[发明专利]一种透平叶片气动-除湿-冷却试验的模化方法

说明书

本发明公开了一种透平叶片气动‑除湿‑冷却试验的模化方法，包括透平叶片气动试验模化方法、透平叶片除湿试验模化方法和透平叶片冷却试验模化方法三个部分。其中，透平叶片气动试验模化方法包括气动试验结构相似性模化、气动试验流动相似性模化和气动试验结果模化转换三个过程；透平叶片除湿试验模化方法包括除湿试验结构相似性模化、除湿试验流动相似性模化和除湿试验结果模化转换三个过程；透平叶片冷却试验模化方法包括冷却试验结构相似性模化、冷却试验流动传热相似性模化和冷却试验结果模化转换三个过程。采用本发明的模化方法可大大节约试验成本和试验周期，进而缩短透平叶片的产品研发周期。

技术领域

本发明属于透平技术领域，特别涉及一种透平叶片气动-除湿-冷却试验的模化方法。

背景技术

透平是一种高速旋转机械，被广泛应用于火力发电、核电、航空航天、舰船推进和工业驱动等领域，其设计过程复杂，加工工艺要求高，涉及多种学科，具有技术密集性的特征，是各国重点投入、竞相发展的高端产业。在透平工作过程中，工质流过叶栅通道，并推动动叶旋转，通过轮盘将旋转力矩传递至转轴，从而带动发电机发电或向外输出功率。

作为透平系统的核心部件之一，叶片在运行时不仅要承受工质的高温高压环境，还受到气流力及其非定常作用的影响，因此其运行环境十分恶劣，在多频率的气流激振作用下，容易发生叶片损伤，甚至叶片断裂事故；对于蒸汽透平来说，其末几级叶片处于湿蒸汽区，蒸汽的凝结和湿度的增大会产生较大的损失，导致级效率降低，同时该区域中存在着强烈的气液两相流动，高速液滴撞击至叶片表面会发生水蚀作用，破坏叶片型线，严重影响机组安全运行；对于燃气透平来说，燃气进口温度超过了叶片材料许可温度，因此高温环境是叶片面临的主要困难之一，除了采用高温合金、陶瓷等材料，还需要应用复杂的叶片冷却技术，若设计不当或冷却性能偏离设计工况，则会发生严重的烧蚀事故，导致整机停运，造成严重的经济损失和社会危害。因此，透平叶片的气动、除湿和冷却性能对其安全运行至关重要，并且在不同类型透平和不同应用环境下有不同的侧重，在设计过程中需要投入大量的人力和物力进行反复优化和多次论证。

开展试验研究是评估透平叶片设计方案，获取其关键运行参数的重要手段，被研究和设计人员广泛采用。然而，透平装置的系统庞大且结构复杂，对其真实的模型和运行环境进行试验将耗费大量的时间和资源，大大增加研发周期，不利于产品的快速迭代更新。在此背景下，模化试验逐渐得到了设计人员的青睐，通过模化方法进行模化试验设计，可以有效简化试验系统，提高测试能力，避开一些难以达到的运行条件，并且模化方法具有坚实的理论基础，测试结果具有很高的可靠性。目前的公开资料中，仅在一些较为简单的试验系统中应用了模化方法，而在透平叶片的气动、除湿和冷却试验等方面，还没有形成系统性的、可直接指导试验设计的模化方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种透平叶片气动-除湿-冷却试验的模化方法，可直接指导透平叶片的气动模化试验设计、蒸汽透平末几级叶片的除湿结构及防水蚀性能模化试验设计、燃气透平的叶片冷却通道结构及冷却性能模化试验设计，提高叶片气动-除湿-冷却试验的测试能力，并将测试结果推广应用于实际透平叶片设计中。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种透平叶片气动-除湿-冷却试验的模化方法，包括透平叶片气动试验模化方法、透平叶片除湿试验模化方法和透平叶片冷却试验模化方法三个部分；其中，

透平叶片气动试验模化方法包括气动试验结构相似性模化、气动试验流动相似性模化和气动试验结果模化转换三个过程，开展气动模化试验时，首先通过气动试验结构相似性模化过程获得模化叶片的结构参数，然后通过气动试验流动相似性模化过程获得模化试验的流动参数，开展气动模化试验之后，通过气动试验结果模化转换过程将模化试验结果应用于实际叶片气动设计中；