[发明专利]一种可快速更换试验和测量叶栅的涡轮实验装置

说明书

一种可快速更换试验和测量叶栅的涡轮实验装置，包括具有一定间距的平行的前侧板和后侧板，前侧板和后侧板上均开设有圆孔，前侧可旋转圆盘和后侧可旋转盘圆分别安装在两圆孔处，观察窗玻璃安装在前侧可旋转圆盘上，上试验叶栅、下试验叶栅分别安装在后侧圆盘开设的沟槽上部和下部，中央测量叶栅安装在后侧圆盘开设的沟槽中部，并可从后侧圆盘后侧取出。本发明可实现经济、快捷地更换试验叶栅、测量叶栅、调整试验叶栅进口气流角度和调整测量叶栅测量与观测范围的目的，从而便捷地进行不同种类试验叶栅、不同冷却结构试验叶栅和不同进口气流角度叶栅的试验测量，为提高燃气涡轮热端部件冷却效果和为防止热端部件发生热应力破坏提供支撑。

技术领域

本发明属于燃气涡轮气动传热和综合冷却技术领域，特别涉及一种可快速更换试验和测量叶栅的涡轮实验装置。

背景技术

燃气轮机因其功率密度大和功率范围广等特点，广泛应用于航空推进、能源转化和发电等工业领域，提升燃气轮机运行热效率对创建节能减排型社会、实现国民经济可持续发展具有重要意义。根据燃气轮机布雷顿循环，提高燃气涡轮进口温度可以直接提升燃气轮机运行热效率。但燃气涡轮进口温度的提升，同样会造成燃气涡轮热端部件(主要包括第一级导叶和动叶与第二级导叶和动叶)承受着极高的热负荷，经常发生烧蚀等热应力破坏现象，严重危害燃气轮机安全、可靠运行，因此，必须对燃气涡轮热端部件进行高效冷却。为提高燃气轮机热端部件冷却效率，需要研发新型、高效冷却技术和对现有冷却结构进行多次优化。同时，需要对多种新型冷却设计和优化冷却结构后的试验叶栅进行实验测量，以确保燃气轮机热端部件良好的冷却效果。

目前，国内外进行燃气涡轮热端部件传热和冷却研究的实验台，实验段只针对某一特定试验叶栅设计，或者实验段更换试验叶栅过程操作十分复杂、繁琐，甚至需要拆卸实验段主体结构，无法经济、便捷地对多种不同试验叶栅进行实验测量。此外，现有的燃气涡轮实验台只能针对导叶或者动叶进行测量试验，无法同时满足导叶和动叶试验叶栅对进口气流角度的要求，不能系统地开展燃气涡轮热端部件(导叶和动叶)流动和传热特性的研究。此外，目前的燃气涡轮实验台实验段中观察窗位置相对固定，只能测量固定范围内的壁面温度、观察固定范围内的壁面流动，无法测量和观察整个试验叶栅壁面的温度和流动。目前，尚无一种实验装置可实现经济、便捷地更换试验叶栅，以进行多种不同试验叶栅的实验测量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可快速更换试验和测量叶栅的涡轮实验装置，通过经济、快捷地更换试验叶栅，并可调整试验叶栅进气角度，以进行多种不同试验叶栅的实验测量，为提高燃气涡轮热端部件冷却效果、防止热端部件发生热应力破坏提供支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可快速更换试验和测量叶栅的涡轮实验装置，包括两块具有一定间距的平行的侧板，分别为前侧板1和后侧板8，两侧板的顶部由上顶板5封闭，一侧由侧顶板12封闭，另一侧上方为水平进口，底部和另一侧下方为出口，压缩机出口通过管路连接所述水平进口，在前侧板1上开设圆孔并安装前侧可旋转圆盘3，在后侧板8上开设圆孔并安装后侧可旋转圆盘9，所述前侧可旋转圆盘3上设置有与后侧可旋转圆盘9对应的观察窗，所述后侧可旋转圆盘9包括后侧圆盘9a，后侧圆盘9a位于后侧金属圆环9b中心并与其连接，后侧圆盘9a中央沿竖直方向开设沟槽，其中沟槽中部贯穿，沟槽上部安装上试验叶栅9d，沟槽下部安装下试验叶栅9f，在沟槽左侧和右侧沿竖直方向钻有若干壁面静压孔9g，用于测量试验叶栅进口和出口壁面压力；所述沟槽中部贯穿处安装有后侧支撑件11a，后侧支撑件11a上安装有测量叶栅11b，测量叶栅11b的叶片表面和端壁以及后侧支撑件11a均开设有静压孔，用于测量测量叶栅11b的壁面压力分布，后侧支撑件11a和测量叶栅11b组成中央测量叶栅11。

所述前侧板1和后侧板8开设圆孔的四周安装有手动夹紧机构2，用于便捷地拆卸和固定前侧可旋转圆盘3和后侧可旋转圆盘9。