[发明专利]一种闭式循环涡轮特性试验方法

说明书

本发明公开了一种闭式循环涡轮特性试验方法，过程为：排空闭式循环回路中的空气，注入惰性混合气体；建立惰性混合气体在管路中的闭式循环，并将涡轮试验器转速逐步提高；按照试验的设定工况，调整涡轮试验器的转速，并使涡轮试验器的进口总压和进口总温稳定在设定工况；调节闭式循环回路，使得涡轮试验器的工作点仅在该转速对应的特性线上移动，测量其进出口热力学参数；改变涡轮试验器的负载，实现涡轮试验器的变工况运行；将涡轮试验器调整至其他待测转速，依次完成全部特性线数据点的测量、录取工作。本发明功能性强，可进行轴流、径流涡轮性能试验。

技术领域

本发明属于涡轮特性试验技术领域，涉及一种以惰性混合气体为工质的闭式循环涡轮特性试验方法。

背景技术

目前，包括氦气、超临界CO₂等混合气体在内的许多气体作为空气或燃气的替代工质用于闭式和半闭式布雷顿循环。相似理论分析表明，对于理想气体，叶轮机的气动特性是折合速度参数、折合流量参数、雷诺数和绝热指数的无量纲函数。显然，当叶轮机使用替代工质时，工质的绝热指数随之改变，传统的叶轮机模化准则将不再适用，那么无法通过空气工质压气机特性的试验数据模化得到替代工质叶轮机特性。为了获得以惰性混合气体作为闭式循环工质的涡轮气动特性，必须对其展开试验研究。基于上述现状，本发明提出一种闭式循环涡轮特性试验方法。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种闭式循环涡轮特性试验方法，解决以惰性混合气体为工质的涡轮性能试验问题，其中涡轮试验器的进口总压、总温为恒定值，膨胀后的气体经过增压设备、换热器、稳压箱和加热器的多次调整，再次满足涡轮试验器的进气条件，形成闭式回路，实现工质的循环利用，避免浪费价格昂贵的惰性混合气体，降低涡轮性能试验成本。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种闭式循环涡轮特性试验方法，所述试验方法基于闭式循环涡轮特性试验装置进行，所述试验装置包括由惰性混合气体储气罐、进气压力调节器、稳压箱、流量计、第一加热器、进气温度及压力探针、涡轮试验器、排气温度及压力探针、高温排气阀、第一节流阀、增压设备、换热器、气体成分分析仪和真空泵依次连接，真空泵连接稳压箱组成的闭式循环回路，以惰性混合气体作为工质；以及由离心压气机和第二节流阀依次连接且离心压气机与涡轮试验器同轴连接组成的第一开式循环回路，以空气作为工质；所述试验方法包括以下步骤：

S1：排空闭式循环回路中的空气，然后向闭式循环回路中注入惰性混合气体；

S2：开启增压设备，启动涡轮试验器，建立惰性混合气体在管路中的闭式循环，并将涡轮试验器转速逐步提高至20％～30％设计值；

S3：调整闭式循环回路和第一开式循环回路中的气体流量，将涡轮试验器转速控制在不超过50％设计值；

S4：按照试验的设定工况，调整涡轮试验器的转速，并使涡轮试验器的进口总压和进口总温稳定在设定工况；

S5：调节闭式循环回路中第一节流阀的开度，改变涡轮试验器出口背压；同步调节增压设备，保证涡轮试验器的进口总压不变；与此同时，调节换热器和第一加热器的功率，保证涡轮试验器的进口总温不变，使得涡轮试验器的工作点仅在该转速对应的特性线上移动；当涡轮试验器的进出口气流参数稳定以后，测量其进出口热力学参数，每条特性线录取的数据点不少于6个；

S6：重复步骤S4和S5，调整开式循环回路中第二节流阀的开度，通过增加或减小离心压气机的流量，改变涡轮试验器的负载，实现涡轮试验器的变工况运行；将涡轮试验器调整至其他待测转速，依次完成全部特性线数据点的测量、录取工作。

其中，所述增压设备包括依次连接的增压压气机、向心涡轮、第二加热器、流量调节阀、空气气源，增压压气机与向心涡轮同轴连接，形成第二开式循环回路，增压压气机的进气口连接第一节流阀，出气口连接换热器；通过增压压气机提高涡轮试验器出口管路中气体的压力。