一种燃气轮机转子冷气输送试验件及试验参数设计方法技术

本发明专利技术公开了一种燃气轮机转子冷气输送试验件，包括轮盘部件A、轮盘部件B，轮盘部件A与轮盘部件B形成空心腔室；轮盘部件B设置有中心孔B；轮盘部件A设置有通孔。参数设计方法，包括获得相似准则判据：确定模化比；模化试验冷气输送试验件直径、模化试验中心孔直径、模化试验端面齿啮合间隙面积、模化试验端面齿啮合间隙数量、模化试验腰型孔总面积、模化试验腰型孔数量、模化试验中压缩空气质量流量、模化试验中进口气体总压、模化试验中出口气体静压、模化试验中转子转速。本发明专利技术实现对燃气轮机转子冷气输送过程中关键结构的流动特性参数进行测试，获得燃气轮机压气机转子冷气输送相关性能参数，为燃气轮机设计提供重要的数据支持。支持。支持。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机转子冷气输送试验件及试验参数设计方法


[0001]本专利技术涉及燃气轮机试验
，特别涉及一种燃气轮机转子冷气输送试验件及试验参数设计方法。

技术介绍

[0002]提高燃气透平的燃气进口温度可以有效提高燃气轮机循环效率，燃气轮机转子冷气输送为透平高温叶片提供冷却气体、实现透平轮盘的冷却及轮缘密封防止主流燃气倒灌，对燃气轮机的热效率与运行安全性具有重要影响。燃气轮机转子冷气输送流量分配与压力分布的准确性直接影响到燃气轮机高温部件的冷却空气消耗量及冷却效果，以及防止主流燃气倒灌，进而影响到燃气轮机的效率与运行安全性。
[0003]现有技术和公开文献报道中针对燃气轮机转子冷气输送试验装置和方法尚且存在空白。冷却气在冷气输送过程中的压损等关键参数在整个二次空气系统流路中都是至关重要的，这些重要的参数决定了冷却气体供给的压力、流量和温度。目前针对燃气轮机冷却供气系统的一维、二维、三维数值模拟计算和计算结果已经发表了很多，通过对比现有的数值计算结果发现不同的计算方法对于轮盘间隙压损等关键结构的计算结果上存在明显差异。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种燃气轮机转子冷气输送试验参数设计方法。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的解决方案是：
[0006]一种燃气轮机转子冷气输送试验件，包括设置有端面齿的轮盘部件A、与端面齿啮合的轮盘部件B，所述轮盘部件A与轮盘部件B相互连接且形成空心腔室；所述轮盘部件B的中心设置有与空心腔室连通的中心孔B；所述轮盘部件A的外侧设置有与空心腔室连通的通孔。
[0007]气体通过中心孔B，进入空心腔室内，然后在进气系统的作用下，从通孔和端面齿啮合位置排出。
[0008]在一些可能的实施方式中，所述通孔的数量为多个，且以轮盘部件A的轴心为圆心呈环状阵列。
[0009]在一些可能的实施方式中，所述通孔为腰型孔。
[0010]在一些可能的实施方式中，所述轮盘部件B包括与端面齿啮合的盘B、与盘B一体成型且位于盘B远离轮盘部件A一侧的空心套筒，所述空心套筒的轴心与盘B的中心在同一直线上，所述盘B与空心套筒相互连通形成中心孔B；所述中心孔A与中心孔B的内径一致。
[0011]在一些可能的实施方式中，所述轮盘部件A包括靠近轮盘B一侧设置有端面齿的盘A；所述盘A的中心设置有安装孔，所述安装孔与中心孔同轴设置。
[0012]安装孔的作用是用于在试验时，通过安装孔将本试验件安装在转子轴上，进而实
现本试验件的旋转；从而进行在本试验件旋转时的相关参数测量。
[0013]在一些可能的实施方式中，所述盘A靠近轮盘部件B的一侧设置有与安装孔同轴且连通的安装槽，所述轮盘部件B包括安装在安装槽内的轴端螺母。
[0014]轴端螺母的设置是为了有效的保证在旋转时，整个装置的稳定性。
[0015]另一方面，一种燃气轮机转子冷气输送试验参数设计方法，具体包括以下步骤:
[0016]获得转子冷气输送试验件冷气输送旋转模化试验的相似准则判据：
[0017]确定试验的模化比；
[0018]计算模化试验冷气输送试验件直径、模化试验中心孔直径、模化试验端面齿啮合间隙面积、模化试验端面齿啮合间隙数量、模化试验腰型孔总面积、模化试验腰型孔数量、模化试验中压缩空气质量流量、模化试验中进口气体总压、模化试验中出口气体静压、模化试验中转子转速。
[0019]在一些可能的实施方式中，所述获得轮盘排气旋转模化试验的相似准则判据，具体是指：
[0020]运用相似理论进行模化处理，原模型流动与试验模型流动满足同一流体控制方程，相应的无量纲准则数相等；原模型流动雷诺数小于3
×
105黏性力不可忽视，并且马赫数大于0.3弹性力不可忽视，类似无量纲准则数在本试验模化处理时都满足无量纲准则数相等的条件；根据流体力学的公式可得以下准则数公式：
[0021][0022]式中：M
a
表示燃气轮机压缩空气马赫数；ν表示燃气轮机气流速度；γ表示气体绝热因子；R表示气体摩尔常数；T表示外界气体温度；D表示特征长度；υ表示气体运动粘度；Re表示燃气轮机气流雷诺数；Re
r
表示燃气轮机气流旋转雷诺数；ω表示燃气轮机气流旋转角速度；
[0023]根据相似准则，在保证上述三个准则数相等且m＝lνA、相等，推出以下无量纲准则数：
[0024]无量纲流量：雷诺数：旋转雷诺数：
[0025]采用亚瑟兰公式计算动力粘度：
[0026][0027]由上述公式可以写出本专利技术中燃气轮机轮盘排气旋转模化试验的相似准则判据：
[0028][0029][0030][0031]式中：m表示压缩空气质量流量；l表示压缩空气密度；ν表示试验气体流速；A表示试验流通面积；T
t
表示试验气体总温；T
s
表示试验气体静温；P
t
表示试验气体总压；P
s
表示静压；μ表示运动粘度；
[0032]相似准则式(1)、(2)、(3)中的字符意义与上述类似，下标1、下标2仅用于区分实际在一些可能的实施方式中，所述计算模化试验冷气输送试验件直径，具体为：
[0033]D
m
＝D*C；
[0034]式中：D表示设计工况下模型直径；C表示试验的模化比；D
m
表示模化试验模型直径；模化试验转子冷气输送试验件通孔的尺寸，具体为：
[0035]D
l,m
＝D
l
*C；
[0036]式中：D
l
表示设计工况下转子冷气输送试验件通孔的尺寸；D
l,m
表示模化试验转子冷气输送试验件通孔的尺寸；
[0037]在一些可能的实施方式中，所述计算模化试验中心孔直径，所述中心孔为中心孔B，具体为：
[0038]D
c,m
＝D
c
*C
[0039]式中：D
c
表示设计工况下透平轮盘中心孔直径。
[0040]在一些可能的实施方式中，所述计算模化试验端面齿啮合间隙面积，具体为：
[0041]S
d,m
＝S
d
*C2[0042]式中：S
d
表示设计工况下轮盘孔直径。
[0043]在一些可能的实施方式中，所述计算模化试验端面齿312啮合间隙数量，具体为：
[0044]n
d,m
＝n
d
*C2[0045]式中：n
d
表示设计工况下端面齿312啮合间隙数量。
[0046]在一些可能的实施方式中，所述计算模化试验腰型孔总面积，具体为：
[0047]S
y,m
＝S
y
*C2[0048]式中：S
y
表示设计工况下腰型孔的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机转子冷气输送试验件，其特征在于：包括设置有端面齿的轮盘部件A、与端面齿啮合的轮盘部件B，所述轮盘部件A与轮盘部件B相互连接且形成空心腔室；所述轮盘部件B的中心设置有与空心腔室连通的中心孔B；所述轮盘部件A的外侧设置有与空心腔室连通的通孔。2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子冷气输送试验件，其特征在于：所述通孔的数量为多个，且以轮盘部件A的轴心为圆心呈环状阵列。3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子冷气输送试验件，其特征在于：所述通孔为腰型孔。4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子冷气输送试验件，其特征在于：所述轮盘部件B包括与端面齿啮合的盘B、与盘B一体成型且位于盘B远离轮盘部件A一侧的空心套筒，所述空心套筒的轴心与盘B的中心在同一直线上，所述盘B与空心套筒相互连通形成中心孔B；所述中心孔A与中心孔B的内径一致。5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机转子冷气输送试验件，其特征在于：所述轮盘部件A包括靠近轮盘部件B一侧设置有端面齿的盘A；所述盘A的中心设置有安装孔，所述安装孔与中心孔同轴设置。6.根据权利要求5所述的一种燃气轮机转子冷气输送试验件，其特征在于：所述盘A靠近轮盘部件B的一侧设置有与安装孔同轴且连通的安装槽，所述轮盘部件B包括安装在安装槽内的轴端螺母。7.一种燃气轮机转子冷气输送试验参数设计方法，其特征在于：应用于如权利要求1-6任一项所述的燃气轮机转子冷气输送试验件，具体包括以下步骤:获得转子冷气输送试验件冷气输送旋转模化试验的相似准则判据：确定试验的模化比；计算模化试验冷气输送试验件直径、模化试验中心孔直径、模化试验轮盘通孔的尺寸、模化试验端面齿啮合间隙面积、模化...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏鹏飞，赵世全，孔祥林，周娜，卢航，蔡国煌，罗涛，李金鸿，尹正发，
申请(专利权)人：东方电气集团东方汽轮机有限公司，
类型：发明
国别省市：