一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统的制作方法

本发明属于燃气轮机技术领域，尤其涉及一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统。

背景技术：

当前，随着环境保护要求的提高，航空发动机的排放要求逐渐提升，燃烧室作为燃气轮机的核心部件，其运行的燃烧效率、稳定工作范围、出口温度分布、排放性能等指标直接影响燃气的总体性能，为了提高发动机的功率，发动机压比逐步提高，并且有利于降低燃油消耗率，但是随之而来的问题是，燃烧室进气温度和进气总压的提高，目前的国内燃烧系统很难实现高温高压进气条件，燃烧室试验常常需要在常压常温或者降压降温的进气条件下运行，对燃烧室部件的测试结果常常需要外推得到设计状态的性能参数。若能实现高温高压进气条件，则能更加真实、准确的验证燃烧室性能。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，包括空气压缩系统、三级加热系统、试验系统、排气系统，所述空气压缩系统的输出端与三级加热系统的输入端相连，所述三级加热系统的输出端与试验系统的输入端相连，所述试验系统的输出端与排气系统的输入端相连。

优选地，所述的一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，所述空气压缩系统包括第一级螺杆压缩装置和第二级增压机压缩装置，所述第一级螺杆压缩装置的输出端与第二级增压机压缩装置的输入端相连；

所述第一级螺杆压缩装置由第一空气过滤器、低压螺杆机、第一低压稳压罐、第一低压安全阀、消音器和低压调压阀组构成，所述第一空气过滤器的输出端与低压螺杆机的输入端相连，所述低压螺杆机的输出端与第一低压稳压罐的输入端相连，所述第一低压稳压罐上设置有第一低压安全阀和消音器，所述第一低压稳压罐的输出端与低压调压阀组的输入端相连；

所述第二级增压机压缩装置由高压切换阀、增压机、高压稳压罐、高压安全阀和高压调压阀组构成，所述高压切换阀的输出端与增压机的输入端相连，所述增压机的输出端与高压稳压罐的输入端相连，所述高压稳压罐上设置有高压安全阀和消音器，所述高压稳压罐的输出端与高压调压阀组的输入端相连；

在第一级螺杆式压缩装置与第二级增压机压缩装置之间还连通有换热器，所述换热器上设置有冷却塔。

优选地，所述的一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，所述高压调压阀组和低压调压阀组的输出端与第一低流量计的输入端相连，所述第一低流量计输出端与第二低流量计的输入端相连，并在第二低流量计上并接有低流量计切换阀相连通，所述第二低流量计的输出端与三级加热系统相连。

优选地，所述三级加热系统包括回热预热装置、燃烧间接加热装置以及电加热装置，其中，

所述回热预热装置由消音器、第二低压安全阀、第二空气过滤器、螺杆压缩机、第二低压稳压罐、空气流量调节阀、空气流量计和回热器构成，所述第二空气过滤器的输出端与螺杆压缩机的输入端相连，所述螺杆压缩机的输出端与第二低压稳压罐的输入端相连，所第二述低压稳压罐的输出端与空气流量调节阀的输入端相连，所述空气流量调节阀的输出端与空气流量计的输入端相连，所述空气流量计的输出端与回热器的输入端相连；所述螺杆压缩机的输出端与第二低压安全阀的输入端相连，所述第二低压安全阀的输出端与消音器的输入端相连；

所述燃烧间接加热装置包括燃烧器、第三油箱、第三油泵、第三液体流量计和第三液体压力调节阀，所述第三油箱的输出端与第三油泵的输入端相连，所述第三油泵的输出端与第三液体流量计的输入端相连，所述第三液体流量计的输出端与第三液体压力调节阀的输入端相连，所述第三液体压力调节阀的输出端与燃烧器的输入端相连，所述燃烧器的回热端与回热器的输出端相连；

所述电加热装置包括换热加热器和电加热器，所述换热加热器的输入端与空气压缩系统的输出端相连，所述换热加热器的输出端与电加热器的输入端相连，所述换热加热器的换热端与回热器的输入端相连，所述电加热器的输出端与试验系统的输入端相连。

优选地，所述的一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，所述回热器的第二排气端与排气塔的输入端相连，所述第二排气塔上设置有消音器。

优选地，所述的一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，所述试验系统包括低压试验机构、高压试验机构和监控及显示机构，所述低压试验机构和高压试验机构相互立设置，所述低压试验机构和高压试验机构的数据输出端与监控及显示机构的输入端相连；

所述低压试验机构包括低压试验管路燃料供应机构、低压管路切换阀、低压试验前进气段、低压试验段、低压试验水冷后测量段和低压喷水冷却系统，所述低压管路切换阀的输入端与三级加热系统的输出端相连，所述低压管路切换阀的输出端与低压试验前进气段的输入端相连，所述低压试验前进气段的输出端与低压试验段的输入端相连，所述低压试验段的输出端与低压试验水冷后测量段的输入端相连，所述低压试验水冷后测量段的输出端与低压喷水冷却系统输入端相连；

所述低压试验管路燃料供应机构包括第一低压试验管路燃料供应装置、第二低压试验管路燃料供应装置和第三低压试验管路燃料供应装置，所述第一低压试验管路燃料供应装置、第二低压试验管路燃料供应装置和第三低压试验管路燃料供应装置的输出端分别与低压试验前进气段、低压试验段和低压试验水冷后测量段的进料端相连；

所述高压试验机构包括高压试验管路燃料供应机构、高压管路切换阀、高压试验前进气段、高压试验段、高压试验水冷后测量段以及高压喷水冷却系统构成，所述高压管路切换阀的输入端与三级加热系统的输出端相连，所述高压管路切换阀的输出端与高压试验前进气段的输入端相连，所述高压试验前进气段的输出端与高压试验段的输入端相连，所述高压试验段的输出端与高压试验水冷后测量段的输入端相连，所述高压试验水冷后测量段的输出端与高压喷水冷却系统的输入端相连；

所述高压试验管路燃料供应机构包括第一高压试验管路燃料供应装置、第二高压试验管路燃料供应装置和第三高压试验管路燃料供应装置，所述第一高压试验管路燃料供应装置、第二高压试验管路燃料供应装置和第三高压试验管路燃料供应装置的输出端分别与高压试验前进气段、高压试验段和高压试验水冷后测量段的进料端相连；

所述低压试验前进气段、低压试验段、低压试验水冷后测量段、高压试验前进气段、高压试验段和高压试验水冷后测量段的数据输出端与监控及显示机构的输入端相连。

优选地，所述的一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，所述第一低压试验管路燃料供应装置、第二低压试验管路燃料供应装置和第三低压试验管路燃料供应装置均由第一油箱、第一油泵、第一液体流量计和第一液体压力调节阀构成，所述第一油箱的输出但与第一油泵的输入端相连，所述第一油泵的输出端与第一液体流量计的输入端相连，所述第一液体流量计的输出端与第一液体压力调节阀的输入端相连，所述第一液体压力调节阀的输出端与各自的低压试验前进气段、低压试验段、低压试验水冷后测量段的输入端相连。

优选地，所述的一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，所述第一高压试验管路燃料供应装置、第二高压试验管路燃料供应装置和第三高压试验管路燃料供应装置均由第二油箱、第二油泵、第二液体流量计和第二液体压力调节阀构成，所述第二油箱的输出但与第二油泵的输入端相连，所述第二油泵的输出端与第二液体流量计的输入端相连，所述第二液体流量计的输出端与第二液体压力调节阀的输入端相连，所述第二液体压力调节阀的输出端与各自的高压试验前进气段、高压试验段和高压试验水冷后测量段的输入端相连。

优选地，所述的一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，所述排气系统包括出口压力控制阀组、尾气经过第一排气塔和排气消音器，所述出口压力控制阀组的输入端与试验系统的输出端相连，所述出口压力控制阀组的输出端与尾气经过第一排气塔的输入端相连，所述尾气经过第一排气塔的输出端与排气消音器的输入端相连。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1、本发明提供的高压气体，在0～6.5mpa范围内均可提供较高精度的压力、温度以及流量等参数的测量；

2、本发明采用三级加热的方式，尤其采用了回热加热的方式，针对长期运行的试验系统，有利于提高燃烧效率，降低成本；

3、本发明采用三级加热的方式，可以在0～900k范围内获得所需进气温度，控制三级加热的参与程度，可以使得系统的运行最优化；

4、本发明包含了高压试验段和低压试验段，每个试验段中均包含至少三路燃料供应，满足当前所有地面燃机和航空发动机的燃料供应管路数目；

5、本发明中燃烧加热燃料供应和试验段的燃料供应可共用，节省管路的安装费用、测试元件以及场地的占用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的流程结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，

一种用于燃气轮机燃烧室的高温高压试验系统，包括空气压缩系统100、三级加热系统101、试验系统102、排气系统103，所述空气压缩系统100的输出端与三级加热系统101的输入端相连，所述三级加热系统101的输出端与试验系统102的输入端相连，所述试验系统102的输出端与排气系统103的输入端相连。

实施例一

在上述实施例的基础上，所述空气压缩系统100包括第一级螺杆压缩装置和第二级增压机压缩装置，所述第一级螺杆压缩装置的输出端与第二级增压机压缩装置的输入端相连；

所述第一级螺杆压缩装置由第一空气过滤器1、低压螺杆机2、第一低压稳压罐3、第一低压安全阀4、消音器5和低压调压阀组13构成，所述第一空气过滤器1的输出端与低压螺杆机2的输入端相连，所述低压螺杆机2的输出端与第一低压稳压罐3的输入端相连，所述第一低压稳压罐3上设置有第一低压安全阀4和消音器5，所述第一低压稳压罐3的输出端与低压调压阀组13的输入端相连；

所述第二级增压机压缩装置由高压切换阀8、增压机9、高压稳压罐10、高压安全阀11和高压调压阀组12构成，所述高压切换阀8的输出端与增压机9的输入端相连，所述增压机9的输出端与高压稳压罐10的输入端相连，所述高压稳压罐10上设置有高压安全阀11和消音器5，所述高压稳压罐10的输出端与高压调压阀组12的输入端相连；

在第一级螺杆式压缩装置与第二级增压机压缩装置之间还连通有换热器6，所述换热器6上设置有冷却塔7。

在上述实施例一的基础上，所述高压调压阀组12和低压调压阀组13的输出端与第一低流量计14的输入端相连，所述第一低流量计14输出端与第二低流量计15的输入端相连，并在第二低流量计15上并接有低流量计切换阀16相连通，所述第二低流量计15的输出端与三级加热系统101相连。

在上述的实施例一中，其过程如下，环境中的空气经过空气过滤器1后进入低压螺杆机2，将空气压力提升至最高1.2mpa，通过第一低压稳压罐3缓冲压力冲击并稳定压力，由高压切换阀控制管路提供的最高压力(1.2mpa～6.5mpa的高压气体)，若高压切换阀8关闭，则仅提供0～1.2mpa压力空气，在经过低压调压阀组对压力进行调整后，关闭低流量计切换阀16，采用低流量计15测量管路空气流量，进入换热器29；若高压切换阀8开启，则关闭低压调压阀组13，经螺杆压缩机2加压后的空气进入换热器6中冷却，热量由冷却塔7带走，再经增压机9后，进入高压稳压罐10稳定压力，随后由高压调压阀组12调整至合适压力后，由高流量计测量空气流量。高压气体供给系统100中还设置了低压安全阀4和高压安全阀11用来进行泄压保护，并安装了消音器5去除噪音，以符合环境保护的要求。

实施例二

在上述实施例的基础上，所述三级加热系统101包括回热预热装置、燃烧间接加热装置以及电加热装置，其中，

所述回热预热装置由消音器5、第二低压安全阀17、第二空气过滤器18、螺杆压缩机19、第二低压稳压罐20、空气流量调节阀21、空气流量计22和回热器23构成，所述第二空气过滤器18的输出端与螺杆压缩机19的输入端相连，所述螺杆压缩机19的输出端与第二低压稳压罐20的输入端相连，所述第二低压稳压罐20的输出端与空气流量调节阀21的输入端相连，所述空气流量调节阀21的输出端与空气流量计22的输入端相连，所述空气流量计22的输出端与回热器23的输入端相连；所述螺杆压缩机19的输出端与第二低压安全阀17的输入端相连，所述第二低压安全阀17的输出端与消音器5的输入端相连；

所述燃烧间接加热装置包括燃烧器24、第三油箱25、第三油泵26、第三液体流量计27和第三液体压力调节阀28，所述第三油箱25的输出端与第三油泵26的输入端相连，所述第三油泵26的输出端与第三液体流量计27的输入端相连，所述第三液体流量计27的输出端与第三液体压力调节阀28的输入端相连，所述第三液体压力调节阀28的输出端与燃烧器24的输入端相连，所述燃烧器24的回热端与回热器23的输出端相连；

所述电加热装置包括换热加热器29和电加热器30，所述换热加热器29的输入端与空气压缩系统100的输出端相连，所述换热加热器29的输出端与电加热器30的输入端相连，所述换热加热器29的换热端与回热器23的输入端相连，所述电加热器30的输出端与试验系统102的输入端相连。

本发明中所述回热器23的排气端与第二排气塔44的输入端相连，所述第二排气塔44上设置有消音器5。

在上述的实施例二中，其过程如下，在上述其中由螺杆压缩机19提供的高压气体和油泵26提供的燃油在燃烧器24中掺混燃烧，燃烧器中产生的高温燃气进入换热加热器29中，对由空气压缩系统100供给的高压空气进行间接加热，被加热后的高温高压空气进入电加热器30中被继续加热至所需温度，在换热加热器29中被降温的高温燃气，进入回热器23中，对进入燃烧器24的空气进行预热，随后经第二排气塔44和消音器5的处理后排入大气。三级加热系统101中的回热预热装置加热为一级加热、燃烧间接加热装置加热为二级、电加热装置加热为三级加热。

其中，回热预热装置也可布置在空气压缩系统100供给的高压空气管路中，对高压空气进行预热，经预热后，高压空气进入间接换热器29中进行间接被加热。

实施例三

在上述实施例的基础上，所述试验系统102包括低压试验机构、高压试验机构和监控及显示机构，所述低压试验机构和高压试验机构相互立设置，所述低压试验机构和高压试验机构的数据输出端与监控及显示机构的输入端相连；

所述低压试验机构包括低压试验管路燃料供应机构、低压管路切换阀36、低压试验前进气段37、低压试验段38、低压试验水冷后测量段39和低压喷水冷却系统40，所述低压管路切换阀36的输入端与三级加热系统101的输出端相连，所述低压管路切换阀36的输出端与低压试验前进气段37的输入端相连，所述低压试验前进气段37的输出端与低压试验段38的输入端相连，所述低压试验段38的输出端与低压试验水冷后测量段39的输入端相连，所述低压试验水冷后测量段39的输出端与低压喷水冷却系统40输入端相连；

所述低压试验管路燃料供应机构包括第一低压试验管路燃料供应装置、第二低压试验管路燃料供应装置和第三低压试验管路燃料供应装置，所述第一低压试验管路燃料供应装置、第二低压试验管路燃料供应装置和第三低压试验管路燃料供应装置的输出端分别与低压试验前进气段37、低压试验段38和低压试验水冷后测量段39的进料端相连；

所述高压试验机构包括高压试验管路燃料供应机构、高压管路切换阀31、高压试验前进气段32、高压试验段33、高压试验水冷后测量段34以及高压喷水冷却系统35构成，所述高压管路切换阀31的输入端与三级加热系统101的输出端相连，所述高压管路切换阀31的输出端与高压试验前进气段32的输入端相连，所述高压试验前进气段32的输出端与高压试验段33的输入端相连，所述高压试验段33的输出端与高压试验水冷后测量段34的输入端相连，所述高压试验水冷后测量段34的输出端与高压喷水冷却系统35的输入端相连；

所述高压试验管路燃料供应机构包括第一高压试验管路燃料供应装置、第二高压试验管路燃料供应装置和第三高压试验管路燃料供应装置，所述第一高压试验管路燃料供应装置、第二高压试验管路燃料供应装置和第三高压试验管路燃料供应装置的输出端分别与高压试验前进气段32、高压试验段33和高压试验水冷后测量段34的进料端相连；

所述低压试验前进气段37、低压试验段38、低压试验水冷后测量段39、高压试验前进气段32、高压试验段33和高压试验水冷后测量段34的数据输出端与监控及显示机构的输入端相连。

在上述的实施例四中，所述第一低压试验管路燃料供应装置、第二低压试验管路燃料供应装置和第三低压试验管路燃料供应装置均由第一油箱、第一油泵、第一液体流量计和第一液体压力调节阀构成，所述第一油箱的输出但与第一油泵的输入端相连，所述第一油泵的输出端与第一液体流量计的输入端相连，所述第一液体流量计的输出端与第一液体压力调节阀的输入端相连，所述第一液体压力调节阀的输出端与各自的低压试验前进气段37、低压试验段38、低压试验水冷后测量段39的输入端相连。

在上述的实施例四中，所述第一高压试验管路燃料供应装置、第二高压试验管路燃料供应装置和第三高压试验管路燃料供应装置均由第二油箱、第二油泵、第二液体流量计和第二液体压力调节阀构成，所述第二油箱的输出但与第二油泵的输入端相连，所述第二油泵的输出端与第二液体流量计的输入端相连，所述第二液体流量计的输出端与第二液体压力调节阀的输入端相连，所述第二液体压力调节阀的输出端与各自的高压试验前进气段32、高压试验段33和高压试验水冷后测量段34的输入端相连。

低压试验管路燃料供应系统由至少3路燃料供应管路构成，包括第一油箱、第一油泵、第一液体流量计及第一液体压力调节阀；高压试验管路燃料供应系统由至少3路燃料供应管路构成，包括第二油箱、第二油泵、第二液体流量计及第二液体压力调节阀，述监控及显示机构包括监控及显示系统中包括数据采集分析系统和数据显示监控系统构成。

其中，燃料供应系统中，若燃烧试验的燃料为航空煤油，设备及管路的布置如上所述；若燃烧试验的燃料为天然气，采用气瓶组替代油箱、在管路中增设稳压腔，采用具有防爆功能的气体流量计、气体压力调节阀。低压试验管路和高压试验管路共用一套数据采集及监控系统。

上述的低压试验前进气段37包括用于和低压供气管路输出端相连的法兰和管段，在管段中可布置低压工况下的压力、温度、流量的测量；低压试验段38包括用于和前进气段37相连的法兰以及和后测量段39相连的法兰，还包括试验件本体的支撑结构，用于安装固定试验件本体，试验件本体上可包含低压工况下的压力、温度、流量、脉动压力、振动加速度以及应变等测量；低压试验水冷后测量段39包括与低压试验段38输出端相连的法兰，以及冷却水循环结构，用于冷却试验段的排气，并在低压后测量段39中布置测试安装座，用于测量低压工况下的排气的压力、温度、排放性能；高压试验前进气段32包括用于和高压供气管路输出端相连的法兰和管段，在管段中可布置高压工况下的压力、温度、流量的测量、高压试验段33包括用于和前进气段32相连的法兰以及和后测量段34相连的法兰，还包括试验件本体的支撑结构，用于安装固定试验件本体，试验件本体上可包含高压工况下的压力、温度、流量、脉动压力、振动加速度以及应变等测量；高压试验水冷后测量段34包括与高压试验段33输出端相连的法兰，以及冷却水循环结构，用于冷却试验段的排气，并在高压后测量段34中布置测试安装座，用于测量高压工况下的排气的压力、温度、排放性能。

在上述实施例、实施例一、实施例二及实施例三的基础上，监控及显示系统包含一个单独的工作间。至少包含三台电脑和三台显示器。其中的一台电脑及显示器，用于和试验台中的多个位置和多个角度布置的摄像头的输出端相连接，用于实时显示试验台的工作状态，该显示器可以分块显示，同时显示不同摄像头的成像结果。另外的一台电脑和显示器，可以和ad转换卡连接，电脑中装有labview或者wincc等软件，用于处理数字信号，实时监控试验件的运行状态。另外的一台电脑和显示器，用于监控和显示试验管路和阀门的工作状态，采用labview或者wincc等软件，控制阀门的动作，实现试验台的开启、运行和停止的功能。监控间里也布置有紧急停车按钮，用于在试验件或者试验台在试验过程中发生问题时的紧急停车。

在上述实施例、实施例一、实施例二及实施例三的基础上，所述排气系统103包括出口压力控制阀组41、尾气经过第一排气塔42和排气消音器43，所述出口压力控制阀组41的输入端与试验系统102的输出端相连，所述出口压力控制阀组41的输出端与尾气经过第一排气塔42的输入端相连，所述尾气经过第一排气塔42的输出端与排气消音器43的输入端相连。

本发明至少具有以下优点：

1、本发明提供的高压气体，在0～6.5mpa范围内均可提供较高精度的压力、温度以及流量等参数的测量；

2、本发明采用三级加热的方式，尤其采用了回热加热的方式，针对长期运行的试验系统，有利于提高燃烧效率，降低成本；

3、本发明采用三级加热的方式，可以在0～900k范围内获得所需进气温度，控制三级加热的参与程度，可以使得系统的运行最优化；

4、本发明包含了高压试验段和低压试验段，每个试验段中均包含至少三路燃料供应，满足当前所有地面燃机和航空发动机的燃料供应管路数目；

5、本发明中燃烧加热燃料供应和试验段的燃料供应可共用，节省管路的安装费用、测试元件以及场地的占用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。