CN220039801U - 一种透平叶轮动应力和载荷综合测试试验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种透平叶轮动应力和载荷综合测试试验平台，涉及透平试验技术领域；包括机架，所述机架上转动支撑有叶轮，所述叶轮具有动叶片；所述机架上装配有用于驱动叶轮旋转的气流驱动机构，所述气流驱动机构作用于动叶片；所述动叶片上设置有应变片和压力传感器，所述应变片和压力传感器上均连接有用于传输数据的数据线；所述叶轮机械传动连接有测功机。本实用新型可以实现各种进气参数和转速下，叶轮表面动应力和载荷的精确测量。

Description

一种透平叶轮动应力和载荷综合测试试验平台

技术领域

本实用新型涉及透平试验技术领域，尤其是一种透平叶轮动应力和载荷综合测试试验平台。

背景技术

透平是现代化国家的重要能源动力装备，运行安全性是透平设计时考虑的首要因素。大部分透平需要长时间在恶劣的环境下运行，叶轮承受较大的非定常动应力，对透平运行的安全性造成严重影响，动叶片出现裂纹甚至断裂是透平常见的事故之一。

国内外主要电力装备生产企业普遍采用试验手段测试叶轮的频率特性，但针对叶轮动应力的测试却比较少，而实际机组一般不具备，也不允许增加叶轮动应力测点，因此叶轮动应力实测数据比较匮乏。有限元计算分析技术在近年得到了飞速的发展，成为透平技术研究的主要手段，但是叶轮表面动应力和载荷分布具有非定常性，且受到气流、转速、叶型、流型等多重因素的影响，计算分析难度大、准确性低。实测数据的匮乏和有限元分析的不确定性限制了叶轮动应力和载荷研究的发展，为透平的安全运行埋下了隐患，成为透平技术发展的瓶颈之一。

所以，“如何精确测量叶轮表面动应力和载荷”是需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种透平叶轮动应力和载荷综合测试试验平台，可以实现各种进气参数和转速下，叶轮表面动应力和载荷的精确测量。

本实用新型采用的技术方案如下：一种透平叶轮动应力和载荷综合测试试验平台，包括机架，所述机架上转动支撑有叶轮，所述叶轮具有动叶片；所述机架上装配有用于驱动叶轮旋转的气流驱动机构，所述气流驱动机构作用于动叶片；所述动叶片上设置有应变片和压力传感器，所述应变片和压力传感器上均连接有用于传输数据的数据线；所述叶轮机械传动连接有测功机。

进一步地，所述气流驱动机构包括进气管和排气管，所述进气管与排气管之间设置有静叶环，沿着气流流动的方向，所述动叶片装配在静叶环之后。

进一步地，所述进气管与排气管之间设置有导流段，所述导流段的两端分别与进气管、排气管弧形向外平滑过渡；所述静叶环和动叶片均装配于导流段内。

进一步地，所述导流段与进气管之间依次布置有稳压段和扩张段，所述扩张段装配于稳压段与进气管之间，所述扩张段的两端分别为大径端和小径端，大径端的直径大于小径端的直径，所述大径端与稳压段密封连接，所述小径端与进气管密封连接。

进一步地，所述进气管上设置有控制气流压力和流量的阀门。

进一步地，还包括滑环，所述滑环具有旋转部件和静止部件，所述旋转部件固定在叶轮上跟随叶轮转动，并且所述数据线与旋转部件连接，所述旋转部件的旋转轴线与静止部件的轴线共线。

进一步地，所述静止部件上连接有数据引线。

进一步地，所述数据线固定于叶轮的表面。

进一步地，所述叶轮通过联轴器与测功机连接。

进一步地，所述叶轮与机架的连接位置设置有轴承。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过在动叶片上设置应变片和压力传感器，能够实时检测叶轮表面受到气流作用时承受的动应力和载荷，弥补叶轮实测数据匮乏的现有缺陷；

2、本实用新型通过改变气流驱动机构中气流压力和流量，通过应变片和压力传感器，能够获得叶轮在受到不同的气流压力、流量的条件所承受的动应力和载荷；

3、本实用新型将叶轮与测功机机械传动连接，能够测得叶轮的输出功率；并且测功机控制叶轮的转速，通过应变片和压力传感器，能够获得叶轮在不同转速下所承受的动应力和载荷；

4、本实用新型通过测功机消耗叶轮输出的功，避免叶轮在测量时转速无限增大，保证测试安全。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型公开的滑环安装示意图；

图3为本实用新型公开的数据线安装示意图；

图4为本实用新型数据引线布置示意图；

图中标记：1-叶轮；101-动叶片；2-进气管；201-阀门；3-扩张段；4-稳压段；5-导流段；6-静叶环；7-排气管；8-测功机；9-滑环；91-旋转部件；92-静止部件；10-联轴器；11-机架；12-应变片和压力传感器；13-数据线；14-数据引线。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1－图4所示，一种透平叶轮动应力和载荷综合测试试验平台，包括机架11，所述机架11上转动支撑有叶轮1，所述叶轮1具有动叶片101，动叶片101在来自气流驱动机构中气流驱动下能够旋转，从而使得叶轮1绕着自身轴线旋转；所述机架11上装配有用于驱动叶轮1旋转的气流驱动机构，所述气流驱动机构作用于动叶片101，改变气流驱动机构中气流压力和流量，通过应变片和压力传感器12，能够获得叶轮1在受到不同的气流压力、流量的条件所承受的动应力和载荷；所述动叶片101上设置有应变片和压力传感器12，所述应变片和压力传感器12上均连接数据线13，数据线13有用于传输数据，能够实时检测叶轮1表面受到气流作用时承受的动应力和载荷，弥补叶轮1实测数据匮乏的现有缺陷；所述叶轮1机械传动连接有测功机8，测功机8消耗叶轮1输出的功，避免叶轮1在测量时转速无限增大，保证测试安全；测功机8能够测得叶轮1的输出功率；并且测功机8控制叶轮1的转速，通过应变片和压力传感器12，能够获得叶轮1在不同转速下所承受的动应力和载荷。

具体的，在本实施例中，气流驱动机构内具有流动的气流，当气流作用在动叶片101上时，气流会推动动叶片101运动，从而叶轮1跟随动叶片101做出绕自身轴线旋转的运动，叶轮1通过机械传动将自身旋转的运动和能量传递给测功机8。在使用时，数据线13连接信号接收器；动叶片101受到气流作用时，安装在动叶片101上的应变片和压力传感器12产生信号，从而通过数据线13将信号传递至信号接收器，信号接收器获取应变片和压力传感器12的数据，从而获得叶轮1实时监测数据。

实施例2

如图1－图2所示，在实施例1的基础上，进一步地提出关于“气流驱动机构”可实施的具体实施方式。

一种可选的具体实施方式，所述气流驱动机构包括进气管2和排气管7，所述进气管2与排气管7之间设置有静叶环6，沿着气流流动的方向，所述动叶片101装配在静叶环6之后；气流从进气管2进入气流驱动机构，经过静叶环6导向，使得气流流动方向与动叶片101的表面呈一定夹角，从而气流能够推动动叶片101运动，叶轮1跟随动叶片101做出绕自身轴线旋转的运动；经过动叶片101的气流进入排气管7，气流从排气管7排出。

需要说明的是，为了提高叶轮1旋转的稳定性和受到来自气流的推动力分布均匀，所述动叶片101为若干，且以叶轮轴线为中心周向阵列。

进一步地，在本实施方式中，一种关于进气管2与排气管7之间的具体实施方式，所述进气管2与排气管7之间设置有导流段5，所述静叶环6和动叶片101均装配于导流段5内，所述导流段5的两端分别与进气管2、排气管7弧形向外平滑过渡；来自进气管2的气流平滑过渡进入导流段5，气流在导流段5作用于动叶片101，随后从导流段5平滑过渡进入排气管7；导流段5与进气管2平滑过渡，降低气流流动的波动性，保证气流流动平稳，提高试验测量数据的准确性；导流段5与排气管7平滑过渡，能够提高排气的均匀性和稳定性，避免排气对静叶环6、动叶片101之间的气流域产生影响，进一步地提高试验数据的准确性。

需要说明的是，导流段5通过弧形向外平滑过渡，结构类似于喇叭状，逐渐将气流导流至导流段5内。

进一步地，在本实施方式中，一种关于进气管2与导流段5之间的具体实施方式，所述导流段5与进气管2之间依次布置有稳压段4和扩张段3，所述扩张段3装配于稳压段4与进气管2之间，扩张段3为梯形筒体，具有大径端和小径端，大径端的直径大于小径端的直径，所述大径端与稳压段4密封连接，所述小径端与进气管2密封连接，密封连接保证密封性能，可通过法兰进行连接。

压缩空气从进气管2进入扩张段3，经扩张后进入稳压段4，减速气流并使得气流混合均匀；稳压段4为圆形筒体，各位置的流通截面一致，所以无流速波动，从而无压力波动，实现稳压，进一步地保证气流流动的稳定，从而提高试验测量数据的准确性。

一种可行的实施方式，如实施例1中描述，改变气流驱动机构中气流压力和流量，能够获得叶轮1在受到不同的气流压力、流量的条件所承受的动应力和载荷；为此，在进气管2上设置有阀门201，阀门201的开度控制气流的压力和流量。

实施例3

如图1－图3所示，在实施例1－2中任意一种实施方式的基础上，进一步地提出关于“数据引线14布置”可实施的具体实施方式。

一种可行的实施方式，为了避免数据线13影响叶轮1的旋转，防止数据线13缠绕在叶轮1上，还包括滑环9，所述滑环9具有旋转部件91和静止部件92，旋转部件91与静止部件92的轴线共线，所述旋转部件91与叶轮1同轴线固定，叶轮1能够带着旋转部件91绕自身轴线转动，从而与静止部件92之间实现无位移的相对旋转运动；数据线13与旋转部件91连接，数据线13获取的数据信号传递至旋转部件91，旋转部件91将数据信号传递至静止部件92，从而通过静止部件92将数据信号传递至信号接收器。

需要说明的是，旋转部件91可以不接触静止部件92，也可以与静止部件92接触，根据实际情况确定；当旋转部件91不接触静止部件92时，可以通过无线传输进行信号传输，即旋转部件91通过无线传输的方式将数据信号传输至静止部件91；当旋转部件91接触静止部件时，旋转部件91能够直接将数据信号传输至静止部件92。

在本实施方式中，数据线13跟随动叶片101运动，与叶轮1之间相对静止，所以，在叶轮1转动时，数据线13不会对叶轮1产生缠绕，从而不会影响叶轮1的转动，进一步地保证测试数据的准确性。

进一步地，一种可行的实施方式，所述静止部件92上连接有数据引线14，数据引线14连接于信号接收器，获取静止部件92接收到的信号。

进一步地，一种可行的实施方式，所述数据线13固定于叶轮1的表面，避免数据线13在气流作用下运动，可以避免数据线13受到气流的冲击产生的不良影响，从而提高数据传输的稳定性。

实施例4

如图1-图4所示，在实施例1-3中任意一种实施方式的基础上，进一步地提出关于“叶轮1安装”可实施的具体实施方式。

一种可行的具体实施方式，所述叶轮1通过联轴器10与测功机8连接，实现叶轮1将运动传递至测功机8，测功机8相当于透平的发电机。

一种可行的具体实施方式，所述叶轮1与机架11的连接位置设置有轴承，保证叶轮1转动稳定，避免出现卡死现象；还能够减少叶轮1与机架11之间的摩擦，提高测功机8测试的数据准确性。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种透平叶轮动应力和载荷综合测试试验平台，其特征在于：包括机架(11)，所述机架(11)上转动支撑有叶轮(1)，所述叶轮(1)具有动叶片(101)；所述机架(11)上装配有用于驱动叶轮(1)旋转的气流驱动机构，所述气流驱动机构作用于动叶片(101)；所述动叶片(101)上设置有应变片和压力传感器(12)，所述应变片和压力传感器(12)上均连接有用于传输数据的数据线(13)；所述叶轮(1)机械传动连接有测功机(8)。

2.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于：所述气流驱动机构包括进气管(2)和排气管(7)，所述进气管(2)与排气管(7)之间设置有静叶环(6)，沿着气流流动的方向，所述动叶片(101)装配在静叶环(6)之后。

3.根据权利要求2所述的试验平台，其特征在于：所述进气管(2)与排气管(7)之间设置有导流段(5)，所述导流段(5)的两端分别与进气管(2)、排气管(7)弧形向外平滑过渡；所述静叶环(6)和动叶片(101)均装配于导流段(5)内。

4.根据权利要求3所述的试验平台，其特征在于：所述导流段(5)与进气管(2)之间依次布置有稳压段(4)和扩张段(3)，所述扩张段(3)装配于稳压段(4)与进气管(2)之间，所述扩张段(3)的两端分别为大径端和小径端，大径端的直径大于小径端的直径，所述大径端与稳压段(4)密封连接，所述小径端与进气管(2)密封连接。

5.根据权利要求2所述的试验平台，其特征在于：所述进气管(2)上设置有控制气流压力和流量的阀门(201)。

6.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于：还包括滑环(9)，所述滑环(9)具有旋转部件(91)和静止部件(92)，所述旋转部件(91)固定在叶轮(1)上跟随叶轮(1)转动，并且所述数据线(13)与旋转部件(91)连接，所述旋转部件(91)的旋转轴线与静止部件(92)的轴线共线。

7.根据权利要求6所述的试验平台，其特征在于：所述静止部件(92)上连接有数据引线(14)。

8.根据权利要求6所述的试验平台，其特征在于：所述数据线(13)固定于叶轮(1)的表面。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的试验平台，其特征在于：所述叶轮(1)通过联轴器(10)与测功机(8)连接。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的试验平台，其特征在于：所述叶轮(1)与机架(11)的连接位置设置有轴承。