[发明专利]重型燃机透平叶片全温全压冷效试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种重型燃气轮机透平叶片的全温全压冷却效果试验装置及其参数设计方法，属于燃气轮机技术领域。

背景技术

先进的重型燃气轮机有300MW的F级燃气轮机、400MW的H级燃气轮机和470MW的J级燃气轮机等，F级燃气轮机透平进气温度达到1400℃、H级燃气轮机透平进气温度达到1500℃、J级燃气轮机透平进气温度达到1600℃，F级燃气轮机联合循环的功率达到455MW、H级燃气轮机联合循环的功率达到600MW、J级燃气轮机联合循环的功率达到4680MW，F级燃气轮机联合循环的效率达到59.5％、H级燃气轮机联合循环的效率达到60.0％、J级燃气轮机联合循环的效率达到61.7％。透平叶片是重型燃气轮机的关键热端部件，重型燃气轮机透平叶片的研制，需要进行透平叶片冷却效果验证试验，透平叶片冷却效果试验是燃气轮机高温透平叶片研制的必要环节。

现有技术和公开文献报道，没有重型燃气轮机透平叶片的全温全压冷却效果试验装置，更没有其参数设计方法。建立重型燃机透平叶片全温全压冷却效果试验装置，确定透平叶片主流系统与叶片冷却空气系统的设计参数，可以实现试验参数同燃气轮机透平叶片设计工况参数一致，透平叶片金属壁温测试结果可以表征透平叶片基体的工作温度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种重型燃气轮机透平叶片的全温全压冷却效果试验装置，可以用来进行透平静叶片的冷却效果试验，也可以进行透平动叶片的静态冷却效果试验，以实现透平叶片设计工况参数的冷却效果试验。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种重型燃机透平叶片全温全压冷效试验装置，其特征在于，包括：

通过空气压缩机提供主流空气，并燃烧形成燃气，进入透平叶片试验段的透平叶片试验主流系统；

通过鼓风机提供冷却空气，从而对透平叶片试验段进行冷却的叶片冷却空气系统；

用于对透平叶片试验段的进、排气管道壳程进行冷却的冷却水系统。

优选地，所述透平叶片试验主流系统由依次连接的离心空气压缩机、主流进气放空阀、进气调节阀、主流流量喷嘴、电加热器、金属膨胀节、燃烧器、透平叶片试验段、排气减温器、排气蝶阀、消音塔组成；

所述冷却空气系统包括依次连接的罗茨鼓风机、冷却空气放空阀、冷却空气调节阀、冷却空气流量计、冷却空气电加热器，冷却空气电加热器连接透平叶片试验段；

所述冷却水系统包括冷却塔，所述燃烧器出口处及排气减温器入口处的双层管道壳程分别通过进水管道与冷却塔连接，透平叶片试验段进、出口处的双层管道壳程分别通过出水管道与冷却塔连接，冷却塔还连接补水管道。

优选地，通过调整所述主流进气放空阀与进气调节阀的开度来控制主流空气的流量；通过电加热器预热主流空气；通过金属膨胀节吸收燃烧器进气管道的膨胀量；通过调整排气蝶阀的开度调整透平叶片试验段的进气压力。

优选地，所述主流流量喷嘴前面的直管段管道直径大于主流流量喷嘴后面的直管段管道直径；所述冷却空气流量计前面的直管段管道直径大于冷却空气流量计后面的直管段管道直径。

更优选地，所述主流流量喷嘴前面设有20倍管道直径的直管段，主流流量喷嘴后面设有10倍管道直径的直管段。

更优选地，所述冷却空气流量计前面设有20倍管道直径的直管段，冷却空气流量计后面设有10倍管道直径的直管段。

优选地，所述透平叶片试验段上设有3～7只全尺寸透平叶片，构成2～6个透平叶片流道；

透平叶片试验段与所述冷却空气系统连接，冷却空气从静叶片的顶部或动叶片的根部进入透平叶片内部冷却通道；

透平叶片试验段前后的进气管道与排气管道均为双层管道，均与所述冷却水系统连接，双层管道之间采用冷却水冷却；

透平叶片试验段的壳体为双层壳体，双层壳体之间设有隔热材料。

优选地，所述排气减温器与冷却水系统连接，冷却水喷入排气减温器来降低排气温度；排气经过排气碟阀进入消音塔以降低噪音，再排入大气。

优选地，两侧有燃气流道的所述全尺寸透平叶片上安装金属壁温测点；透平叶片试验主流系统的电加热器与叶片冷却空气系统的冷却空气电加热器前后的管道上均安装压力测点与温度测点，透平叶片试验主流系统的燃烧器后的管道上安装压力测点与温度测点。

优选地，所述冷却塔的进、出水及补水管道上均设有水泵及阀门。

优选地，所述透平叶片试验主流系统全部进气管道及排气管道、叶片冷却空气系统管道与冷却水系统的出水管道，外侧均加装石棉保温套。