CN108918046B - 热态盘缘封严泄漏特性试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置,包括盘缘封严试验台,所述盘缘封严试验台开设有两个进气口和一个出气口,分别连接有主流进气、次流进气、混合出气;所述主流进气由主流气体发生装置产生,并由电加热***加热得到,主流气体发生装置与电加热***之间通过管路连接;电加热***通过管路与盘缘封严试验台的主流进气口连接;所述次流进气由次流气体发生装置产生,次流气体发生装置通过管路与盘缘封严试验台的次流进气口连接;所述混合出气包括连接于盘缘封严试验台的出气口的管路。本发明通过对热电偶进行温度补偿,可以测试试验过程中的温度;通过对压力表进行改进,可以测试试验过程中被加热气体的压力。
Description
技术领域
本发明涉及盘缘封严领域,特别涉及一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置。
背景技术
在透平机械中,涡轮盘是主要的承力部件,其外环面直接与主流燃气接触,热量将沿着外环面向盘中心传递,从而使得涡轮盘从承受着巨大的热负荷,为了使其能够安全可靠的工作,必需提供一定的冷气进行冷却。式(1)为透平机械实际热效率表达式。
式中π为循环增压比,ηT为透平机械相对内效率,ηC,s为压气机绝热效率,κ为工质绝热指数,τ为循环增温比:循环最高温度与最低温度之比。
可以看出,如果冷气过多,则会降低主流燃气的平均温度,从而降低循环增温比τ,最终降低了透平机械的实际热效率。为了防止冷气过多的逸散至燃气通道,通常会涡轮盘的封严设计数目不等的挡块并称之为盘缘封严结构,盘缘封严结构利用通道间隙的突扩和突缩,将流体的压力能耗散转变为热能,从而起到增大流动阻力,降低发动机冷气量的作用。要获得盘缘封严结构在各种工况范围内的泄漏特性,很有必要通过试验来测试盘缘封严在不同的试验件、主/次流流量、不同主流进口温度及不同转速的泄漏特性。同时,由于真实透平机械中主流燃气温度很高,可能会对盘腔泄漏特性造成一定的影响,因此有必要采用试验的方法获得热态工况下盘缘封严的泄漏特性。在试验测试方面,由于大部分流量计和压力表都不耐高温,会给试验测试带来困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置及方法,能够测试不同工作条件下的盘缘封严泄漏特性。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置,包括盘缘封严试验台,所述盘缘封严试验台开设有两个进气口和一个出气口,两个进气口分别为主流进气口和次流进气口,分别连接有主流进气和次流进气,出气口连接有混合出气;其中:
所述主流进气由主流气体发生装置产生,并由电加热***加热得到,主流气体发生装置与电加热***之间通过管路连接,该管路上设置有第一压力表、主流气体阀门、第一热电偶、涡街流量计;电加热***通过管路与盘缘封严试验台的主流进气口连接,该管路上设置有第二压力表、第二热电偶;
所述次流进气由次流气体发生装置产生,次流气体发生装置通过管路与盘缘封严试验台的次流进气口连接,该管路上设置有次流气体阀门、金属转子流量计、第三压力表、第三热电偶;
所述混合出气包括连接于盘缘封严试验台的出气口的管路,该管路上设置有混合出气阀门、第四压力表、第四热电偶。
所述第二压力表通过紫铜管与管路连接,并通过吹风方式对紫铜管进行冷却。
所述电加热***与盘缘封严试验台的第一进气口的连接管路上设置有保温装置。
所述保温装置为缠绕在管路上的石棉绳。
一种热态盘缘封严泄漏特性试验方法,包括以下步骤:
步骤1,开始试验时,先将混合出气阀门开至最大,再依次打开次流气体阀门,次流气体发生装置,主流气体阀门,主流气体发生装置,最后打开电加热***;待各个压力表、热电偶及流量计的读数稳定后,记录其参数;
步骤2,更换盘缘封严试验台中的试验件,调节主流气体阀门、次流气体阀门和混合出气阀门的开度大小,继续记录对应的温度、压力和流量参数;
步骤3,结束试验时,首先关闭电加热***,待盘缘封严试验台及管道温度降至常温,再依次关闭次流气体发生装置、主流气体发生装置,次流气体阀门,主流气体阀门,最后关闭混合出气阀门。
有益效果:本发明所公开的热态盘缘封严泄漏特性试验装置,通过对热电偶进行温度补偿,可以测试试验过程中的温度;通过对压力表进行改进,可以测试试验过程中被加热气体的压力;通过计算主流流量守恒,解决了直接对被加热气体进行流量测量的难题。通过本试验装置,可以测量热态工况下的盘缘封严泄漏特性。
附图说明
图1为本发明实施例中热态盘缘封严泄漏特性试验装置;
图2a为本发明实施例中盘缘封严试验台;
图2b为图2a中A部局部放大图;
图2c为图2a中B部局部放大图;
附图标记说明:
1-盘缘封严试验台,101-腔体壳,102-第一螺栓,103-左盖板,104-主轴,105-第一螺母,106-第四螺栓,107-第二螺母,108-左轴承挡圈,109-左轴承,110-第六螺栓,111-皮带轮盖,112-皮带轮轮毂,113-右轴承挡圈,114-第三螺母,115-右轴承,116-第五螺栓,117-转盘,118-第二螺栓,119-第三螺栓,120-静止件,121-旋转件,122-右盖板,123-支架;
2-主流进气,201-主流气体发生装置,202-第一压力表,203-主流气体阀门,204-第一热电偶,205-涡街流量计,206-电加热***,207-第二压力表,208-第二热电偶,209-紫铜管,210-石棉绳;
3-次流进气,301-次流气体发生装置,302-次流气体阀门,303-金属转子流量计,304-第三压力表,305-第三热电偶;
4-混合出气,401-混合出气阀门,402-第四压力表,403-第四热电偶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示,本发明的一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置,包括盘缘封严试验台1,所述盘缘封严试验台1开设有两个进气口和一个出气口,两个进气口分别为主流进气口和次流进气口,分别连接有主流进气2和次流进气3,出气口连接有混合出气4;其中:
主流进气2由主流气体发生装置201产生,并由电加热***206加热得到,主流气体发生装置201与电加热***206之间通过管路连接,该管路上设置有第一压力表202、主流气体阀门203、第一热电偶204、涡街流量计205;电加热***206通过管路与盘缘封严试验台1的主流进气口连接,该管路上设置有第二压力表207、第二热电偶208;
次流进气3由次流气体发生装置301产生,次流气体发生装置301通过管路与盘缘封严试验台1的次流进气口连接,该管路上设置有次流气体阀门302、金属转子流量计303、第三压力表304、第三热电偶305;
混合出气4包括连接于盘缘封严试验台1的出气口的管路,该管路上设置有混合出气阀门401、第四压力表402、第四热电偶403。
由于热电偶的温度分布表是在冷端温度保持在0℃时得到的,试验时冷端稳步通常不为0℃,优选地,采用冷端温度校正法进行温度补偿,其表达式为:
E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0) (2)
其中,T0为试验时环境温度(冷端温度)。
主流气体发生装置201可以采用气泵或者其他气体发生装置,这并不会影响本试验装置的测试以及其他性能。主流气体发生装置201与第一压力表202连接,连接方式为镀锌钢管,通过第一压力表202,可以测得压力参数p1。
第一压力表202与主流气体阀门203相连接,连接方式为镀锌钢管,通过此阀门,可以控制主流流量的大小。由于压力表不耐高温,第二压力表207通过紫铜管209与管路连接,并通过吹风方式对紫铜管进行冷却。
主流气体阀门203与第一热电偶204相连接,连接方式为镀锌钢管,通过第一热电偶204,可以测得主流气体温度参数T1。
第一热电偶204与涡街流量计205相连接,连接方式为镀锌钢管,通过涡街流量计205,可以测得主流气体体积流量QV,1。
涡街流量计205与电加热***206相连接,连接方式为镀锌钢管,通过电加热***,可以实现对主流气体加热。
电加热***206与第二压力表207相连接,连接方式为镀锌钢管,通过第二压力表207,可以测得主流被加热后的压力p2。
第二压力表207与第二热电偶208相连接,连接方式为镀锌钢管,通过第二热电偶208,可以测得主流气体温度参数T2。并与盘缘封严试验台1相连接。
电加热***206与盘缘封严试验台1的第一进气口的连接管路上设置有保温装置。优选的,保温装置为缠绕在管路上的石棉绳210。从而减少被加热主流气体热量的损失。
次流气体发生装置301同样可以采用气泵或者其他气体发生装置,这并不会影响本试验装置的测试以及其他性能。次流气体发生装置301与次流气体阀门302连接,连接方式为镀锌钢管,通过次流气体阀门302,可以调节次流流量。
次流气体阀门302与金属转子流量计303相连接,连接方式为镀锌钢管,通过金属转子流量计303,可以测得次流气体体积流量QV,2。
金属转子流量计303与第三压力表304相连接,连接方式为镀锌钢管,通过第三压力表304,可以测得次流气体压力p3。
第三压力表304与第三热电偶305相连接,连接方式为镀锌钢管,通过第三热电偶305,可以测得次流气体温度参数T3。并与盘缘封严试验台1相连接。
盘缘封严试验台1与混合出气阀门401相连接,连接方式为镀锌钢管,通过混合出气阀门401,可以调节出气流量。
混合出气阀门401与第四压力表402相连接,连接方式为镀锌钢管,通过混合第四压力表402,可以测得混合出气压力p4。
第四压力表402与第四热电偶403相连接,连接方式为镀锌钢管,通过第四热电偶403,可以测得混合出气气体温度参数T4。
如图2所示,本发明中所用的盘缘封严试验台1包括一个由腔体壳101、左盖板103、右盖板122围合而成的腔体,该腔体置于支架123上,腔体壳101与左盖板103及右盖板122之间通过第一螺栓102固定连接;该腔体的中心处设置有一个主轴104,主轴104上设置有转盘117,并通过第一螺母105固定,转盘117位于腔体内,转盘117的端部朝向右盖板122一侧通过第二螺栓118固定有旋转件121,右盖板122上内侧对应旋转件121位置通过第三螺栓119固定有静止件120;主轴104的左端穿过左盖板103,并且与左盖板103之间设置有左轴承109,并通过设置在主轴104上的第二螺母107限位,左盖板103外壁上位于左轴承109处通过第四螺栓106固定有左轴承挡圈108;主轴104的右端穿过右盖板122,并且与右盖板122之间设置有右轴承115,并通过设置在主轴104上的第三螺母114限位,右盖板122外壁上位于右轴承115处通过第五螺栓116固定有右轴承挡圈113;主轴104的右端部伸出于右盖板122外,主轴104的右端部设置有皮带轮轮毂112,并通过第六螺栓110固定有皮带轮盖111。
本发明所公开的热态盘缘封严泄漏特性测试方法如下:
开始试验时,先将混合出气阀门401开至最大,防止试验台内因压力过高而发生危险;再依次打开次流气体阀门302,次流气体发生装置301,主流气体阀门203,主流气体发生装置201,最后打开电加热***206;待各个压力表、热电偶及流量计的读数稳定后,记录其参数;由于金属转子流量计303为体积流量,应当将其换算为质量流量,其换算公式为:
Qm,2=QV,2×ρ2
式中,Qm,2为次流空气质量流量,QV,2为次流空气体积流量,ρ2为次流空气密度。
更换盘缘封严试验台1中的试验件,调节主流气体阀门203、次流气体阀门302和混合出气阀门401的开度大小,继续记录对应的温度、压力和流量参数;
结束试验时,首先关闭电加热***206,待盘缘封严试验台及管道温度降至常温,再依次关闭次流气体发生装置301、主流气体发生装置201,次流气体阀门302,主流气体阀门203,最后关闭混合出气阀门401。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种热态盘缘封严泄漏特性试验装置,其特征在于:包括盘缘封严试验台(1),所述盘缘封严试验台(1)开设有两个进气口和一个出气口,两个进气口分别为主流进气口和次流进气口,分别连接有主流进气(2)和次流进气(3),出气口连接有混合出气(4);其中:
所述主流进气(2)由主流气体发生装置(201)产生,并由电加热***(206)加热得到,主流气体发生装置(201)与电加热***(206)之间通过管路连接,该管路上设置有第一压力表(202)、主流气体阀门(203)、第一热电偶(204)、涡街流量计(205);电加热***(206)通过管路与盘缘封严试验台(1)的主流进气口连接,该管路上设置有第二压力表(207)、第二热电偶(208);
所述次流进气(3)由次流气体发生装置(301)产生,次流气体发生装置(301)通过管路与盘缘封严试验台(1)的次流进气口连接,该管路上设置有次流气体阀门(302)、金属转子流量计(303)、第三压力表(304)、第三热电偶(305);
所述混合出气(4)包括连接于盘缘封严试验台(1)的出气口的管路,该管路上设置有混合出气阀门(401)、第四压力表(402)、第四热电偶(403)。
2.根据权利要求1所述的热态盘缘封严泄漏特性试验装置,其特征在于:所述第二压力表(207)通过紫铜管(209)与管路连接,并通过吹风方式对紫铜管进行冷却。
3.根据权利要求1所述的热态盘缘封严泄漏特性试验装置,其特征在于:所述电加热***(206)与盘缘封严试验台(1)的第一进气口的连接管路上设置有保温装置。
4.根据权利要求3所述的热态盘缘封严泄漏特性试验装置,其特征在于:所述保温装置为缠绕在管路上的石棉绳(210)。
5.一种基于权利要求1所述装置的热态盘缘封严泄漏特性试验方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1,开始试验时,先将混合出气阀门(401)开至最大,再依次打开次流气体阀门(302),次流气体发生装置(301),主流气体阀门(203),主流气体发生装置(201),最后打开电加热***(206);待各个压力表、热电偶及流量计的读数稳定后,记录其参数;
步骤2,更换盘缘封严试验台(1)中的试验件,调节主流气体阀门(203)、次流气体阀门(302)和混合出气阀门(401)的开度大小,继续记录对应的温度、压力和流量参数;
步骤3,结束试验时,首先关闭电加热***(206),待盘缘封严试验台及管道温度降至常温,再依次关闭次流气体发生装置(301)、主流气体发生装置(201),次流气体阀门(302),主流气体阀门(203),最后关闭混合出气阀门(401)。
6.根据权利要求5所述的热态盘缘封严泄漏特性试验方法,其特征在于:所述步骤1中,由于金属转子流量计(303)为体积流量,应当将其换算为质量流量,其换算公式为:
Qm,2=QV,2×ρ2
式中,Qm,2为次流空气质量流量,QV,2为次流空气体积流量,ρ2为次流空气密度。
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