[发明专利]一种模拟燃气轮机叶片冷却结构的旋转实验段

说明书

本发明公开了一种模拟燃气轮机叶片冷却结构的旋转实验段，包括实验段外部挡板、实验段进出口、实验段内部结构，以及实验段加热和温度测量系统，实现了对实际工作状态下燃机叶片冷却传热的实验研究。本发明结构简单、旋转连接可靠，可以在更大的转速和压力范围内获取更为准确的燃机叶片实际工作状态下的旋转效应和高压条件对流动和传热性能影响的研究结果；可以通过只改变通流段盖板的支撑结构来研究带有不同孔隙、球窝球凸等的复杂通流结构的冷却传热效果；同时，基于温度的实时测量对启动、运行以及停机等不同运行工况下的燃机叶片冷却传热进行瞬态分析，实验结果更准确可靠，解决了现有实验装置对真实工作条件下燃机叶片冷却传热研究的不足。

技术领域

本发明属于汽轮机叶片冷却技术领域，特别涉及一种模拟燃气轮机叶片冷却结构的旋转实验段。

背景技术

燃汽轮机装置由于其紧凑、高效、灵活等优点被广泛应用于化工、能源领域，而燃机叶片作为燃气轮机的核心部件，其工作环境十分恶劣。目前先进燃机的进口温度远远超过了叶片材料的许用温度，为保证叶片的正常工作，需要在叶片内部布置各种冷却通道以降低燃机叶片温度。

通过模化实验测试来获取不同冷却通道内的传热性能是研发燃机叶片的重要环节。常规的传热实验段大多在静止状态下对冷却通道的传热性能进行研究，而燃机叶片实际工作状态下的旋转效应和高压条件对流动和传热性能具有显著影响。因此，为了精确模拟燃机叶片的真实工作环境，需要在旋转增压的条件下对燃机叶片内部冷却通道开展实验研究。

现有的旋转模化实验装置多采用旋转臂和加压舱的结构以及旋转盘的结构，其中：使用旋转臂和加压舱的实验装置难以实现可视化测量，无法提供详细精确的表面传热系数分布数据，同时为了满足旋转要求其实验段内流道形状难以接近燃机叶片内真实冷却通道形状；使用旋转盘的实验装置，通常将测量设备搭载于旋转盘上，无法对实验段加压，一般转速较低难以达到模化实验模拟叶片真实工作环境的要求。这就对旋转冷却实验台的实验段设计提出了更高的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种模拟燃气轮机叶片冷却结构的旋转实验段，实现了对实际工作状态下燃机叶片冷却传热的实验研究，结构简单、旋转连接可靠，可以在更大的转速和压力范围内获取更为准确的燃机叶片实际工作状态下的旋转效应和高压条件对流动和传热性能影响的研究结果，可以通过只改变通流段盖板的支撑结构来研究带有不同孔隙、球窝球凸的复杂通流结构的冷却传热效果，基于温度的实时测量对启动、运行以及停机等不同运行工况下的燃机叶片冷却传热进行瞬态分析，实验结果更准确可靠，解决了现有实验装置对真实工作条件下燃机叶片冷却传热研究的不足。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种模拟燃气轮机叶片冷却结构的旋转实验段，包括实验段外部挡板、实验段进出口、实验段内部结构，以及实验段加热和温度测量系统；其中，

实验段外部挡板包括实验段顶部挡板、实验段侧面挡板和实验段底部挡板，通流段整体结构被包裹在实验段外部挡板内；

实验段进出口包括实验段进口、实验段进口法兰和实验段出口，实验段进出口与实验段顶部挡板、实验段侧面挡板和实验段底部挡板的同一端相连；实验段进口的长度大于实验段出口的长度，以在实验段出口留有空间将实验气体排出实验段外；

实验段内部结构包括通流段盖板和通流段主板，由通流段盖板和通流段主板包围形成的内部空腔即为实验流道；通流段盖板为T型结构，且T型结构的支撑在尾部短于盖板整体长度，在通流段盖板与通流段主板之间留有空间，形成流道的转弯段，由通流段盖板和通流段主板包围将整个内部空腔划分为第一通流段、流道转弯段和第二通流段，由这三个通流段构成U型流道，实验过程中，气体或蒸汽由流道进口流入，经过第一通流段、流道转弯段和第二通流段，从实验段出口流出；