[发明专利]一种用于测量透平动叶叶顶换热系数的实验系统和稳态实验方法

说明书

一种用于测量透平动叶叶顶换热系数的实验系统，所述空气供应装置的出口连接旁通管路和主流管路，主流管路依次连接稳压段、收缩段、进气段和试验段，其中，进气段入口端设置整流蜂窝，试验件设置于试验段，试验件包括若干叶片，各叶片的叶顶与试验段的壁面之间具有间隙，其中最中间的一个叶片作为待测量叶片，试验段上朝向待测量叶片的叶顶布置有红外玻璃，红外玻璃上方放置红外热像仪，用于通过红外玻璃测量叶顶表面的温度分布云图。本发明还提供了基于所述用于测量透平动叶叶顶换热系数的实验系统的稳态实验方法，监测试验段内的流动参数、温度，待可更换叶顶表面温度稳定后，根据牛顿冷却定律和傅里叶公式计算叶顶换热系数。

技术领域

本发明属于燃气轮机叶片设计技术领域，特别涉及一种用于测量透平动叶叶顶换热系数的实验系统和稳态实验方法。

背景技术

燃气轮机是现代工业中不可或缺的动力装置，主要用于发电，舰船动力，航空推进等。在燃气轮机透平动叶中，由于叶顶间隙的存在，在横向压力梯度的作用下部分主流会经由叶顶间隙从压力面泄漏到吸力面，泄漏流动边界层较薄，传热增强，叶顶区域承受着巨大的热负荷，叶片顶部产生烧蚀现象时有发生，成为导致涡轮部件失效的重要原因之一，燃气轮机的安全稳定运行。因此，搭建动叶叶顶换热系数实验平台，实现对不同主流参数和结构参数下叶顶换热系数的测量，分析其换热特性，对于透平叶顶气热性能研究具有重要意义。

目前关于叶顶换热系数测量的实验平台较少，其设计难道主要体现在以下几个方面：1.真实燃气轮机透平动叶叶顶的间隙极小，通常为1～2毫米，航空发动机的叶顶间隙更小，通常在0.5毫米左右，在实验设计中保证合理的间隙大小较为困难；2.由于叶顶间隙的限制，传统的在表面贴加热膜的换热系数测量方法不适用于叶顶，需要寻找新的测量方法；3.目前已有叶顶换热系数测量实验平台几乎都采用瞬态热色液晶测量方法，其实验结果重复性不好。

由于动叶叶顶换热系数测量存在上述问题，因此，需要设计更为合理的实验平台来测量叶顶换热系数。

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用于测量透平动叶叶顶换热系数的实验系统和稳态实验方法，对燃气轮机透平动叶叶顶在不同主流参数和结构参数下进行实验测量，获得叶顶表面的温度分布云图，进而通过公式计算得到叶顶表面换热系数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于测量透平动叶叶顶换热系数的实验系统，所述空气供应装置的出口连接旁通管路和主流管路，主流管路依次连接稳压段、收缩段、进气段和试验段，其中，进气段入口端设置整流蜂窝，试验件设置于试验段，试验件包括若干叶片，各叶片的叶顶与试验段的壁面之间具有间隙，其中最中间的一个叶片作为待测量叶片，试验段上朝向待测量叶片的叶顶布置有红外玻璃，红外玻璃上方放置红外热像仪，用于通过红外玻璃测量叶顶表面的温度分布云图。

进一步地，所述空气供应装置包括依次连接的空气压缩机、气体冷却干燥机和储气罐，旁通管路和主流管路连接于储气罐的出口，旁通管路设置比例电磁调节阀，主流管路设置主流进气阀。

进一步地，在所述进气段或试验段，位于所述整流蜂窝和试验件之间，布置有总压探针、毕托管和主流热电偶。

进一步地，所述试验段上朝向待测量叶片的叶顶的壁面开设有台阶结构的红外窗口，红外玻璃有对应的台阶结构，使得安装后红外玻璃的内表面与试验段的内壁平齐。

进一步地，所述试验件包括基座，所述若干叶片沿垂直于气流的方向依次安装在基座上，所述试验段上朝向所述基座底部的壁面开设有台阶结构的安装槽，所述基座有对应的台阶结构，使得安装后基座的顶面即叶片安装面与试验段的内壁平齐，所述台阶结构的台阶面设置有垫片，垫片用于调整叶顶与试验段的壁面之间间隙的距离。