[发明专利]一种用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统

权利要求书

1.一种用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统，其特征在于，包括主流系统和冷却气体系统；

所述主流系统包括变频风机(1)以及与风机出口(2)连接的带拐角的管路，管路拐角处为试验段(8)，在试验段(8)设置待测量叶片(26)，所述变频风机(1)的出风正对待测量叶片(26)的前缘，使得攻角为0；所述试验段(8)的上端壁盖板(24)正对待测量叶片(26)的叶顶(23)布置有红外玻璃(28)，红外玻璃(28)上方放置红外热像仪(25)，用于透过红外玻璃(28)测量叶顶表面的温度分布，在所述试验段(8)入口端，布置有总压探针(10)、毕托管(11)和主流热电偶(12)，用于监测主流工况；在所述待测量叶片(26)的供气腔(21)中布置有供气腔热电偶(27)；

所述冷却气体系统包括冷却气体气源(13)，冷却气体气源(13)与待测量叶片(26)的进气接口(19)连接，且在连接管路上设置有换热器(18)。

2.根据权利要求1所述用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统，其特征在于，所述试验段(8)设置有多个试验叶片(9)，各试验叶片(9)呈单排布置，正中间的试验叶片(9)为待测量叶片(26)，各试验叶片(9)的叶顶均与试验段(8)的上端壁盖板(24)之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统，其特征在于，所述管路中位于试验段(8)的前方设置有整流段(5)，所述整流段(5)的入口端设置整流蜂窝(4)，出口端设置湍流栅格(6)。

4.根据权利要求3所述用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统，其特征在于，所述管路中位于整流段(5)的前方设置有延伸段(3)，延伸段(3)与风机出口(2)连接，以使得进入整流段(5)的气流充分发展，减小气流边界层的影响。

5.根据权利要求1所述用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统，其特征在于，所述冷却气体系统中，冷却气体气源(13)的出口管路上依次设置有阀门(14)、减压阀(15)、过滤器(16)、质量流量计(17)和换热器(18)。

6.根据权利要求1所述用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统，其特征在于，所述待测量叶片(26)的叶顶(23)表面均匀喷涂一层亚光黑色底漆，以增大红外光的发射率。

7.根据权利要求1所述用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统，其特征在于，所述冷却气体气源(13)采用多瓶高压气体并联供应，以长时间稳定供应冷却气体。

8.利用权利要求1所述用于测量燃气轮机透平叶顶综合冷却效率的实验系统的实验方法，其特征在于，包括：

开启变频风机(1)，向待测量叶片(26)送风；

开启冷却气体系统，向待测量叶片(26)的进气接口(19)送冷却气体；

当主流热电偶(12)、供气腔热电偶(27)和叶顶(23)表面温度在设定时间内均不再变化时，表明已经达到热平衡条件，开始测量；

同时记录下主流热电偶(12)、供气腔热电偶(27)、总压探针(10)、毕托管(11)的数值，记录时间为t分钟，同时在这t分钟连续拍摄至少10张由红外热像仪(25)获取的叶顶(23)表面温度分布，根据下面公式求得综合冷却效率η：

η＝(T_∞－T_w)/(T_∞－T_c)

其中，T_∞为主流热电偶(12)温度，T_w为叶顶(23)表面温度，T_c为供气腔热电偶(27)温度。

9.根据权利要求8所述实验方法，其特征在于，调节变频风机(1)的转速，使得毕托管(11)总静压差稳定在某个数值，从而确定主流工况；调节冷却气体系统上的减压阀(15)的开度，使得减压阀(15)出口压力稳定，调节冷却气体系统上的质量流量计(17)的输出流量，获得匹配主流工况条件下的冷却气体流量。

10.根据权利要求8所述实验方法，其特征在于，调节换热器(18)的功率，使得冷却气体的温度升高或者降低，此时监测供气腔热电偶(27)的变化趋势；如供气腔热电偶(27)所显示的温度数值不断升高，则减小换热器(18)的功率，反之，则增加其功率；使得供气腔热电偶(27)的温度保持恒定。