对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法
【专利摘要】对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法。本发明提供了一种旋转部件的孔或间隙流量测试方法，包括以下具体步骤：1）将旋转部件上待测量的孔或间隙密封，进行透平机流场参数测试，测量不同工况下、流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量，得到流量曲线；2）将上述旋转部件上被测量的孔或间隙的密封解除，再进行透平机流场参数测试，测量与步骤1）相同工况下、流过该旋转部件的总流量，得到流量曲线；3）根据两次试验得到的流量曲线对应相同工况进行插值换算、拟合得到流量差曲线，即为对应工况下流过该旋转部件上被测量的孔或间隙的流量曲线。根据本发明方法得到的流量曲线，有效地选取到叶轮平衡孔尺寸、枞树形叶根间隙大小等零部件参数，利于透平机的有效设计、选材和制造。
【专利说明】对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及流量测量领域，具体是对汽轮机、燃气轮机等透平机的叶轮平衡孔、动叶叶根安装间隙等旋转部件孔或间隙的流量试验研究。
【背景技术】
[0002]汽轮机、燃气轮机等透平机旋转部件上的隔板汽封、动叶根部径向汽封、叶轮平衡孔和揪树形动叶叶根安装间隙的流量系数是否选取正确、影响到各结构之间的流量平衡，从而影响到叶轮平衡孔的尺寸、动叶叶根安装间隙的选取，影响到汽轮机机组转子轴向推力和效率计算的准确性。
[0003]目前，对上述透平机上的小间隙流量的研究手段主要包括数值计算和试验两种。数值计算过程中，计算模型的选取对计算结果的影响较大，且对于复杂形式的叶根进行计算、其数学模型的建立较为困难。因此，即使进行了数值计算，还需要通过试验验证其计算结果是否与实际相符，并通过试验结果不断修正计算模型，使计算更加准确。
[0004]现有针对透平机流量参数测试试验，一般只对上述汽封间隙等动静间隙或静止件之的间隙进行流量测试。因为透平机旋转部件上孔或间隙的流量不是单一存在的，往往和动静之间的间隙流量混合在一起、无法单独分辨出来，所以无法单独对旋转部件上的孔或间隙进行测量。因此，国内外尚未有透平机流场参数测试对透平机旋转部件的孔或间隙流量进行测量的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于:设计一种旋转部件的孔或间隙流量测试方法，精确测量汽轮机叶轮平衡孔、动叶叶根安装间隙等旋转部件孔或间隙的流量。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
一种对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，包括以下具体步骤:
1)将旋转部件上待测量的孔或间隙密封，进行透平机流量参数测试，测量不同工况下、流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量，得到流量曲线；
2)将上述旋转部件上被测量的孔或间隙的密封解除，再进行透平机流量参数测试，测量与步骤1)相同工况下、流过该旋转部件的总流量，得到流量曲线；
3)根据两次试验得到的流量曲线对应相同工况进行插值换算、拟合得到流量差曲线，即为对应工况下流过该旋转部件上被测量的孔或间隙的流量曲线。
[0007]所述旋转部件上的孔是具有规则形状的间隙孔，如叶轮平衡孔、燃气轮机静动叶气膜冷却孔。
[0008]所述旋转部件上的间隙是具有不规则形状的间隙，如动叶叶根安装间隙。
[0009]所述叶轮上沿轴向钻有贯通其两端面的螺纹孔、该螺纹孔上可拆卸连接具有外螺纹的套筒，作为叶轮平衡孔。
[0010]所述套筒有若干个，其外径与螺纹孔一致、内径不同。
[0011]本发明所产生的有益效果为:
本发明利用特殊的实验结构和首创的试验方法，解决了【背景技术】中无法测量通过旋转部件上的孔或间隙的流量的问题，精确得到叶轮平衡孔、动叶叶根安装间隙等旋转部件上的孔或间隙的流量变化曲线。在透平机设计中，根据本发明方法得到的流量曲线和旋转部件的流量平衡方程，能够准确计算透平机机组转子轴向推力和效率，有效选取叶轮平衡孔尺寸、揪树形叶根间隙大小等零部件的个数和尺寸参数，有利于透平机的有效设计、选材和制造。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为采用本发明对平衡孔流量测试时的结构示意图；
图2为采用本发明对动叶叶根间隙流量测试时的结构示意图；
图中标号表示:1-隔板汽封、2-叶轮平衡孔、3-根部径向汽封、4-叶轮、I！-动叶叶根安装间隙、？0-进口处的流量总压强、10-进口处的流量总温度、？1~隔板汽封前的流量压强、11-隔板汽封前的流量温度、隔板汽封后的流量压强、12-隔板汽封后的流量温度、？3-旋转部件后的流量压强、13-旋转部件后的流量温度、隔板汽封流量、(^2-根部径向汽封流量、63-叶轮平衡孔流量、64-动叶叶根安装间隙流量。
【具体实施方式】
[0013]如图1、2所示，透平机旋转部件的孔或间隙包括有:叶轮平衡孔2、燃气轮机静动叶气膜冷却孔等具有规则形状的间隙孔，和动叶叶根安装间隙11等具有不规则形状的间隙。要测试上述旋转部件上的孔或间隙的流量，就必须将该部分的流量从旋转部件的总漏气量中分离开来。在进行透平机流场参数测试的结构设计时，将旋转部件的孔或间隙、隔板汽封1和根部径向汽封3组合在一起模拟实际现场环境，测量各间隙在不同工况下的流量系数，从而接近于实际工作状态。
[0014]对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，包括以下具体步骤:
1)将旋转部件上待测量的孔或间隙密封，进行透平机流场参数测试，测量不同工况下、流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量，得到流量曲线；
2)将上述旋转部件上被测量的孔或间隙的密封解除，再进行透平机流场参数测试，测量与步骤1)相同工况下、流过该旋转部件的总流量，得到流量曲线；
3)根据两次试验得到的流量曲线对应相同工况进行插值换算、拟合得到流量差曲线，即为对应工况下流过该旋转部件上被测量的孔或间隙的流量曲线。
[0015]实施例一
如图1所示，以透平机旋转部件上的叶轮平衡孔2为例，具体说明本发明对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，试验分两步进行:
一、使用可拆卸的部件(如密封胶等)将叶轮平衡孔2密封，这样在透平机流场参数测试试验中，气流仅从隔板汽封1间隙和根部径向汽封3间隙流出。进行透平机流场参数测试，调节试验参数以模拟不同工况，即调节实验结构进口处的总压强？0、进口处的总温度丁0、隔板汽封前的压强？1、隔板汽封前的温度了1、隔板汽封后的压强？2、隔板汽封后的温度丁2、旋转部件后的压强？3和旋转部件后的温度！'3。并在不同工况下，实时测量旋转部件后的流量，根据与其对应的隔板汽封前的压强？1和隔板汽封后的压强？2的压比、得到流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量随压比变化的曲线；根据与其对应的隔板汽封前的温度丁1和隔板汽封后的温度12的温比、得到流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量随温比变化的曲线。
[0016]在叶轮平衡孔2密封有效的情况下:
步骤一实时测量的旋转部件后的流量=根部径向汽封流量似=隔板汽封流量以=流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量。
[0017]二、解除叶轮平衡孔2的密封，这样在透平机流场参数测试试验中，气流可以从隔板汽封1间隙、根部径向汽封3间隙和叶轮平衡孔2流出。进行透平机流场参数测试，调节与第一步相同的试验参数以模拟工况，并在不同工况下，实时测量旋转部件后的流量，根据与其对应的隔板汽封前的压强和隔板汽封后的压强？2的压比、得到流过该旋转部件的总流量随压比变化的曲线；根据与其对应的隔板汽封前的温度II和隔板汽封后的温度丁2的温比、得到流过该旋转部件的总流量随温比变化的曲线。
[0018]此时:
步骤二实时测量的旋转部件后的流量=根部径向汽封流量似’ +叶轮平衡孔流量⑵=隔板汽封流量61’ =流过该旋转部件的总流量。
[0019]当根部径向汽封3的齿间隙不变时，通过其的流量仅与压比有关，因此，在相同的进、出口压比下进行试验，根部径向汽封流量似=根部径向汽封流量似’。因此，再根据上述步骤一和二的试验结果，可知:
叶轮平衡孔流量￠3 =步骤二实时测量的旋转部件后的流量一根部径向汽封流量似’=步骤二实时测量的旋转部件后的流量一根部径向汽封流量￠2 =步骤二实时测量的旋转部件后的流量一步骤一实时测量的旋转部件后的流量。
[0020]根据上式计算出流过该旋转部件的总流量和流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量对应相同工况时的流量差，从而得到不同工况下叶轮平衡孔2的流量63。此时，可以使用算得的叶轮平衡孔流量63、根据不同的压比或温比得到叶轮平衡孔流量随压比或温比的变化曲线。
[0021]本【具体实施方式】中，是将步骤一和二得到的曲线进行插值换算、拟合得到流量差曲线，即为对应工况下流过叶轮平衡孔2的流量曲线。
[0022]在对该叶轮平衡孔2进行试验时，还需考虑其互换性，因此设计有如下节流孔形式的特殊叶轮平衡孔2:在叶轮4上沿轴向钻有贯通其两端面的螺纹孔、该螺纹孔上可拆卸连接具有外螺纹的套筒，作为叶轮平衡孔2。其中:套筒有若干个，其外径与螺纹孔一致、内径不同。如此，可以进行不同直径的叶轮平衡孔2系列试验，为保证隔板汽封1间隙及根部径向汽封3的间隙不变，更换叶轮平衡孔2的套筒从叶轮4的外侧(排气侧)进行。需要注意的是，旋转部件上的其他间隙也可以设计成类似于该叶轮平衡孔2的可调结构。
[0023]实施例二
如图2所示，以透平机旋转部件上的动叶叶根安装间隙I！为例，具体说明本发明对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，试验分两步进行:
一、使用可拆卸的部件(如密封胶等)将动叶叶根安装间隙11密封，这样在透平机流场参数测试试验中，气流仅从隔板汽封1间隙和根部径向汽封3间隙流出。进行透平机流场参数测试，调节试验参数以模拟不同工况，即调节实验结构进口处的流量总压强？0、进口处的流量总温度10、隔板汽封前的流量压强？1、隔板汽封前的流量温度I1、隔板汽封后的流量压强？2、隔板汽封后的流量温度12、旋转部件后的流量压强？3和旋转部件后的流量温度丁3。并在不同工况下，实时测量旋转部件后的流量，根据与其对应的隔板汽封前的压强？1和隔板汽封后的压强？2的压比、得到流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量随压比变化的曲线；根据与其对应的隔板汽封前的温度II和隔板汽封后的温度12的温比、得到流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量随温比变化的曲线。
[0024]在动叶叶根安装间隙I！密封有效的情况下:
步骤一实时测量的旋转部件后的流量=根部径向汽封流量似=隔板汽封流量以=流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量。
[0025]二、解除动叶叶根安装间隙I！的密封，这样在透平机流场参数测试试验中，气流可以从隔板汽封1间隙、根部径向汽封3间隙和动叶叶根安装间隙I！流出。进行透平机流场参数测试，调节与第一步相同的试验参数以模拟工况，并在不同工况下，实时测量旋转部件后的流量，根据与其对应的隔板汽封前的压强？1和隔板汽封后的压强？2的压比、得到流过该旋转部件的总流量随压比变化的曲线；根据与其对应的隔板汽封前的温度II和隔板汽封后的温度12的温比、得到流过该旋转部件的总流量随温比变化的曲线。
[0026]此时:
步骤二实时测量的旋转部件后的流量=根部径向汽封流量似’ +动叶叶根安装间隙流量(? =隔板汽封流量以’=流过该旋转部件的总流量。
[0027]当根部径向汽封3的齿间隙不变时，通过其的流量仅与压比有关，因此，在相同的进、出口压比下进行试验，根部径向汽封流量似=根部径向汽封流量似’。因此，再根据上述步骤一和二的试验结果，可知:
动叶叶根安装间隙流量％ =步骤二实时测量的旋转部件后的流量一根部径向汽封流量62’ =步骤二实时测量的旋转部件后的流量一根部径向汽封流量似=步骤二实时测量的旋转部件后的流量一步骤一实时测量的旋转部件后的流量。
[0028]根据上式计算出流过该旋转部件的总流量和流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量对应相同工况时的流量差，从而得到不同工况下动叶叶根安装间隙11的流量(?。此时，可以使用算得的动叶叶根安装间隙流量(?、根据不同的压比或温比得到叶轮平衡孔流量随压比或温比的变化曲线。
[0029]本【具体实施方式】中，是将步骤一和二得到的曲线进行插值换算、拟合得到流量差曲线，即为对应工况下流过动叶叶根安装间隙11的流量曲线。
【权利要求】
1.一种对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，其特征在于，包括以下具体步骤: 1)将旋转部件上待测量的孔或间隙密封，进行透平机流量参数测试，测量不同工况下、流过旋转部件的动子和静子之间汽封间隙的流量，得到流量曲线； 2)将上述旋转部件上被测量的孔或间隙的密封解除，再进行透平机流量参数测试，测量与步骤I)相同工况下、流过该旋转部件的总流量，得到流量曲线； 3)根据两次试验得到的流量曲线对应相同工况进行插值换算、拟合得到流量差曲线，即为对应工况下流过该旋转部件上被测量的孔或间隙的流量曲线。
2.根据权利要求1所述对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，其特征在于，所述旋转部件上的孔是具有规则形状的间隙孔，如叶轮平衡孔、燃气轮机静动叶气膜冷却孔。
3.根据权利要求1所述对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，其特征在于，所述旋转部件上的间隙是具有不规则形状的间隙，如动叶叶根安装间隙。
4.根据权利要求3所述对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，其特征在于，所述叶轮上沿轴向钻有贯通其两端面的螺纹孔、该螺纹孔上可拆卸连接具有外螺纹的套筒，作为叶轮平衡孔。
5.根据权利要求4所述对透平机旋转部件的孔或间隙流量的测量方法，其特征在于，所述套筒有若干个，其外径与螺纹孔一致、内径不同。
【文档编号】G01F1/00GK104457860SQ201410657341
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】江生科, 田朝阳 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司