一种涡轮叶片反转鼓风损失的测量方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种涡轮叶片反转鼓风损失的测量方法，设计了两个模化涡轮试验件，一个涡轮试验件中带有全套双层涡轮叶片，并使用隔板结构阻挡空气通过倒车通道，另一个涡轮试验件中去除了倒车叶片，仅带有正车叶片。试验时，在相同气源进口参数下，使用压缩空气分别驱动两个涡轮试验件转动，并完成输出功率测量，通过涡轮模化换算关系式，获得模化前倒车涡轮输出功率，两个输出功率的差值即为倒车叶片反向转动产生的鼓风损失，并通过有限元仿真计算获得结构尺寸、气体温度、气体压力、工作转速等参数对涡轮叶片反转鼓风损失的影响。本发明专利技术能解决双层涡轮叶片反转鼓风损失的测量的难题，是一种操作简单、测量准确性高的鼓风损失测量方法。风损失测量方法。风损失测量方法。

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮叶片反转鼓风损失的测量方法


[0001]本专利技术涉及的是一种倒车涡轮测试方法，具体地说是鼓风损失测量方法。

技术介绍

[0002]可倒车燃气轮机由于具有倒车功率密度大、转向灵活性、易维修性等特点，受到了各国青睐，成为船舶主要动力装置之一。可倒车燃气轮机采用了双燃气通道+双层涡轮叶片的设计思想，外通道为倒车通道。内通道为正车通道，通过前端的燃气切换机构实现燃气流动路线的分配，当燃气只流过下层的正车叶片时，涡轮转子正向转动，当燃气只流过上层的倒车叶片时，涡轮转子反向转动。大部分运行情况下，可倒车燃气轮机仅使用正车功能，此时，当燃气流过正车通道，驱动正车叶片工作时，倒车叶片位置无燃气流过，倒车叶片处于反向转动状态，在该状态下，倒车叶片不断搅动附近的气体，在倒车叶片表面产生大量无序混乱的气体流动，从而造成功率损失，损失的功率即为倒车叶片反转引起的鼓风损失。鼓风损失的存在，降低了正车涡轮对外输出的功率，影响了燃气轮机整机效率。
[0003]准确测量倒车涡轮叶片鼓风损失是研究低鼓风损失倒车涡轮的前提条件，目前，国内外研究人员针对鼓风损失的研究主要集中在理论计算方面，通过流体计算软件获得鼓风损失，鲜有关于倒车涡轮叶片鼓风损失测量方法方面的报道。双层涡轮叶片反转鼓风损失的测量方法成为急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供能解决双层涡轮叶片反转鼓风损失的测量等难题的一种涡轮叶片反转鼓风损失的测量方法。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]本专利技术一种涡轮叶片反转鼓风损失的测量方法，其特征是：设置模化涡轮试验件A和涡轮试验件B，所述涡轮试验件A带有双层涡轮叶片，并使用隔板结构阻挡空气流过倒车通道，所述涡轮试验件B在涡轮试验件A的基础上，包含正车涡轮叶片，并除去倒车涡轮叶片；
[0007](1)对额定工况下的运行参数进行模化，获得涡轮试验件A、B进口参数，包括进口总温、总压、流量以及涡轮转子转速；
[0008](2)在涡轮试验台上，将气源接入涡轮试验件A的入口，在涡轮试验件A涡轮转子输出端接入测功器，增大气源流量，使得压缩空气仅流过正车叶片，驱动涡轮试验件A正向转动，直至达到涡轮试验件A的额定运行参数，稳定10min，完成输出功率Pa的测量；
[0009](3)在涡轮试验台上，将气源接入涡轮试验件B的入口，在涡轮试验件B涡轮转子输出端接入测功器，增大气源流量，使得压缩空气仅流过正车叶片，驱动涡轮试验件B正向转动，直至达到涡轮试验件B的额定运行参数，稳定10min，完成输出功率Pb的测量；
[0010](4)根据模化关系式，将涡轮试验件A、B的功率数值换算至模化前的输出功率，分别为PA、PB；
[0011](5)计算模化前倒车涡轮叶片反转鼓风损失PB
‑
PA；
[0012](6)考虑模化前后，涡轮叶片在结构尺寸、气体温度、气体压力、工作转速等参数上的差异，通过有限元仿真计算，获得结构尺寸、气体温度、气体压力、工作转速与涡轮叶片反转鼓风损失的对应关系式，获得倒车涡轮叶片反转鼓风损失的修正系数C；
[0013](7)获得最终的倒车涡轮叶片鼓风损失P＝C*(PB
‑
PA)。
[0014]本专利技术还可以包括：
[0015]1、步骤(4)PA、PB的计算过程为：
[0016][0017]PA为模化前涡轮输出功率；Pa为模化后涡轮输出功率；m为模化前涡轮流量；m*为模化后涡轮流量；T0为模化前涡轮进口温度；T0*为模化后涡轮进口温度；
[0018][0019]PB为模化前涡轮输出功率；Pb为模化后涡轮输出功率。
[0020]2、涡轮试验件A、B的正车导叶和正车动叶气动参数相同。
[0021]3、涡轮试验件A、B分别进行试验时，试验参数保持一致，即进口总温、总压、转速相同。
[0022]本专利技术的优势在于：本专利技术能解决双层涡轮叶片反转鼓风损失的测量的难题，是一种操作简单、测量准确性高的鼓风损失测量方法。
附图说明
[0023]图1为涡轮试验件A结构示意图；
[0024]图2为涡轮试验件B结构示意图；
[0025]图3为涡轮叶片反转鼓风损失的测量系统布置图；
[0026]图4为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：
[0028]结合图1
‑
4，考虑到船用可倒车涡轮的结构尺寸较大，进行全尺寸的双层涡轮叶片鼓风损失试验的条件较难实现，因此开展涡轮模化试验，根据可倒车涡轮实际尺寸合理选择模化比，对可倒车涡轮进行模化。模化后的涡轮简称涡轮试验件。为了测量倒车涡轮叶片反转引起的鼓风损失，需设计两种结构的涡轮试验件。涡轮试验件A：带有全套双层涡轮叶片，并使用隔板结构阻挡空气流过倒车通道。涡轮试验件B：仅带有正车涡轮叶片。除以上差异外，两个涡轮试验件的其他结构相同。
[0029]涡轮试验件A结构如图1所示，涡轮试验件A主要由机匣9、正车导叶10、倒车导叶
11、倒车动叶12、正车动叶13、隔板14、轮盘15、支撑16、轴17、联轴器18、排气管19组成。隔板14为环形结构，布置在两处机匣之间，隔板14内圈与倒车导叶11相配合，完成对倒车通道的密封，使得前方进入的压缩空气仅能通过正车导叶10和、正车动叶13，驱动涡轮转子正向转动。涡轮试验件A的转子为双支撑悬臂结构，在轴17后端配备有联轴器18，用于与测功器连接。
[0030]涡轮试验件B结构如图2所示，涡轮试验件B主要由机匣1、正车导叶2、正车动叶3、轮盘4、支撑5、轴6、联轴器7、排气管8组成。前方进入的压缩空气通过正车导叶2和正车动叶3时，可驱动涡轮转子正向转动。涡轮试验件B的转子为双支撑悬臂结构，在轴17后端配备有联轴器18，用于与测功器连接。
[0031]正车导叶10与正车导叶2气动参数相同，正车动叶13与正车动叶3叶型参数相同。两个涡轮试验件的轮盘、支撑、轴、联轴器、排气管等结构相同。
[0032]涡轮试验台布置情况如图3所示，涡轮试验台主要由气源20、调节装置21、扩压段22、转接段23、涡轮试验件24、联轴器25、测功器26组成。使用压缩空气作为动力源，吹动涡轮试验件A和涡轮试验件B转动，并通过测功器26进行输出功率的测量。该测试系统配备流量调节装置21、扩压段22、转接段23，用以提供稳定、流量可调的压缩空气。
[0033]对倒车涡轮额定工况下的运行参数进行模化，获得涡轮试验件进口参数，主要参数有试验件进口总温、总压、流量以及涡轮转子转速。
[0034]将涡轮试验件A安装布置在试验台上，将涡轮试验件A进口法兰与转接段23出口法兰连接，将联轴器18与测功器26连接，调整气源流量，直至达到涡轮试验件A额定工况参数。稳定10min后，完成功率Pa测量。
[0035]将涡轮试验件B安装布置在试验台上，将涡轮试验件B进口法兰与转接段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片反转鼓风损失的测量方法，其特征是：设置模化涡轮试验件A和涡轮试验件B，所述涡轮试验件A带有双层涡轮叶片，并使用隔板结构阻挡空气流过倒车通道，所述涡轮试验件B在涡轮试验件A的基础上，包含正车涡轮叶片，并除去倒车涡轮叶片；(1)对额定工况下的运行参数进行模化，获得涡轮试验件A、B进口参数，包括进口总温、总压、流量以及涡轮转子转速；(2)在涡轮试验台上，将气源接入涡轮试验件A的入口，在涡轮试验件A涡轮转子输出端接入测功器，增大气源流量，使得压缩空气仅流过正车叶片，驱动涡轮试验件A正向转动，直至达到涡轮试验件A的额定运行参数，稳定10min，完成输出功率Pa的测量；(3)在涡轮试验台上，将气源接入涡轮试验件B的入口，在涡轮试验件B涡轮转子输出端接入测功器，增大气源流量，使得压缩空气仅流过正车叶片，驱动涡轮试验件B正向转动，直至达到涡轮试验件B的额定运行参数，稳定10min，完成输出功率Pb的测量；(4)根据模化关系式，将涡轮试验件A、B的功率数值换算至模化前的输出功率，分别为PA、PB；(5)计算模化前倒车涡轮叶片反转鼓...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗全，牛夕莹，安仲玉，马涛，刘宇，傅琳，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零三研究所，
类型：发明
国别省市：