[发明专利]面向重型燃机燃烧室衬套冲击冷却的高热流量换热试验装置

说明书

面向重型燃机燃烧室衬套冲击冷却的高热流量换热试验装置，包括入口稳流段，入口稳流段下方设置射流孔板，入口稳流段和中间腔体上部连接，通过射流孔板使入口稳流段和中间腔体内腔相通，中间腔体底部连接固定底板，中间腔体内部设置靶面，靶面下方设置有保温板，中间腔体侧面连接出口稳流段；靶面为不锈钢金属薄片，表面连接有米字型排布的热电偶，热电偶信号输出与数据采集中心的连接，靶面底部设置有黄铜导热柱，黄铜导热柱连接大功率短路加热器实现靶面加热，米字型排布的热电偶用来测量靶面温度；本发明能够提高燃烧室换热试验工况，合理地修正导热损失，满足试验密封性要求，获得更高精度的测量结果，解决靶面保温与电绝缘问题。

技术领域

本发明涉及燃烧室衬套冲击冷却技术领域，特别涉及面向重型燃机燃烧室衬套冲击冷却的高热流量换热试验装置。

背景技术

燃烧室作为燃机的“心脏”，对燃机的运行发挥着极其重要的作用。燃料在燃烧室内燃烧将自身的内能转化为流动工质的内能，产生的高温高压使燃烧室部件处于极其恶劣的工况。高温热载荷及温度梯度应力都是导致燃烧室部件失效的主要原因。现代先进燃气轮机为了有效地提高燃机循环效率，燃气进口温度不断提高，同时要满足低排放的要求，导致可用于掺混的冷却空气大幅减少，燃烧室部件的工况愈加恶劣，研究重型燃机燃烧室冷却技术刻不容缓。在传统冷却方式中，冲击冷却作为一种有效的冷却手段被广泛地应用。冲击冷却通过高速射流冲击靶面，在射流冲击的过程中产生的湍流流动增强对流换热，以提高换热效率。

试验探究重型燃机燃烧室衬套冲击冷却，首先要考虑燃烧室高温高压的实际工况。试验装置不能达到这一高温高压的实际工况，通常采用相似原理对燃烧室实际工况进行模化，从而满足试验装置进行试验探究。

有关阵列冲击的现有试验装置存在以下不足：

1)有关阵列冲击的现有试验装置能够提供的试验工况有限，导致模化工况与实际工况相距太大，不能准确模拟燃烧室实际工况下的换热效果，难以满足人们对燃烧室冲击冷却技术研究的高模化条件的一致性要求。

2)为了提高燃烧室试验工况与燃烧室实际工况的模化条件，要保证高温燃气与冷却气流的温比一致，或高温试验靶面的高热流量与燃烧室火焰筒的热流量一致，高热流量也成为试验探究重型燃机燃烧室衬套冲击冷却的一大特点。有关阵列冲击的现有试验装置提供的靶面热流量较小，没有考虑高热流量对试验结果的影响。

3)有关阵列冲击的现有试验都是自由射流或在半封闭装置下进行，对密封性要求不高，而燃烧室衬套冷却需要考虑冷气的压损，对试验装置的密封性提出了严苛的要求。

4)有关阵列冲击的现有试验装置大多采用红外热像仪测量冲击靶面温度，加热靶面一面暴露在大气环境中，高热流量下辐射散热较大，从而导致难以准确确定热损，使测量精度不高。

5)有关阵列冲击的现有试验装置中，冲击靶面的保温部件体积较大且不满足电绝缘要求，而燃烧室衬套冷却试验靶面的高热流量需要大功率短路加热器，这涉及靶面与周边部件的电绝缘问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供了面向重型燃机燃烧室衬套冲击冷却的高热流量换热试验装置，能够提高燃烧室换热试验工况，合理地修正导热损失，满足试验密封性要求，获得更高精度的测量结果，解决了试验装置靶面保温与电绝缘问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

面向重型燃机燃烧室衬套冲击冷却的高热流量换热试验装置，包括入口稳流段1，入口稳流段1下方设置射流孔板3，入口稳流段1和中间腔体8上部连接，通过射流孔板3使入口稳流段1和中间腔体8内腔相通，中间腔体8底部连接固定底板10，中间腔体8内部设置靶面4，靶面4下方设置有保温板5，中间腔体8侧面连接出口稳流段14。

所述的入口稳流段1内部设置有蜂窝整流装置2，蜂窝整流装置2由纵横交叉的金属薄片构成，促使冷却空气形成均匀流动。