平板冷却实验装置

本发明涉及燃气轮机涡轮冷却，特别是涉及一种平板冷却实验装置。

背景技术：

1、燃气轮机是一种功率密度较高的动力装置，其中的涡轮在高温环境下工作，为了进一步提高燃气轮机的输出功率，涡轮的入口温度将达到极高的数值，涡轮叶片内部需要加入冷却结构以避免叶片受到高温燃气的侵蚀，而叶片几何结构复杂，加工难度较大，这会导致实验成本增加，为了快速评估冷却结构的性能，可以将冷却结构加入到较为简单的平板进行测试，因此平板冷却实验装置可以为后续的叶栅实验和整机实验提供重要数据。

2、目前已有的平板冷却实验装置主要分为三大类：气膜冷却实验装置、冲击冷却实验装置和内部通道冷却实验装置，其中冲击冷却实验装置和内部通道冷却实验装置为单流道实验装置，而气膜冷却实验装置具有双流道。随着技术的发展，复合冷却结构出现，该冷却结构不同于传统的冷却装置，同时具有外部和内部冷却结构，对该结构进行测试，需要一种新型的实验装置以适应不同尺寸和规格的实验对象。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种平板冷却实验装置，针对涡轮冷却结构的性能进行测试。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种平板冷却实验装置，用于对平板状的实验件进行冷却实验；所述实验件包括用于直接接触热空气的第一实验件，以及用于直接接触冷空气的第二实验件，所述第一实验件和所述第二实验件上均设置过流孔；

4、所述平板冷却实验装置包括依次连接的上游管路、实验管路、下游管路和风机，以及连接所述实验管路的冷空气支路，以及位于所述实验管路外侧的热成像仪；所述上游管路安装有加热装置；所述实验管路上设有第一实验件安装孔和玻璃槽，所述第一实验件安装孔用于固定所述第一实验件，所述玻璃槽内固定红外玻璃，所述红外玻璃正对所述第一实验件安装孔；所述冷空气支路的出口处用于安装所述第二实验件，所述冷空气支路的出口与所述第一实验件安装孔正对；所述热成像仪正对所述红外玻璃。

5、优选地，所述上游管路包括加热段，所述加热装置安装于所述加热段；所述加热段上设有向外凸起的凸起部，以通过所述凸起部增大所述加热段的局部过流面积。

6、优选地，所述凸起部的纵截面为梯形，以使所述加热段的过流面积在气流方向上，先逐渐增大再逐渐减小。

7、优选地，所述加热装置包括多排加热管，所述加热管垂直于所述加热段的轴线，一排所述加热管的连线平行于所述加热段的轴线，至少一排所述加热管伸入所述凸起部内。

8、优选地，所述冷空气支路包括次流通道、混合段和两个入口段；所述次流通道的第一端连接所述实验管路，所述次流通道的第二端连接所述混合段的第一端，所述混合段的第二端封闭，两个所述入口段均连接所述混合段且垂直于所述混合段的轴线，两个所述入口段相互平行且相互错开。

9、优选地，所述混合段内安装有整流板，所述整流板垂直于所述混合段的轴线。

10、优选地，所述平板冷却实验装置还包括一组厚度不同的定距板，所述次流通道与所述实验管路通过一个或多个所述定距板隔开。

11、优选地，所述实验管路上安装有总压探针、皮托管和温度传感器，所述总压探针和所述皮托管位于所述第一实验件安装孔的上游侧，所述温度传感器位于所述第一实验件安装孔的下游侧。

12、优选地，所述平板冷却实验装置还包括端盖；所述玻璃槽的槽底设有用于定位所述红外玻璃的内凸缘，所述玻璃槽的槽口设有内螺纹，所述端盖设有与所述内螺纹匹配的外螺纹，以通过所述端盖与所述玻璃槽的螺纹连接将所述红外玻璃压紧在所述内凸缘上。

13、优选地，所述端盖的边缘设有梯形齿。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、在风机提供的负压吸力作用下，一部分空气进入上游管路，被加热装置加热后进入实验管路，在实验管路内加热第一实验件。另一部分空气(冷空气)进入冷空气支路后，加热冷空气支路内的第二实验件，之后进入实验管路并与实验管路内的热空气混合，之后沿下游管路流动至风机处。上述实验过程用于模拟燃气轮机涡轮叶片中冷却介质对叶片内、外表面进行冷却的过程。热成像仪透过红外玻璃对实验件处的温度分布情况进行实时拍摄，通过对拍摄数据进行分析得到所需实验结果，从而模拟对涡轮冷却结构的性能测试过程。

技术特征：

1.一种平板冷却实验装置，用于对平板状的实验件进行冷却实验；所述实验件包括用于直接接触热空气的第一实验件，以及用于直接接触冷空气的第二实验件，所述第一实验件和所述第二实验件上均设置过流孔；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的平板冷却实验装置，其特征在于：所述上游管路包括加热段，所述加热装置安装于所述加热段；所述加热段上设有向外凸起的凸起部，以通过所述凸起部增大所述加热段的局部过流面积。

3.根据权利要求2所述的平板冷却实验装置，其特征在于：所述凸起部的纵截面为梯形，以使所述加热段的过流面积在气流方向上，先逐渐增大再逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的平板冷却实验装置，其特征在于：所述加热装置包括多排加热管，所述加热管垂直于所述加热段的轴线，一排所述加热管的连线平行于所述加热段的轴线，至少一排所述加热管伸入所述凸起部内。

5.根据权利要求1所述的平板冷却实验装置，其特征在于：所述冷空气支路包括次流通道、混合段和两个入口段；所述次流通道的第一端连接所述实验管路，所述次流通道的第二端连接所述混合段的第一端，所述混合段的第二端封闭，两个所述入口段均连接所述混合段且垂直于所述混合段的轴线，两个所述入口段相互平行且相互错开。

6.根据权利要求5所述的平板冷却实验装置，其特征在于：所述混合段内安装有整流板，所述整流板垂直于所述混合段的轴线。

7.根据权利要求5所述的平板冷却实验装置，其特征在于：还包括一组厚度不同的定距板，所述次流通道与所述实验管路通过一个或多个所述定距板隔开。

8.根据权利要求1所述的平板冷却实验装置，其特征在于：所述实验管路上安装有总压探针、皮托管和温度传感器，所述总压探针和所述皮托管位于所述第一实验件安装孔的上游侧，所述温度传感器位于所述第一实验件安装孔的下游侧。

9.根据权利要求1所述的平板冷却实验装置，其特征在于：还包括端盖；所述玻璃槽的槽底设有用于定位所述红外玻璃的内凸缘，所述玻璃槽的槽口设有内螺纹，所述端盖设有与所述内螺纹匹配的外螺纹，以通过所述端盖与所述玻璃槽的螺纹连接将所述红外玻璃压紧在所述内凸缘上。

10.根据权利要求9所述的平板冷却实验装置，其特征在于：所述端盖的边缘设有梯形齿。

技术总结本发明公开了一种平板冷却实验装置，用于对平板状的实验件进行冷却实验。实验件包括第一实验件和第二实验件。平板冷却实验装置包括依次连接的上游管路、实验管路、下游管路和风机，以及连接实验管路的冷空气支路，以及位于实验管路外侧的热成像仪。上游管路安装有加热装置。实验管路上设有第一实验件安装孔和玻璃槽，第一实验件安装孔用于固定第一实验件，玻璃槽内固定红外玻璃，红外玻璃正对第一实验件安装孔。冷空气支路的出口处用于安装第二实验件，冷空气支路的出口与第一实验件安装孔正对。热成像仪正对红外玻璃。本发明通过热成像仪对实验件处的温度分布情况进行实时拍摄，从而模拟对涡轮冷却结构的性能测试过程。技术研发人员：栾一刚,张力敏,杨连峰,何峥磊,栾佳铭,孙涛,曲永磊受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16