[實用新型]一種燃?xì)馔钙届o葉流道微細(xì)顆粒沉積與換熱特性測試試驗系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920282935.1
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN209589764U
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡柳溪;肖俊峰;高松;李園園;于飛龍;段靜瑤;王峰
• 申請（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G01N15/04
• 分類號: G01N15/04;G01M15/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本實用新型公開了一種燃?xì)馔钙届o葉流道微細(xì)顆粒沉積與換熱特性測試試驗系統(tǒng)，透平靜葉流道裝于透平葉柵試驗段內(nèi)，透平葉柵試驗段入口與主流燃?xì)馔ǖ莱隹谙噙B通，透平葉柵試驗段出口和試驗尾氣處理系統(tǒng)入口相連通。透平葉柵試驗段前側(cè)面設(shè)置有拍攝窗口，光學(xué)測試系統(tǒng)/紅外熱像系統(tǒng)正對拍攝窗口，透平葉柵試驗段的側(cè)面設(shè)置有打光窗口，光源系統(tǒng)正對打光窗口，工作時，將微細(xì)顆粒輸送到主流燃?xì)馔ǖ纼?nèi)，來自燃燒室的高溫燃?xì)馀c微細(xì)顆粒摻混，經(jīng)平衡段后流入透平葉柵試驗段，透平葉片冷卻氣流供給系統(tǒng)將預(yù)定溫度、壓力的氣流輸送至透平靜葉內(nèi)部，實現(xiàn)透平靜葉氣膜冷卻功能。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)對不同工況下燃?xì)馔钙届o葉流道微細(xì)顆粒沉積與換熱特性測試。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種透平靜葉流道微細(xì)污染物顆粒沉積與換熱特性試驗系統(tǒng)，具體涉及一種燃?xì)馔钙届o葉流道微細(xì)顆粒沉積及葉片換熱特性測試試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C是熱功轉(zhuǎn)換利用的核心動力裝備，廣泛應(yīng)用于航空、艦船、電力和石化等領(lǐng)域。隨著單機功率的不斷增大，目前先進的重型燃?xì)廨啓C透平進口溫度已達到1600℃，而先進的航空用燃?xì)廨啓C(航空發(fā)動機)透平進口溫度則超過了1800℃，超過了葉片材料的蠕變極限。因此，目前先進燃?xì)廨啓C均采用熱障涂層加葉片復(fù)合冷卻技術(shù)來降低透平葉片基體表面溫度。

為了提高進口空氣和燃料的清潔度，重型燃?xì)廨啓C進氣系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)均設(shè)有高效的過濾裝置。即便如此，仍有5μm以下微細(xì)顆粒隨空氣或燃料進入燃?xì)廨啓C，沉積在燃燒室及透平流道表面，導(dǎo)致透平葉片等熱端部件換熱特性逐漸惡化。據(jù)統(tǒng)計，高效清潔的IGCC聯(lián)合循環(huán)電廠在運行8000小時后，從燃料和空氣引入的污染物顆粒量高達2噸。對于在惡劣環(huán)境下工作的航空發(fā)動機，通過進口過濾裝置或慣性分離器后，仍有10～100μm的沙粒、飛灰等污染物進入到發(fā)動機流道，產(chǎn)生碰撞、高溫沉積和腐蝕，加速發(fā)動機部件失效。即便是在被美國民航管理局定義為安全顆粒濃度環(huán)境下(2mg/m³)，一臺滿負(fù)荷航空發(fā)動機每秒顆粒攝入量達到1g，這足以對該航空發(fā)動機造成嚴(yán)重危害。

由于燃?xì)庠诹鬟^燃?xì)廨啓C透平第一級靜葉時具有最高的溫度，污染物顆粒的軟化比例相應(yīng)最高，因此污染物顆粒沉積對燃?xì)馔钙降谝患夓o葉冷卻特性的影響最為顯著。另外，由于污染物顆粒在燃?xì)馔钙饺~片表面沉積過程非常復(fù)雜，固體和融化態(tài)的顆粒被燃?xì)鈹y帶進入燃?xì)馔钙搅鞯溃c氣膜冷卻孔噴射出冷氣相互摻混，加之透平葉柵通道內(nèi)次流漩渦的作用，使得葉柵通道內(nèi)顆粒沉積很難預(yù)測。因此，通過試驗方法探索污染物顆粒在燃?xì)廨啓C透平葉片表面的沉積機理及其與葉片氣膜冷卻特性的相互作用機制，對于開發(fā)新型高效的葉片冷卻結(jié)構(gòu)，解決燃?xì)馔钙饺~片的高溫?zé)g及熱障涂層腐蝕問題，實現(xiàn)燃?xì)廨啓C高效長壽命安全運行意義重大。

文獻檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)尚無關(guān)于燃?xì)馔钙饺~片表面污染物顆粒沉積機理的高溫試驗研究的公開報道，國外部分研究單位對燃?xì)馔钙饺~片表面污染物顆粒沉積特性進行了高溫試驗研究，但是相關(guān)研究結(jié)果仍無法揭示高溫燃?xì)猸h(huán)境下燃?xì)馔钙饺~片表面污染物顆粒的具體沉積機理，無法有效指導(dǎo)燃?xì)馔钙饺~片冷卻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種燃?xì)馔钙届o葉流道微細(xì)顆粒沉積與換熱特性測試試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠獲得不同工況下燃?xì)馔钙届o葉通道流場、葉片表面溫度場、微細(xì)顆粒在透平靜葉流道內(nèi)及葉片表面附近的運動行為以及顆粒在透平靜葉表面的沉積分布。

本實用新型采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種燃?xì)馔钙届o葉流道微細(xì)顆粒沉積與換熱特性測試試驗系統(tǒng)，包括燃燒室、主流燃?xì)馔ǖ馈⑼钙饺~柵試驗段、顆粒加料系統(tǒng)、光學(xué)測試系統(tǒng)/紅外熱像系統(tǒng)、透平葉片冷卻氣流供給系統(tǒng)以及試驗尾氣處理系統(tǒng)；其中，

燃燒室的出口連通主流燃?xì)馔ǖ赖娜肟冢髁魅細(xì)馔ǖ赖某隹谶B通透平葉柵試驗段的入口，透平葉柵試驗段的出口連通試驗尾氣處理系統(tǒng)的入口；