本發(fā)明涉及一種汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試裝置及方法，可用于大型汽輪發(fā)電機(jī)軸流風(fēng)扇的性能設(shè)計(jì)和優(yōu)化，屬于發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大型發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的測試參數(shù)、測試方法、測試儀器及試驗(yàn)流程，是發(fā)電機(jī)研制過程中重要的技術(shù)基礎(chǔ)。作為風(fēng)扇軸向通風(fēng)方式的發(fā)電機(jī)中最重要的通風(fēng)部件，風(fēng)扇的氣動(dòng)特性對發(fā)電機(jī)的冷卻能力和溫升水平有著顯著影響。發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子集成度高，可供風(fēng)扇結(jié)構(gòu)布置空間有限，設(shè)計(jì)適應(yīng)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行環(huán)境、高精度的測試儀器，在新產(chǎn)品開發(fā)及科研項(xiàng)目的實(shí)施過程中，意義重大。

關(guān)于軸流風(fēng)扇的流量測量，國標(biāo)GB/T1236-2000有兩種標(biāo)準(zhǔn)方法：進(jìn)口風(fēng)管法和進(jìn)口風(fēng)室法。無論風(fēng)管法還是風(fēng)室法，其中的流體力學(xué)原理是：靜止流體經(jīng)過一個(gè)收斂型的噴管后會產(chǎn)生加速流動(dòng)，在最小截面處流體靜壓最低。由進(jìn)口滯止的氣流壓力P₀與最低靜壓P_S之差，按貝努利方程計(jì)算得到最小截面處的理想流動(dòng)速度V_S，采用標(biāo)定的噴管流量系數(shù)μ，獲得流過噴管的總流量Q₀，總流量Q₀的計(jì)算公式為：

其中：A_s是收斂噴管最小截面面積，ρ₀是進(jìn)口氣體密度。

在軸向通風(fēng)發(fā)電機(jī)的軸流風(fēng)扇上，從實(shí)驗(yàn)成本和裝置安裝的可行性分析，常規(guī)軸流風(fēng)扇測試國標(biāo)中規(guī)定的兩種流量測量方法是無法采用的。但是，可以借鑒其中的流體力學(xué)原理，從而設(shè)計(jì)一套針對發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)扇的專用流量測量裝置。

設(shè)計(jì)的基本思想是：將冷卻風(fēng)扇的一只進(jìn)口導(dǎo)向葉片進(jìn)行替換，替換葉片即該套總流量測試裝置，其實(shí)際上為多個(gè)“皮托管”的組合。通過沿導(dǎo)向葉片葉高方向布置的多個(gè)皮托管，測量并獲得沿葉高方向上的氣流的總壓和靜壓分布，按照式(I)計(jì)算獲得各個(gè)測量葉高位置的當(dāng)?shù)貧饬髁魉賄_k，再按面積積分，從而計(jì)算得到冷卻風(fēng)扇的總流量Q₀。

另外，風(fēng)扇進(jìn)口的冷卻氣體來自定子、轉(zhuǎn)子、氣隙等多個(gè)發(fā)電機(jī)區(qū)域，進(jìn)口氣流方向紊亂，采用實(shí)驗(yàn)室方法測定或模擬計(jì)算的方法得到的風(fēng)扇特性與真機(jī)性能有一定的區(qū)別，很大程度上這種差異即來自風(fēng)扇的進(jìn)口氣流方向，進(jìn)氣方向的軸向偏離對風(fēng)扇性能，尤其是初級葉片的做功性能影響重大。準(zhǔn)確測量風(fēng)扇進(jìn)氣方向?qū)︼L(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是提供一種大型汽輪發(fā)電機(jī)軸流風(fēng)扇流量測試裝置，用于風(fēng)扇軸向通風(fēng)發(fā)電機(jī)風(fēng)扇真機(jī)氣動(dòng)性能測試和研究。

為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試裝置，其特征在于，包括與待測風(fēng)扇葉片形狀相同的主體，所述主體的前緣、后緣分別設(shè)有至少一個(gè)測壓孔一、測壓孔二，每個(gè)測壓孔通過主體內(nèi)各自的測量管道與壓力測量儀器的測壓管連接。

優(yōu)選地，所述測壓孔一與測壓孔二對稱布置，用于測量氣流沿葉高方向的總壓和靜壓分布，測壓孔一用于總壓測量，測壓孔二用于靜壓測量。

優(yōu)選地，所述主體的單側(cè)或兩側(cè)葉面上設(shè)有測壓孔三，用于測量進(jìn)口氣流角度。

更優(yōu)選地，所述測壓孔三位于主體高度的1/2處，兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)測壓孔三，用于風(fēng)扇進(jìn)口氣流方向測量。

本發(fā)明還提供了一種汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試方法，其特征在于，采用至少一個(gè)上述汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試裝置，將其平行安裝于待測風(fēng)扇任意一個(gè)葉片的一側(cè)，打開風(fēng)扇進(jìn)行測試；根據(jù)壓力測量儀器測得的數(shù)據(jù)，采用式(I)計(jì)算待測風(fēng)扇的總流量Q₀：

其中，μ為標(biāo)定的噴管流量系數(shù)，A_s為收斂噴管最小截面面積，P₀為進(jìn)口滯止的氣流壓力，P_S為最低靜壓，ρ₀為進(jìn)口氣體密度。總流量Q₀的單位是m³/s，μ為無量綱系數(shù)，A_s單位m²，壓力與密度之比的單位是m²/s²。

本發(fā)明通過測試裝置上沿葉高方向若干測點(diǎn)流量的測量風(fēng)扇流量和進(jìn)口風(fēng)向，為進(jìn)一步優(yōu)化風(fēng)扇氣動(dòng)性能，改善發(fā)電機(jī)通風(fēng)效率和溫升水平，降低發(fā)電機(jī)通風(fēng)損耗起到重要作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試裝置的透視圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試方法的示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試方法的原理圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

實(shí)施例

如圖1所示，為本實(shí)施例提供的一種汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試裝置，其包括與待測風(fēng)扇葉片形狀相同的主體4，所述主體4的前緣、后緣對稱布置有五對測壓孔一1和測壓孔二2，主體4的兩側(cè)葉面上各設(shè)有一個(gè)測壓孔三3，測壓孔三3位于主體4高度的1/2處。每個(gè)測壓孔通過主體4內(nèi)各自的測量管道與壓力測量儀器的測壓管連接。

一種汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試方法：將一個(gè)上述汽輪發(fā)電機(jī)多級軸流風(fēng)扇流量測試裝置平行安裝于待測風(fēng)扇任意一個(gè)葉片的一側(cè)，打開風(fēng)扇進(jìn)行測試(如圖2所示，圖中箭頭為氣流方向)；根據(jù)壓力測量儀器測得的數(shù)據(jù)，采用式(I)計(jì)算待測風(fēng)扇的總流量Q₀：

其中，μ為標(biāo)定的噴管流量系數(shù)，A_s為收斂噴管最小截面面積，P₀為進(jìn)口滯止的氣流壓力，P_S為最低靜壓，ρ₀為進(jìn)口氣體密度。風(fēng)向的測定是通過位于葉片兩側(cè)的測點(diǎn)3，測得的靜壓差與試驗(yàn)室的標(biāo)定值進(jìn)行對比，得到進(jìn)口風(fēng)向。

測量原理如圖3所示，圖中箭頭為氣流方向，進(jìn)口滯止的氣流壓力由葉片前緣測壓孔測得P₀，由葉片后緣測壓孔測得P_s。

以風(fēng)扇轉(zhuǎn)速1002rpm為例，計(jì)算過程如下

(1)計(jì)算進(jìn)口氣體密度：

(1)計(jì)算進(jìn)口速度

(2)計(jì)算進(jìn)口氣流偏角，由Ps1和Ps2測得

通過試驗(yàn)室標(biāo)定結(jié)果查詢，氣流進(jìn)口攻角α₃＝5.5

(3)計(jì)算各測量點(diǎn)的流量

第1點(diǎn)按邊界層計(jì)算

Q1＝q₁×(πD_k)＝q₁×π(0.685*2)＝0.197m³/s

第5點(diǎn)按邊界層計(jì)算

Q5＝q₅×(πD_k)＝q₅×π(0.593*2)＝0.1178m³/s

總流量Q＝Q₁+Q₅+Q_1-5＝10.77m³/s。