[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

说明书

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，包括主流系统和冷却气体系统；主流系统包括变频风机以及与风机出口连接的带拐角的管路，管路拐角处为试验段，在试验段设置待测量叶片；试验段的上端壁盖板正对待测量叶片的叶顶布置有红外玻璃，红外玻璃上方放置红外热像仪，用于透过红外玻璃测量叶顶表面的温度分布，在试验段入口端，布置有总压探针、毕托管和主流热电偶，用于监测主流工况；在待测量叶片的供气腔中布置有供气腔热电偶；冷却气体系统包括冷却气体气源，冷却气体气源与待测量叶片的进气接口连接，且在连接管路上设置有换热器，利用本发明可得到匹配燃气轮机真实工况下的叶顶无量纲温度分布，辅助叶顶冷却结构设计。

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，涉及叶片冷却技术，特别涉及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。

背景技术

燃气轮机广泛应用于现代工业社会。为了设计更为先进的燃气轮机，往往通过实验测量获得数据来辅助设计过程。燃气轮机的进口温度极高，内部的热端部件需要冷却气体保护，进而维持燃气轮机的安全稳定运行，而这些冷却气体的流动规律需要通过实验来进行研究。热端部件中燃气轮机透平动叶叶顶的热负荷极高，烧蚀现象时有发生，是导致燃气轮机部件失效的重要原因之一。因此，在动叶叶顶通入冷却气体来保护其正常运行。通过实验研究冷却气体在叶顶的冷却效率是燃气轮机设计中的重要工作。

目前关于叶顶冷却效率的实验研究存在以下局限：1、实验测量叶顶的绝热冷却效率，只能获得叶顶表面的温度分布，不能获得叶顶内部的温度分布；2、测量叶顶综合冷却效率可以获得叶顶内部的温度分布，但目前缺乏这样的实验系统。

由于动叶叶顶冷却效率测量存在上述问题，因此，需要设计更为合理的实验系统来测量叶顶综合冷却效率。

发明内容

为了克服上述现有实验测量技术的缺点，本发明的目的在于提供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，通过测量叶顶综合冷却效率来同时获得叶顶表面和叶顶内部的温度分布，进一步得到匹配燃气轮机真实工况下的无量纲温度分布，辅助燃气轮机叶顶冷却结构设计。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

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，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以及与风机出口连接的带拐角的管路，管路拐角处为试验段，在试验段设置待测量叶片，所述变频风机的出风正对待测量叶片的前缘，使得攻角为0；所述试验段的上端壁盖板正对待测量叶片的叶顶布置有红外玻璃，红外玻璃上方放置红外热像仪，用于透过红外玻璃测量叶顶表面的温度分布，在所述试验段入口端，布置有总压探针、毕托管和主流热电偶，用于监测主流工况；在所述待测量叶片的供气腔中布置有供气腔热电偶；

所述冷却气体系统包括冷却气体气源，冷却气体气源与待测量叶片的进气接口连接，且在连接管路上设置有换热器。

在一个实施例中，所述试验段设置有多个试验叶片，各试验叶片呈单排布置，正中间的试验叶片为待测量叶片，各试验叶片的叶顶均与试验段的上端壁盖板之间具有间隙。

在一个实施例中，所述管路中位于试验段的前方设置有整流段，所述整流段的入口端设置整流蜂窝，出口端设置湍流栅格。

在一个实施例中，所述管路中位于整流段的前方设置有延伸段，延伸段与风机出口连接，延伸段的作用是使得进入整流段的气流充分发展，减小气流边界层的影响。

在一个实施例中，所述冷却气体系统中，冷却气体气源的出口管路上依次设置有阀门、减压阀、过滤器、质量流量计和换热器。

在一个实施例中，所述待测量叶片的叶顶表面均匀喷涂一层亚光黑色底漆，以增大红外光的发射率。

在一个实施例中，所述冷却气体气源采用多瓶高压气体并联供应，以长时间稳定供应冷却气体。