[发明专利]一种涡轮测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮发动机领域，特别涉及一种涡轮发动机的涡轮测试装置。

背景技术

涡轮发动机（包括涡轮航空发动机和涡轮燃气轮机）的工作原理是通过压气机把空气压缩到高压状态进入燃烧室，与喷入的燃料在燃烧室混合燃烧形成高温高压燃气，然后推动涡轮旋转做功，从而把燃料化学能转化成为机械能。在做功过程中，燃气轮机涡轮叶片起着重要的作用，其将燃气可用热能转变成涡轮机械功。作为燃气轮机的关键部件之一，涡轮叶片工作环境相当恶劣，在高温、高压条件下做高速旋转运动。叶片高速旋转产生很大的离心力载荷，此外涡轮叶片还受温度梯度、气动载荷等的影响，尤其是非稳定气流产生的压差以及旋转形成的周期性激励振动载荷对叶片的寿命设计和可靠性计算形成了很大的挑战。

随着发动机性能指标的进一步提高，具备更高温度承受能力的叶片材料及其对应的叶片设计成为新型发动机设计的关键。当前，国外发动机公司是基于核心机试验确定涡轮叶片寿命设计，不仅仍然与真实的燃气轮机工作时涡轮叶片环境差异巨大，导致涡轮叶片寿命设计误差大、叶片可靠性低；而且，在核心机试验中需要加工全环叶片，数量多、工期长、造价昂贵，一旦发现叶片问题需要进行修改时影响巨大，造成设计周期延长，消耗大量研制费用。因此，亟需在设计阶段尽早对涡轮叶片进行真实环境（或接近真实环境）的试验测量，及早发现问题进行修改，更为准确地评估叶片寿命，提高叶片可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种真实载荷环境下的涡轮测试装置。

一种涡轮测试装置，其包括：一燃气发生器，该燃气发生器包括一压气机、一燃烧室和一工作涡轮；一燃油控制模块；进一步还包括一试验器；所述试验器包括：一级间燃烧室和一试验涡轮；所述级间燃烧室与所述燃油控制模块连接且设置于所述燃气发生器之后，从而使得所述燃烧室内的高温高压燃气流过所述工作涡轮之后可以进入所述级间燃烧室；所述试验涡轮设置于所述级间燃烧室之后，从而使得所述级间燃烧室的高温高压燃气可以流过该试验涡轮并推动该试验涡轮转动，且所述燃气发生器与所述试验涡轮解耦。

根据本发明的涡轮测试装置，所述燃气发生器为发动机核心机单元体或发动机。

根据本发明的涡轮测试装置，所述级间燃烧室还包括一温度传感器；所述温度传感器与所述燃油控制模块连接，用于对所述级间燃烧室进口处的燃气温度进行监测。

根据本发明的涡轮测试装置，所述级间燃烧室还包括一压力传感器，所述压力传感器与所述燃油控制模块连接，用于监控该级间燃烧室进口处的气流压强。

根据本发明的涡轮测试装置，所述试验器还包括一外部负载，所述外部负载通过一变速箱与所述试验涡轮连接，用以消耗该试验涡轮的功率。

根据本发明的涡轮测试装置，所述外部负载还与一转动控制模块连接，从而可以通过该转动控制模块来调节该试验涡轮的转速。

根据本发明的涡轮测试装置，所述试验器还包括一外部电机，所述外部电机也通过该变速箱与该试验涡轮连接；而且，所述外部电机也与该转动控制模块连接，从而可以通过该转动控制模块来调节该试验涡轮的转速。

根据本发明的涡轮测试装置，所述试验涡轮包括涡轮导叶和涡轮转子两部分。

根据本发明的涡轮测试装置，所述涡轮导叶可拆卸并可进行可调导叶试验。

根据本发明的涡轮测试装置，所述涡轮转子的叶片可拆卸和更换。

本发明首次建立全温全速涡轮测试装置，采用本发明的涡轮测试装置，可以在真实环境下（或接近真实环境下）开展涡轮叶片测试，确定涡轮叶片寿命和可靠性设计所需的真实载荷和边界条件，从根本上改变目前涡轮强度设计依赖经验数据和事后修正的现状。

本发明具有以下有益效果。其一、在产品设计早期即可以通过在该涡轮测试装置上测量，避免了直到核心机试验阶段才能获得更为准确的涡轮叶片强度设计边界，便于提前发现设计问题进行修改，减少了产品迭代次数，节约了研发成本。其二、在真实的燃气环境中和转动条件下测试叶片的动载荷、静载荷、温度分布、振动频率等，测试数据更准确，参考价值更高。其三、通过级间燃烧室补燃，可以使试验涡轮的叶片环境温度达到真实的工作温度。其四、通过调节外部负载和外部电机，可以使试验涡轮叶片的离心载荷达到真实工作时的状态，简单易行。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的涡轮测试装置的结构示意图。

主要元件符号说明