一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試裝置及方法與流程
本發明涉及一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試裝置及方法，可用于大型汽輪發電機軸流風扇的性能設計和優化，屬于發電機通風冷卻設計技術領域。
背景技術：
大型發電機通風冷卻系統的測試參數、測試方法、測試儀器及試驗流程，是發電機研制過程中重要的技術基礎。作為風扇軸向通風方式的發電機中最重要的通風部件，風扇的氣動特性對發電機的冷卻能力和溫升水平有著顯著影響。發電機定轉子集成度高，可供風扇結構布置空間有限，設計適應發電機結構、運行環境、高精度的測試儀器，在新產品開發及科研項目的實施過程中，意義重大。
關于軸流風扇的流量測量，國標GB/T1236-2000有兩種標準方法：進口風管法和進口風室法。無論風管法還是風室法，其中的流體力學原理是：靜止流體經過一個收斂型的噴管后會產生加速流動，在最小截面處流體靜壓最低。由進口滯止的氣流壓力P0與最低靜壓PS之差，按貝努利方程計算得到最小截面處的理想流動速度VS，采用標定的噴管流量系數μ，獲得流過噴管的總流量Q0，總流量Q0的計算公式為：
其中：As是收斂噴管最小截面面積，ρ0是進口氣體密度。
在軸向通風發電機的軸流風扇上，從實驗成本和裝置安裝的可行性分析，常規軸流風扇測試國標中規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原理，從而設計一套針對發電機冷卻風扇的專用流量測量裝置。
設計的基本思想是：將冷卻風扇的一只進口導向葉片進行替換，替換葉片即該套總流量測試裝置，其實際上為多個“皮托管”的組合。通過沿導向葉片葉高方向布置的多個皮托管，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)計算獲得各個測量葉高位置的當地氣流流速Vk，再按面積積分，從而計算得到冷卻風扇的總流量Q0。
另外，風扇進口的冷卻氣體來自定子、轉子、氣隙等多個發電機區域，進口氣流方向紊亂，采用實驗室方法測定或模擬計算的方法得到的風扇特性與真機性能有一定的區別，很大程度上這種差異即來自風扇的進口氣流方向，進氣方向的軸向偏離對風扇性能，尤其是初級葉片的做功性能影響重大。準確測量風扇進氣方向對風扇結構設計具有重大意義。
技術實現要素：
本發明所要解決的問題是提供一種大型汽輪發電機軸流風扇流量測試裝置，用于風扇軸向通風發電機風扇真機氣動性能測試和研究。
為了解決上述問題，本發明的技術方案是提供一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試裝置，其特征在于，包括與待測風扇葉片形狀相同的主體，所述主體的前緣、后緣分別設有至少一個測壓孔一、測壓孔二，每個測壓孔通過主體內各自的測量管道與壓力測量儀器的測壓管連接。
優選地，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。
優選地，所述主體的單側或兩側葉面上設有測壓孔三，用于測量進口氣流角度。
更優選地，所述測壓孔三位于主體高度的1/2處，兩側各設有一個測壓孔三，用于風扇進口氣流方向測量。
本發明還提供了一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試方法，其特征在于，采用至少一個上述汽輪發電機多級軸流風扇流量測試裝置，將其平行安裝于待測風扇任意一個葉片的一側，打開風扇進行測試；根據壓力測量儀器測得的數據，采用式(I)計算待測風扇的總流量Q0：
其中，μ為標定的噴管流量系數，As為收斂噴管最小截面面積，P0為進口滯止的氣流壓力，PS為最低靜壓，ρ0為進口氣體密度。總流量Q0的單位是m3/s，μ為無量綱系數，As單位m2，壓力與密度之比的單位是m2/s2。
本發明通過測試裝置上沿葉高方向若干測點流量的測量風扇流量和進口風向，為進一步優化風扇氣動性能，改善發電機通風效率和溫升水平，降低發電機通風損耗起到重要作用。
附圖說明
圖1為本發明提供的一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試裝置的透視圖；
圖2為本發明提供的一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試方法的示意圖；
圖3為本發明提供的一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試方法的原理圖。
具體實施方式
為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
實施例
如圖1所示，為本實施例提供的一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試裝置，其包括與待測風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的兩側葉面上各設有一個測壓孔三3，測壓孔三3位于主體4高度的1/2處。每個測壓孔通過主體4內各自的測量管道與壓力測量儀器的測壓管連接。
一種汽輪發電機多級軸流風扇流量測試方法：將一個上述汽輪發電機多級軸流風扇流量測試裝置平行安裝于待測風扇任意一個葉片的一側，打開風扇進行測試(如圖2所示，圖中箭頭為氣流方向)；根據壓力測量儀器測得的數據，采用式(I)計算待測風扇的總流量Q0：
其中，μ為標定的噴管流量系數，As為收斂噴管最小截面面積，P0為進口滯止的氣流壓力，PS為最低靜壓，ρ0為進口氣體密度。風向的測定是通過位于葉片兩側的測點3，測得的靜壓差與試驗室的標定值進行對比，得到進口風向。
測量原理如圖3所示，圖中箭頭為氣流方向，進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Ps。
以風扇轉速1002rpm為例，計算過程如下
(1)計算進口氣體密度：
(1)計算進口速度
(2)計算進口氣流偏角，由Ps1和Ps2測得
通過試驗室標定結果查詢，氣流進口攻角α3＝5.5
(3)計算各測量點的流量
第1點按邊界層計算
Q1＝q1×(πDk)＝q1×π(0.685*2)＝0.197m3/s
第5點按邊界層計算
Q5＝q5×(πDk)＝q5×π(0.593*2)＝0.1178m3/s
總流量Q＝Q1+Q5+Q1-5＝10.77m3/s。
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