[发明专利]一种用于透平叶片前缘冲击冷却的两相实验系统

说明书

本发明公开了一种用于透平叶片前缘冲击冷却的两相实验系统，包括冷却空气供应段、水‑雾循环通路、气‑雾混合供应段、实验段和数据采集分析系统；冷却空气供应段包括高压气泵、稳流气罐、PCHE换热系统和气体电磁阀；水‑雾循环通路包括气‑液分离装置、储液箱、水泵、液体电磁阀和雾化装置；气‑雾混合供应段包括气‑雾混合装置；实验段包括气‑雾进口通道和冲击冷却腔室，其顶部设有若干射流孔，两个侧面设有若干抽气孔；数据采集分析系统包括数据采集分析计算机以及与之连接的CCD相机和红外热成像仪；PCHE换热系统的气体和气‑液混合出口分别连通至气‑雾混合装置的气体入口和气‑液分离装置入口，气‑液分离装置的液体出口连通至储液箱的入口。

技术领域

本发明属于燃气轮机冷却技术领域，特别涉及一种用于透平叶片前缘冲击冷却的两相实验系统。

背景技术

燃气轮机是进行能量转换的关键工业装备，被广泛应用于电力、航空、舰船等军民制造业中，我国“两机”重大科技专项即是瞄准这一重要战略需求，解决核心技术难题，突破制造发展瓶颈，实现自主研发与生产的目标。然而，随着燃气轮机的发展，对能量转换效率和功率的要求不断提高，使得透平进气温度不断增加，为了保证透平叶片长时间安全稳定地运转，往往从压气机中抽出部分空气进行冷却，不可避免地降低了热效率，因此掌握并采用高效的冷却技术对于透平叶片乃至整个燃机装置的安全运行都是极为关键的。

在透平的运行过程中，叶片前缘部位受到高温来流的不断冲刷，承受着极高的热负荷，且在上游尾迹和气流脉动的共同作用下，前缘区域的温度分布非常复杂。在叶片材料承温能力有限的情况下，冲击冷却成为前缘温降保护的首选方式。工质作为热量的载体和运输媒介，在传热过程中扮演着重要角色，气-雾两相流不仅具有与气体相近的低粘特性，而且其热容量在气体的基础上得到了很大的提升，具有明显的流动与传热优势，因此采用气-雾两相流体对叶片前缘进行冲击冷却可以取得不错的效果。在叶片冷却技术的开发过程中，实验作为重要的研究手段，是不可或缺的一环，然而目前的前缘冷却实验台较为单一，在进行两相冷却研究时，并不能保证工质供应的稳定性，且实验中工质的相关参数，如流量、温度的响应速度仍有待提升。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于透平叶片前缘冲击冷却的两相实验系统，进行冲击冷却特性研究，在实验中可以保证两相工质的持续、稳定供应以及温度、流量等参数的快速响应；并提出了冲击冷却腔室内的新型高效组合冷却结构，以进一步提升叶片前缘的冷却效果。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于透平叶片前缘冲击冷却的两相实验系统，包括冷却空气供应段、水-雾循环通路、气-雾混合供应段、实验段以及数据采集分析系统；冷却空气供应段包括依次连通的高压气泵、稳流气罐、PCHE换热系统和气体电磁阀；

水-雾循环通路包括依次连通的气-液分离装置、储液箱、水泵、液体电磁阀和雾化装置；

气-雾混合供应段包括气-雾混合装置，且气-雾混合装置设有高速搅拌器；

实验段包括冲击冷却腔室，设置在该冲击冷却腔室顶部的若干射流孔，以及设置在该冲击冷却腔室两个侧面上的若干抽气孔，每个射流孔的中心为气-雾进口通道；

数据采集分析系统包括数据采集分析计算机以及与数据采集分析计算机连接且用于观察实验段的CCD相机和红外热成像仪；

其中，PCHE换热系统设置有气体出入口和气-液混合出入口，气-液分离装置设置有气体和液体两个出口，气体出口连接大气；稳流气罐的出口连通至PCHE换热系统的气体入口，PCHE换热系统的气体出口通过气体电磁阀连通至气-雾混合装置的气体入口，PCHE换热系统的气-液混合出口连通至气-液分离装置的入口，气-液分离装置的液体出口连通至储液箱的入口，雾化装置的出口连通至气-雾混合装置的液体入口，气-雾混合装置的出口连通至各个射流孔，冲击冷却腔室的出口连通至PCHE换热系统的气-液混合入口。