一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试装置及方法与流程

本发明涉及一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试装置及方法，可用于大型汽轮发电机轴流风扇的性能设计和优化，属于发电机通风冷却设计技术领域。

背景技术：

大型发电机通风冷却系统的测试参数、测试方法、测试仪器及试验流程，是发电机研制过程中重要的技术基础。作为风扇轴向通风方式的发电机中最重要的通风部件，风扇的气动特性对发电机的冷却能力和温升水平有着显著影响。发电机定转子集成度高，可供风扇结构布置空间有限，设计适应发电机结构、运行环境、高精度的测试仪器，在新产品开发及科研项目的实施过程中，意义重大。

关于轴流风扇的流量测量，国标GB/T1236-2000有两种标准方法：进口风管法和进口风室法。无论风管法还是风室法，其中的流体力学原理是：静止流体经过一个收敛型的喷管后会产生加速流动，在最小截面处流体静压最低。由进口滞止的气流压力P₀与最低静压P_S之差，按贝努利方程计算得到最小截面处的理想流动速度V_S，采用标定的喷管流量系数μ，获得流过喷管的总流量Q₀，总流量Q₀的计算公式为：

其中：A_s是收敛喷管最小截面面积，ρ₀是进口气体密度。

在轴向通风发电机的轴流风扇上，从实验成本和装置安装的可行性分析，常规轴流风扇测试国标中规定的两种流量测量方法是无法采用的。但是，可以借鉴其中的流体力学原理，从而设计一套针对发电机冷却风扇的专用流量测量装置。

设计的基本思想是：将冷却风扇的一只进口导向叶片进行替换，替换叶片即该套总流量测试装置，其实际上为多个“皮托管”的组合。通过沿导向叶片叶高方向布置的多个皮托管，测量并获得沿叶高方向上的气流的总压和静压分布，按照式(I)计算获得各个测量叶高位置的当地气流流速V_k，再按面积积分，从而计算得到冷却风扇的总流量Q₀。

另外，风扇进口的冷却气体来自定子、转子、气隙等多个发电机区域，进口气流方向紊乱，采用实验室方法测定或模拟计算的方法得到的风扇特性与真机性能有一定的区别，很大程度上这种差异即来自风扇的进口气流方向，进气方向的轴向偏离对风扇性能，尤其是初级叶片的做功性能影响重大。准确测量风扇进气方向对风扇结构设计具有重大意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是提供一种大型汽轮发电机轴流风扇流量测试装置，用于风扇轴向通风发电机风扇真机气动性能测试和研究。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试装置，其特征在于，包括与待测风扇叶片形状相同的主体，所述主体的前缘、后缘分别设有至少一个测压孔一、测压孔二，每个测压孔通过主体内各自的测量管道与压力测量仪器的测压管连接。

优选地，所述测压孔一与测压孔二对称布置，用于测量气流沿叶高方向的总压和静压分布，测压孔一用于总压测量，测压孔二用于静压测量。

优选地，所述主体的单侧或两侧叶面上设有测压孔三，用于测量进口气流角度。

更优选地，所述测压孔三位于主体高度的1/2处，两侧各设有一个测压孔三，用于风扇进口气流方向测量。

本发明还提供了一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试方法，其特征在于，采用至少一个上述汽轮发电机多级轴流风扇流量测试装置，将其平行安装于待测风扇任意一个叶片的一侧，打开风扇进行测试；根据压力测量仪器测得的数据，采用式(I)计算待测风扇的总流量Q₀：

其中，μ为标定的喷管流量系数，A_s为收敛喷管最小截面面积，P₀为进口滞止的气流压力，P_S为最低静压，ρ₀为进口气体密度。总流量Q₀的单位是m³/s，μ为无量纲系数，A_s单位m²，压力与密度之比的单位是m²/s²。

本发明通过测试装置上沿叶高方向若干测点流量的测量风扇流量和进口风向，为进一步优化风扇气动性能，改善发电机通风效率和温升水平，降低发电机通风损耗起到重要作用。

附图说明

图1为本发明提供的一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试装置的透视图；

图2为本发明提供的一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试方法的示意图；

图3为本发明提供的一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试方法的原理图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图1所示，为本实施例提供的一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试装置，其包括与待测风扇叶片形状相同的主体4，所述主体4的前缘、后缘对称布置有五对测压孔一1和测压孔二2，主体4的两侧叶面上各设有一个测压孔三3，测压孔三3位于主体4高度的1/2处。每个测压孔通过主体4内各自的测量管道与压力测量仪器的测压管连接。

一种汽轮发电机多级轴流风扇流量测试方法：将一个上述汽轮发电机多级轴流风扇流量测试装置平行安装于待测风扇任意一个叶片的一侧，打开风扇进行测试(如图2所示，图中箭头为气流方向)；根据压力测量仪器测得的数据，采用式(I)计算待测风扇的总流量Q₀：

其中，μ为标定的喷管流量系数，A_s为收敛喷管最小截面面积，P₀为进口滞止的气流压力，P_S为最低静压，ρ₀为进口气体密度。风向的测定是通过位于叶片两侧的测点3，测得的静压差与试验室的标定值进行对比，得到进口风向。

测量原理如图3所示，图中箭头为气流方向，进口滞止的气流压力由叶片前缘测压孔测得P₀，由叶片后缘测压孔测得P_s。

以风扇转速1002rpm为例，计算过程如下

(1)计算进口气体密度：

(1)计算进口速度

(2)计算进口气流偏角，由Ps1和Ps2测得

通过试验室标定结果查询，气流进口攻角α₃＝5.5

(3)计算各测量点的流量

第1点按边界层计算

Q1＝q₁×(πD_k)＝q₁×π(0.685*2)＝0.197m³/s

第5点按边界层计算

Q5＝q₅×(πD_k)＝q₅×π(0.593*2)＝0.1178m³/s

总流量Q＝Q₁+Q₅+Q_1-5＝10.77m³/s。