[实用新型]一种燃气透平静叶流道微细颗粒沉积与换热特性测试试验系统

说明书

本实用新型公开了一种燃气透平静叶流道微细颗粒沉积与换热特性测试试验系统，透平静叶流道装于透平叶栅试验段内，透平叶栅试验段入口与主流燃气通道出口相连通，透平叶栅试验段出口和试验尾气处理系统入口相连通。透平叶栅试验段前侧面设置有拍摄窗口，光学测试系统/红外热像系统正对拍摄窗口，透平叶栅试验段的侧面设置有打光窗口，光源系统正对打光窗口，工作时，将微细颗粒输送到主流燃气通道内，来自燃烧室的高温燃气与微细颗粒掺混，经平衡段后流入透平叶栅试验段，透平叶片冷却气流供给系统将预定温度、压力的气流输送至透平静叶内部，实现透平静叶气膜冷却功能。本实用新型能够实现对不同工况下燃气透平静叶流道微细颗粒沉积与换热特性测试。

技术领域

本实用新型涉及一种透平静叶流道微细污染物颗粒沉积与换热特性试验系统，具体涉及一种燃气透平静叶流道微细颗粒沉积及叶片换热特性测试试验系统。

背景技术

燃气轮机是热功转换利用的核心动力装备，广泛应用于航空、舰船、电力和石化等领域。随着单机功率的不断增大，目前先进的重型燃气轮机透平进口温度已达到1600℃，而先进的航空用燃气轮机(航空发动机)透平进口温度则超过了1800℃，超过了叶片材料的蠕变极限。因此，目前先进燃气轮机均采用热障涂层加叶片复合冷却技术来降低透平叶片基体表面温度。

为了提高进口空气和燃料的清洁度，重型燃气轮机进气系统和燃料供给系统均设有高效的过滤装置。即便如此，仍有5μm以下微细颗粒随空气或燃料进入燃气轮机，沉积在燃烧室及透平流道表面，导致透平叶片等热端部件换热特性逐渐恶化。据统计，高效清洁的IGCC联合循环电厂在运行8000小时后，从燃料和空气引入的污染物颗粒量高达2吨。对于在恶劣环境下工作的航空发动机，通过进口过滤装置或惯性分离器后，仍有10～100μm的沙粒、飞灰等污染物进入到发动机流道，产生碰撞、高温沉积和腐蚀，加速发动机部件失效。即便是在被美国民航管理局定义为安全颗粒浓度环境下(2mg/m³)，一台满负荷航空发动机每秒颗粒摄入量达到1g，这足以对该航空发动机造成严重危害。

由于燃气在流过燃气轮机透平第一级静叶时具有最高的温度，污染物颗粒的软化比例相应最高，因此污染物颗粒沉积对燃气透平第一级静叶冷却特性的影响最为显著。另外，由于污染物颗粒在燃气透平叶片表面沉积过程非常复杂，固体和融化态的颗粒被燃气携带进入燃气透平流道，与气膜冷却孔喷射出冷气相互掺混，加之透平叶栅通道内次流漩涡的作用，使得叶栅通道内颗粒沉积很难预测。因此，通过试验方法探索污染物颗粒在燃气轮机透平叶片表面的沉积机理及其与叶片气膜冷却特性的相互作用机制，对于开发新型高效的叶片冷却结构，解决燃气透平叶片的高温烧蚀及热障涂层腐蚀问题，实现燃气轮机高效长寿命安全运行意义重大。

文献检索发现，目前国内尚无关于燃气透平叶片表面污染物颗粒沉积机理的高温试验研究的公开报道，国外部分研究单位对燃气透平叶片表面污染物颗粒沉积特性进行了高温试验研究，但是相关研究结果仍无法揭示高温燃气环境下燃气透平叶片表面污染物颗粒的具体沉积机理，无法有效指导燃气透平叶片冷却结构的优化改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃气透平静叶流道微细颗粒沉积与换热特性测试试验系统，该系统能够获得不同工况下燃气透平静叶通道流场、叶片表面温度场、微细颗粒在透平静叶流道内及叶片表面附近的运动行为以及颗粒在透平静叶表面的沉积分布。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：

一种燃气透平静叶流道微细颗粒沉积与换热特性测试试验系统，包括燃烧室、主流燃气通道、透平叶栅试验段、颗粒加料系统、光学测试系统/红外热像系统、透平叶片冷却气流供给系统以及试验尾气处理系统；其中，

燃烧室的出口连通主流燃气通道的入口，主流燃气通道的出口连通透平叶栅试验段的入口，透平叶栅试验段的出口连通试验尾气处理系统的入口；