Стенд для исследования направляющих аппаратов микротурбин Советский патент 1985 года по МПК G01M15/00 

4

СО

СО

ел Изобретение относится к испытательиьм стендам, а именно к испытательнЫлМ стендам для исследования направляющих аппаратов паровых и газовых турбин малой производительности или турбодетандеров. Известен стенд для исследования направляющих аппаратов микротурбин содержащий исследуемый направляющий аппарат, неподвижно закрепленкьж в корпусе J и спрямляющую крыльчатку связанную с качаюаимся в .подшипниках валом5 которьш удерживается в неподви/кном состоянии наружном рыча Однарсо этот стенд предназначен для исследования крупных направляю™ 1ДИХ аппаратов с высотой лопаток 26 мм„ В этом случае часть воздуха проходит помимо спрямляющей крьшьчатки в зазор между корпусом и крыльчаткой и не дает момента, что вносит погрешность в опредеотение эф фективности. Прн значительных высот лопаток направляющих аппаратов и небольших зазорагл величина погрешности невелика, с уменьшением размеров лопаток погрешность возрастае Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаем му результату является стенд для ис следования направляющихаппаратов микротурбин, содержащий корпус, раз мещенные в нем исследуемый направляющий аппарат, спрямляющую крыльчатку j консольно установленную на валу, расположенном в газовых опорах и соединенном с рычагом, взаимо действующим с измерительными весами 2 .

Недостатком известного испытательного стенда является то, что часть газа, вышедшего из направляющего аппарата, не попадает в спрямляющую крыльчатку, а утекает через зазоры меж,цу корпусом и спрямляющей крыльчаткой. Из-за наличия указанных утечек появляется систематическая погрешность при определении момента количества движения,потока после выхода его из направляющего аппарата.

Эта погрешность CHiiKaeT точность определения эффективности на,правляющего аппарата, она особенно велика (до 100%) при испытаниях направляющих аппаратов микротурбин, площадь проходного сечения которых сопоста™

Спрямляющая крыльчатка 4 консольно установлена на валу 7, расположенном в газовых опорах 8 и соединенном с рычагом 9, взаимодействующим с измерительными весами 10,фиксирующими момент количества движения, действующий на исследуемый аппарат 3. Между крыльчаткой 4 и газовыми опорами 8 установлено илабиринтное уплотнение 11. Тороцилиндрическая оболочка 6 установлена с зазором 12 относительно фланца 2 корпуса 1, в котором в зоне выхода спрямляющей крыльчатки .4 выполнена кольцевая камера 13 и к ней подключен источник газа высокого давления (не показан), соединенный с корпусом 1. системой 5 с площадью зазоров между корпусом и спрямляющей крыльчаткой„ Цель изобретения повышение точности исследования при определении момента количества дви7кения5 действующего на исследуемый аппарат путем устранения утечек газа. Указанная цель достигается тем, что в стенде для исследования направляющ1-1х аппаратов микротурбигг, содержащем корпус, размещенные в нем исследуемый направляющ1-ш аппарат, спрямляющую крыльчатку, консольно установленную на Baxiyj расположенном в газовых опорах и соединенном с рычагоМу взаимодействуюпщм с измерительными весамиJ спрямляющая крыльчатка снабжена тороцилиндрической оболочкойJ расположенной с зазором относительно корпусаj и имеет осевой вьпсод, а в корпусе в зоне выхода спрямляющей крыльчатки выполнена кольцевая камера и к ней подключен источник газа высокого давления. На фиг, 1 представлена схема стенда для исследования направляюа1их аппаратов микротурбин; на фиг, 2 спрямляющая крыльчатка, на фиг, 3 сечение. на фиг о 2. на фиг 4 вид Б на фиг. 2 (без тороцилиндрической оболочки), на фиг„ 5 - кривая зависимости угла выхода потока из крыльчатки„ Стенд содерлшт корпус 1 со съемным фланцем 2, размещенные в корпусе 1 исследуемый направляющий аппарат 3, закрепленный на съемном фланце 2 корпуса 1, спрямляющую крьшьчатку 4 с радиальными лопатками 5, на которьк закреплена тороцилиндрическая оболочка 6.

3

14 коммуникаций с регулирующей арматурой, состоящей из вентиля 15 подачи рабочего газа, на направляющ™ аппарат 3, вентиля 16 подачи газа повышенного давления в кольцевую камеру 13 на вькоде из спрямляющей крыльчатки 4 и вентиля 17 подачи газа повьшгенного давления в кольцевую камеру 18 за лабиринтным уплотнением 11, а также содержит расходе™ мер 19, контрольно-измерительные приборы 20 для определения давления и температуры на входе в стендsманометр 21 для измерения давления за направляющим аппаратом 3 и дифманометры 22 и 23 для контроля нуле вого перепада давления в зазоре 12 между съемным фланцем 2 корпуса 1 и тороцилиндрической- оболочкой 6 .спрямляющей крыльчатки 4, а также в зазоре 24 между корпусом 1 и тыльной стороной крыльчатки 4, соединенном с дифманометром 23 импульсными отверстиями 25, Аналогично заз.ор 12 соединен с дифманометром 22 импульсньп и отверстиями 26,

Кольцевые камеры 13 и 18 подачи газа повышенного давления соединены с зазорами 12 и 24 соответственно.

Спрямляющая крыльчатка 4 (фиг.2) имеет число Z радиальных лопаток .5, Радийльные лопатки 5 имеют внешний диаметр d и длину В и расположены на расстоянии шага t одна от другой (фиг, 3)

Во избежание влияния концов радиальных лопаток 5 на показания дифманометра 22 импульсные отверстия 25 размещены на расстоянии & 0,2 длины В радиальной лопатки 5 спрямляющей крыльчатки 4 от ее концов (фиг. 1).

Поток газад выходящий с радиальных лопаток 5 cпpя отяющeй крыльчатки .4, имеет угол выхода о4 (фиг,4)

Во избежание систематической погрешности, связанной с наличием закрутки потока на вг-тходе из спрямляющей крыльчатки 4, поток на выходе из спрямляющей крыльчатки должен : иметь осевое направлениеj т.е. угол Ci, 90°.

491354

Для того, чтобы направление потока входа на радиальные лопатки 5 не влияло на осевой выход, отношение шага лопаток t к их В должно 5 быть не более 0,3; а отношение длины лопаток В к их внешнему диаметру d - не менее 10,/Z,

Это подтверждается экспериментальным графиком (фиг„ 5)5 на котором 10 представлено изменение величины угла йыхода потока (, 2 от отношения В к i,

При числе лопаток и отношении B/d, приближающемся к 2, направ 5 ление потока становится осевым (о, 90°),

Стенд работает следующим образом.

При подаче газа высокого давления (на фиг, 1 не показано) на опоры 20 8 взвешивается вал 7 с закрепленной на нем спрямляющей крыльчаткой 4. Затем через вентиль 15, расходомер 19 и контрольно Р13мерительные приборы 20 подается рабочий газ в корпус 25 1 на испытываемый направляющий аппарат 3

В кольцевые камеры 13 и 18 через вентили 15 и 17 подается газ высокого давления до тех пор, пока не уста3Q новится нулевой перепад давлений в импульсных отверстиях 25 и 26, измеряемьй дифмaнoмeтpa ш 22 и 23,

При дост1 жении нулевого перепада давлений в и шyльcныx отверстиях 25 и 26, о чем свидетельствуют нулевые показания дифманометров 22 и 23, производится замер момента коли гества движения с помощью измерительных весов 10о

Замер количества момента двюкения при нулевом перепаде давлений позволяет устранить систематическую погрешностьJ возникающую из-за нали чин утечек.

Как показали испытания, проведен ные на предлагаемом стенде, устране ние указанной погрешности позволяет повысить точность определения эффек тивности направляющ1.1х аппаратов га jQ зовых турбин от 20 до 100% в зависимости от величины проходных сечений направляющих аппаратов.

w

г

22

Фиг.1

7)-/l

5.

/

U2.2

ui.5

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ АППАРАТОВ МИКРОТУРБИН, содержащий корпус, размещенные в нем исследуемьй направляющий аппарат, спрямляющую крьшьчатку, консольнр установленную на валу, расположенном в газовых опорах и соединенном с рычагом, взаимодействующим с измерительными весами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности исследования при определении момента количества движения, действующего на исследуемый аппарат, путем устранения утечек газа, спрямляющая крыльчатка снабжена тороцилиндрической оболочкой, расположенной -с зазором относительно корпуса, и имеет осевой выкод, а в корпусе в зоне выхода спрямляю(Л щей крьшьчатки выполнена, кольцевая с: камера и к ней подключен источник газа высокого давления.

90

C(2x

Pui.f

6/d

12

Фиг. 5