A的压力导管或气膜有效度试验叶片4B的供气管。
所述盖板8设计有试验叶片上端插槽9，静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B插入试验叶片上端插槽9，所述静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B与试验叶片上端插槽9的内壁面接触用于密封气道20中的气体防止外泄并支撑和固定静压试验叶片4A或气膜有效度试验叶片4B。所述试验叶片上端插槽9顶部设有通孔，用于引出静压试验叶片4A的压力导管或气膜有效度试验叶片4B的供气管。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，包括：支撑台架、支撑台架法兰、螺栓、盖板、平面叶栅静压试验叶片、平面叶栅气膜试验叶片、多个陪衬叶片、入口法兰和出口法兰、排气段；多个所述陪衬叶片与平面叶栅静压试验叶片和平面叶栅气膜试验叶片均平行设置，所述平面叶栅静压试验叶片、平面叶栅气膜试验叶片和多个陪衬叶片安装在支撑台架上，所述盖板上设置有盖板出口法兰和盖板入口法兰，所述入口法兰、盖板入口法兰、盖板出口法兰、出口法兰、支撑台架法兰通过螺栓将支撑台架、盖板和排气段三者连接形成试验用气道；所述入口法兰安装在试验用气道的入口方向，所述排气段安装在试验用气道的出口方向，所述出口法兰安装在支撑台架与排气段之间。
2.如权利要求1所述的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，所述支撑台架设有陪衬叶片下端插槽、所述盖板设有陪衬叶片上端插槽，所述陪衬叶片上下两端分别插入陪衬叶片上端插槽和陪衬叶片下端插槽。
3.如权利要求1所述的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，所述盖板上设有试验叶片上端插槽，用于固定和支撑平面叶栅静压试验叶片或平面叶栅气膜试验叶片；所述试验叶片上端插槽顶部设有通孔，用于引出平面叶栅静压试验叶片的压力导管或平面叶栅气膜试验叶片的供气管。
4.如权利要求2所述的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，所述支撑台架设有试验叶片下端插槽，用于固定和支撑平面叶栅静压试验叶片或平面叶栅气膜试验叶片；所述试验叶片下端插槽底部设有通孔，用于引出平面叶栅静压试验叶片的压力导管或平面叶栅气膜试验叶片的供气管。
5.如权利要求4所述的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，所述支撑台架上设有支撑板，所述支撑板上开设有通孔，所述支撑板上的通孔与试验叶片下端插槽底部通孔连通，用于引出平面叶栅静压试验叶片的压力导管或平面叶栅气膜试验叶片的供气管。
6.如权利要求5所述的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，还包括试验叶片上衬套和试验叶片下衬套；所述试验叶片上衬套内壁面和试验叶片下衬套内壁面与平面叶栅静压试验叶片通过包括但不限于粘贴的方式紧密连接；所述试验叶片上衬套内壁面和试验叶片下衬套内壁面与平面叶栅气膜试验叶片通过包括但不限于粘贴的方式紧密连接；所述试验叶片下衬套与试验叶片下端插槽接触连接，所述试验叶片下衬套与所述支撑板接触连接，所述试验叶片上衬套与试验叶片上端插槽内壁面接触连接。
7.如权利要求1所述的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，所述排气段沿气流方向横截面积逐渐增大。
8.如权利要求1所述的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，所述支撑台架与盖板均为透明材质。
9.如权利要求1所述的一种两用涡轮平面叶栅试验装置，其特征在于，所述支撑台架通过包括但不限于粘接的方式与入口法兰和出口法兰紧密连接。
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| CN202020428213.5U CN211784237U (zh) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | 一种两用涡轮平面叶栅试验装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112414739A (zh) * | 2020-11-21 | 2021-02-26 | 西安交通大学 | 可进行瞬态和稳态测量试验的燃气涡轮实验台与试验方法 |
| CN114922696A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-19 | 西安交通大学 | 一种用于测量燃机叶片端壁冷却和换热特性的系统 |
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2020
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| CN112414739B (zh) * | 2020-11-21 | 2021-10-22 | 西安交通大学 | 可进行瞬态和稳态测量试验的燃气涡轮实验台与试验方法 |
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