气源驱动的涡轮叶片测试系统技术方案

本发明专利技术提供一种涡轮叶片测试系统，其中，所述涡轮叶片测试系统包括：燃气产生装置，所述燃气产生装置包括气源与燃烧室连接，用于产生燃气；测试装置，所述测试装置包括试验涡轮；动力控制装置，所述动力控制装置包括动力涡轮，所述动力涡轮和试验涡轮与燃烧室连通，所述试验涡轮位于燃烧室和动力涡轮之间，且在所述燃气驱动的动力涡轮带动下转动。本发明专利技术提供的气源驱动的涡轮叶片的测试系统能够模拟真实环境的情况下对涡轮叶片进行测试。

Gas-driven Turbine Blade Testing System

The invention provides a turbine blade test system, in which the turbine blade test system includes: a gas generating device, the gas generating device includes a gas source connected with a combustion chamber for generating gas; a test device, the test device includes a test turbine; a power control device, and the power control device package. Including a power turbine, the power turbine and the test turbine are connected with the combustion chamber, the test turbine is located between the combustion chamber and the power turbine, and rotates under the driving of the power turbine driven by the gas. The test system of the gas source driven turbine blade provided by the invention can test the turbine blade under the condition of simulating the real environment.

【技术实现步骤摘要】
气源驱动的涡轮叶片测试系统
本专利技术涉及涡轮发动机领域，尤其涉及一种气源驱动的涡轮叶片的测试系统。
技术介绍
涡轮叶片是燃气轮机的关键零部件之一，其工作环境相当恶劣，在高温、高压条件下做高速旋转运动。叶片不仅承受高速旋转中产生的很大的离心力载荷，还要承受温度梯度、气动载荷等的影响，尤其是非稳定气流产生的压差以及旋转形成的周期性激励振动载荷，对叶片的寿命设计和可靠性计算形成了很大的挑战。随着发动机性能指标的进一步提高，具备更高温度承受能力的叶片材料及其对应的叶片设计成为新型发动机设计的关键。当前，国外发动机公司是基于核心机试验来确定涡轮叶片寿命设计，不仅仍然与燃气轮机涡轮叶片的真实工况差异巨大，导致涡轮叶片寿命设计误差大、叶片可靠性低；而且，在核心机试验中需要加工全环叶片，数量多、工期长、造价昂贵，且一旦发现问题需要进行修改时影响巨大，造成设计周期延长，消耗大批研制费用。因此，亟需在设计阶段尽早对涡轮叶片进行真实环境的试验测量，以期及早发现问题进行修改，更为准确地评估叶片寿命，提高叶片可靠性。
技术实现思路
综上所述，确有必要提供一种在真实环境作用下涡轮叶片的测试系统。一种涡轮叶片测试系统，其中，所述涡轮叶片测试系统包括：燃气产生装置，所述燃气产生装置包括气源与燃烧室连接，用于产生燃气；测试装置，所述测试装置包括试验涡轮，所述试验涡轮与燃烧室连通，且在所述燃气驱动的动力涡轮带动下转动。动力控制装置，所述动力控制装置包括动力涡轮，所述动力涡轮和燃烧室连通，在燃气的驱动下转动并带动试验涡轮转动。在其中一个实施例中，还包括动力控制装置，所述动力控制装置包括负载驱动模块及转动控制模块，所述负载驱动模块用于消耗动力涡轮负载，并在试验涡轮转速不足时补充能量驱动试验涡轮转动，所述转动控制模块用于控制负载驱动模块以控制试验涡轮的转速。在其中一个实施例中，所述负载驱动模块包括外部负载，所述外部负载与所述动力涡轮连接，用于消耗所述动力涡轮的功率。在其中一个实施例中，所述负载驱动模块包括外部电机，该外部电机与所述动力涡轮连接，并驱动试验涡轮转动。在其中一个实施例中，进一步包括转动控制模块，所述外部负载和外部电机通过转动控制模块调节所述试验涡轮的转速。在其中一个实施例中，所述试验涡轮和动力涡轮与所述燃烧室直接连通，所述燃烧室产生的燃气直接驱动动力涡轮转动，动力涡轮并带动试验涡轮转动。在其中一个实施例中，所述燃气产生装置还可包括混合室、换热器、空气流量控制器、燃油控制器、压力传感器及温度传感器。在其中一个实施例中，所述动力控制装置还包括动力涡轮与压气机，所述动力涡轮用于带动试验涡轮；高压来自气源的气体进入混合室，在混合室与压气机提供的空气进行混合，并在混合室中通过换热器与动力涡轮排放的燃气进行热交换。在其中一个实施例中，进入燃烧室的气体的温度和压力通过压力传感器、温度传感器及流量控制器进行控制。在其中一个实施例中，所述高压气源与燃烧室为独立设置的两个装置，通过管道相连通。相对于传统技术，本专利技术提供的涡轮叶片测试系统，通过建立全温全速涡轮测试装置，利用燃气室的燃气驱动动力涡轮带动试验涡轮转动，可以在真实环境下或接近真实环境下开展涡轮叶片测试，确定涡轮叶片寿命和可靠性设计所需的真实载荷和边界条件，从根本上改变目前涡轮强度设计依赖经验数据和事后修正的现状。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的气源驱动的涡轮叶片测试系统。主要元件符号说明涡轮叶片测试系统100燃气产生装置10高压气源12流量控制器11,13燃油控制器15燃烧室14混合室16压力传感器17换热器18温度传感器19测试装置20试验涡轮22动力控制装置30动力涡轮32压气机36负载驱动模块34外部负载342外部电机344转动控制模块38如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的基于气源驱动的涡轮叶片测试系统作进一步的详细说明。请参阅图1，本专利技术实施例提供的气源驱动的涡轮叶片测试系统100包括：燃气产生装置10、测试装置20及动力控制装置30。所述燃气产生装置10包括：高压气源12及燃烧室14。所述测试装置20至少包括试验涡轮22。所述动力控制装置30包括动力涡轮32，所述试验涡轮22及动力涡轮32依次设置于所述燃气产生装置10之后，所述试验涡轮22位于燃烧室14和动力涡轮32之间，与所述燃烧室相连通，从而使得所述燃烧室14内的高温高压燃气流可以流过该试验涡轮22和动力涡轮32并推动该动力涡轮32带动试验涡轮22转动。所述动力控制装置30可用于调节试验涡轮22的转速。图1中虚线表示气体流动方向，粗直线表示机械轴连接。试验涡轮22紧挨燃烧室14的出口，高温燃气经燃烧室14燃烧后直接进入试验涡轮22，保证获得最高的工作温度。试验涡轮22的转动能量由动力控制装置30提供，可通过机械轴与动力控制装置30连接。试验涡轮22的气体压力主要由高压气源12提供，试验涡轮22的转速可通过动力控制装置30调节达到目的。这样设计使得试验涡轮转速和燃气产生装置完全解耦，试验气体的温度、压力与试验涡轮的转速可以独立进行调节，可为试验涡轮创造不同的高温、高压、高转速环境的组合，增大了系统的灵活性。燃气产生装置10还可包括混合室16、换热器18、空气流量控制器11、空气流量控制器13、燃油控制器15、压力传感器17及温度传感器19。高压气源12为燃烧室14提供高压气体，高压气源12进入混合室16，在混合室16与动力控制装置30中的压气机36提供的高压空气进行混合，并在混合室16中通过换热器18与动力控制装置30中动力涡轮32排放的高温燃气进行热交换，提高进入燃烧室气体的温度。进入燃烧室的气体的温度和压力通过压力传感器17、温度传感器19及两个空气流量控制器11、13进行控制。当气体温度过高时，通过流量控制器13减少进入换热器的高温燃气流量，反之亦然。当空气压力过高时，可以通过流量控制器11调整进入混合室16的高压补充气体。具体的，所述高压气源12用于产生高压气体，该高压气体压力一般不低于0.3MPa，可选的大于1.0MPa。所述燃烧室14与高压气源12连通，用于加热高压气源，使高压气源的温度达到试验涡轮22的测试温度，以形成高温高压的燃气。所述高压气源12可与燃烧室14为独立设置的两个装置，通过管道等相连通。产生装置10可由控制系统控制，以保证燃气产生装置10正常稳定运转。进一步，还可通过燃油控制器15对所述燃烧室14内喷油量进行控制，从而精确控制经过该试验涡轮22的燃气温度、燃气压力和燃气流速。所述试验涡轮22与所述燃烧室14相连，从燃烧室14产生的高温高压燃气流可驱动动力涡轮32并带动试验涡轮22转动。进一步，所述试验涡轮22可与所述燃烧室14直接连通，所述燃烧室14产生的高温高压燃气流可直接驱动动力涡轮32及试验涡轮22转动，即所述燃气产生装置10由高压气源12及燃烧室14组成，所述燃烧室14与试验涡轮22之间无需压气机涡轮等附属设备，使得试验涡轮22能够直接利用燃烧室14产生的高温高压燃气流，从而能够减少或避免中间元件对于温度和压力的限制，并减少温度和压力损失。试验涡轮22是涡轮高温高速试验台的主要试验段，位于燃烧室14与动力涡轮32之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮叶片测试系统，其特征在于，所述涡轮叶片测试系统包括：燃气产生装置，所述燃气产生装置包括气源与燃烧室连接，用于产生燃气；测试装置，所述测试装置包括试验涡轮，所述试验涡轮与燃烧室连通；动力控制装置，所述动力控制装置包括动力涡轮，所述动力涡轮和燃烧室连通，在燃气的驱动下转动并带动试验涡轮转动。

【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片测试系统，其特征在于，所述涡轮叶片测试系统包括：燃气产生装置，所述燃气产生装置包括气源与燃烧室连接，用于产生燃气；测试装置，所述测试装置包括试验涡轮，所述试验涡轮与燃烧室连通；动力控制装置，所述动力控制装置包括动力涡轮，所述动力涡轮和燃烧室连通，在燃气的驱动下转动并带动试验涡轮转动。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片测试系统，其特征在于，还包括动力控制装置，所述动力控制装置包括负载驱动模块及转动控制模块，所述负载驱动模块用于消耗动力涡轮负载并驱动试验涡轮转动，所述转动控制模块用于控制负载驱动模块以控制试验涡轮的转速。3.根据权利要求2所述的涡轮叶片测试系统，其特征在于，所述负载驱动模块包括外部负载，所述外部负载与所述动力涡轮连接，用于消耗所述动力涡轮的功率。4.根据权利要求2所述的涡轮叶片测试系统，其特征在于，所述负载驱动模块包括外部电机，该外部电机与所述动力涡轮连接，并驱动试验涡轮转动。5.根据权利要求4所述的涡轮叶片测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁荒，杨俊杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11