[发明专利]一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统

说明书

一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，包括：试验段模型，用于模拟涡轮叶片叶栅流道，在流道内的叶片转折角位置固定设置叶片试验件，叶片试验件的CO₂进气口沿径向伸出流道，其叶片压力面和叶片吸力面上分别布置若干叶片气膜孔，且叶片压力面和叶片吸力面上沿等高线布置等间距的叶片引压孔；主流系统，连接流道的入口，向流道送入主流空气；CO₂冷气系统，连接CO₂进气口，向叶片试验件内部供气腔送入CO₂冷气，并由叶片气膜孔处射出，形成气膜冷却；测量系统，测量流道内部的压力和温度分布，其中温度分布通过红外摄像机拍摄获取。本发明实现了对叶栅表面冷却效率与换热系数的测量，解决了叶片表面由于曲率变化过大而无法测量的难点。

技术领域

本发明属于叶栅特性研究技术领域，特别涉及一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统。

背景技术

燃气轮机作为一种动力装置，具有功率范围广、功率密度大、启动灵活等优点，已经广泛应用于航空动力推进、地面重型燃气轮机发电以及化工能源等工业驱动的众多领域。随着燃气轮机透平进口温度的不断提高，其远远超过了叶片材料所能承受的极限温度。因此，迫切地需要先进的冷却技术来保障叶片的安全稳定运行。气膜冷却作为外部冷却中一种重要的冷却方式，如何提高气膜冷却效率，减小冷却空气供应量，对于提高燃气轮机内效率有举足轻重的作用。

目前国内外已有的研究主要集中在平板上的气膜冷却，很少针对透平叶片特点的大曲率型面上气膜冷却的试验研究：因缺少适用的计算模型，透平叶片冷却设计的可靠性难以保证；且叶片表面曲率变化较大，叶片表面温度分布测量存在困难，合理温度测量窗口尤为重要；叶片气膜孔型数较多，对应叶片试验件数量大，需要设计合理装配方案，方便不同孔型叶片试验件安装、测量。

叶栅气膜冷却效率与气膜孔在叶身上的轴向位置、气膜孔孔型等均有关，需要设计合理的叶栅气膜冷却试验系统，便于更方便地测量不同轴向位置气膜孔以及不同孔型对应的叶栅气膜冷却效率，得到叶栅气膜冷却、换热结果。

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测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，对叶栅气膜冷却的不同叶身轴向位置的气膜孔以及不同孔型等工况进行试验，获得相应拍摄的温度云图，进而通过公式分析计算得到气膜孔冷却效率以及换热系数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，包括：

试验段模型，用于模拟涡轮叶片叶栅流道，在流道内的叶片转折角位置固定设置叶片试验件，叶片试验件的CO₂进气口沿径向伸出流道，叶片试验件的叶片压力面和叶片吸力面上分别布置若干叶片气膜孔，且叶片压力面和叶片吸力面上沿等高线布置等间距的叶片引压孔；

主流系统，连接所述流道的入口，向流道送入主流空气；

CO₂冷气系统，连接所述CO₂进气口，向叶片试验件内部供气腔送入CO₂冷气，并由叶片气膜孔处射出，形成气膜冷却；

测量系统，用于测量流道内部的压力和温度分布，其中温度分布通过红外摄像机拍摄获取。

进一步地，所述流道前端布置若干测量孔，用于测量系统测量来流压力、温度、湍动度，并控制在试验给定条件范围内。

进一步地，所述流道的吸力面侧壁与压力面侧壁上分别布置等量引压孔，通过两侧壁上的压力分布与叶片压力面、叶片吸力面的压力分布对比，观察对应周期性。

进一步地，所述流道的尾缘段两侧分别布置尾缘板，通过调节尾缘板的角度，调整两侧流道流量大小，进而调整两侧周期性效果。