一种可变雷诺数特种工质小型闭式叶栅实验系统

1.本发明涉及叶轮机械技术领域，尤其涉及一种可变雷诺数特种工质小型闭式叶栅实验系统。


背景技术：

2.随着社会的发展，环境污染问题和能源紧缺问题逐渐成为制约人类社会进步的两个关键问题。闭式布雷顿循环能源利用系统具有热源选择的多样性以及能源排放的可回收性等特点,为以上两问题的解决提供了一种可行性方案。闭式布雷顿循环能源利用系统不但可以应用包括煤、石油、天然气在内的所有化石燃料热源，还可以采用核能、太阳能和金属燃料等清洁能源作为热源。并且由于其为闭式循环方式，热源产物不直接参与循环，因此即使采用化石燃料其排放依然可以通过集中处理达到较低水平。鉴于以上优点，闭式布雷顿循环系统可以被广泛的应用于核电站、太阳能光热转换电站、地热电站和新型化石燃料电站等。
3.在闭式布雷顿循环系统中，二氧化碳和包括氦气在内的稀有气体等特种工质是较为常见的工质选项，其在耐腐蚀性和功率密度等指标上均优于空气。工质物性的改变也为闭式布雷顿循环中的关键部件之一，这对压气机的适用性设计和实用性方面带来了困难。从相似准则中可以得到，作为气体物性参数之一的比热比是一个单独的相似准则数，其对压气机的性能具有很大影响，是体现不同工质物性差异的最为本质的因素，因此不能借用空气工质叶栅实验的研究成果，需要采用特种工质重新进行实验研究。由于特种工质往往较贵且需要较高的基础压力，所以需要采用闭式叶栅风洞进行实验，针对此问题本发明提出了一种可变雷诺数特种工质小型闭式叶栅实验系统。


技术实现要素：

4.本发明提供一种可变雷诺数特种工质小型闭式叶栅实验系统，以克服工质物性的改变所带来的对于机械性能指标的改变，使得压气机的设计和应用带来困难的问题，同时还用于解决特种工质叶栅实验中对于特种工质的浪费问题，为特种工质循环利用提供合理的解决方案。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种可变雷诺数特种工质小型闭式叶栅实验系统，包括闭式密封舱外为舱内补气、排气的系统和闭式密封舱内叶栅实验台，特征在于，包括闭式密封舱，所述闭式密封舱内部设有叶栅实验台，包括叶栅，所述叶栅上方设有探针，下方与电动攻角调解器相连接，叶栅实验台安装在固定支架上，固定支架安装有风洞主体，所述风洞主体与叶栅和风机相连接，所述闭式密封舱外侧设有连接孔，通过管道与真空泵、螺杆压缩机、补气瓶、空压机、工质回收罐分别连接，所述螺杆压缩机与所述工质回收罐通过管道连接。
7.进一步的，所述风洞主体设有总压探头和总温探头。
8.进一步的，所述闭式密封舱顶部设有安全阀，侧面设有第一连接孔、第二连接孔、
第三连接孔、第四连接孔和闭式密封舱舱门。
9.进一步的，所述闭式密封舱舱门设有闭式密封舱观察窗。
10.进一步的，所述真空泵设有第一进气孔和第一出气孔，所述第一进气孔通过管道c连接至第三连接孔,管道c上安装有第一管道阀门，所述第三连接孔与第一管道阀门之间设有温度表，所述第一出气孔开放在环境空气中。
11.进一步的，所述螺杆压缩机设有第二进气孔和第二排气孔。所述第二进气孔通过管道a连接至所述第一连接孔，管道a上安装有第二管道阀门，所述第一连接孔与所述第二管道阀门之间安装有气体组分检测仪。
12.进一步的，所述工质回收罐设有第三进气孔和第三出气孔，所述第三进气孔通过管道d与所述第二排气孔连接，管道d上安装有第三管道阀门，所述第三出气孔通过管道b与第二连接孔连接，管道b安装有第六管道阀门。
13.进一步的，所述空压机通过管道e与第四连接孔连接，管道e安装有第五管道阀门，所述第四连接孔与第五管道阀门之间开有支路管道f。
14.进一步的，所述管道e与所述补气瓶通过管道f连接，所述管道f安装有第四管道阀门。
15.本发明的有益效果：
16.本发明公开了一种可变雷诺数特种工质小型闭式叶栅实验系统，在充气管道末端加装压力表，可实时观测闭式密封舱内的压力，舱内的气体密度可以用压力参数作为控制变量。闭式密封舱内设置有观察窗，便于观测舱内状况。采用管道阀门来进行实施管路的通断，操作简单易行。
17.可变雷诺数对于叶栅实验中工况的改变有着重要价值，根据叶栅实验需求合理地补充气或排放气体可以改变闭式密封舱内工质的密度从而改变叶栅实验进口雷诺数，对于不同的叶轮机械使用条件，不同的雷诺数可以适用于多种环境下的叶栅工况，具有良好的适用性。
18.本发明的创新点还在于对特种工质的回收再利用，当需要为闭式密封舱内充入与工质回收罐内相同的特种工质时，可以再利用工质回收罐中的特种工质，解决了特种工质叶栅实验中对于特种工质的浪费问题，为能源循环利用提供合理的解决方案。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明公开的可变雷诺数特种工质小型闭式叶栅实验系统图；
21.图2为本发明公开的大连海事大学小型闭式风洞系统图；
22.图3为本发明公开的闭式密封舱内叶栅实验系统图；
23.图4为本发明公开的可变雷诺数特种工质闭式叶栅实验系统逻辑框图。
24.图中：1、闭式密封舱观察窗；2、闭式密封舱舱门；3、闭式密封舱；4、气体组分检测仪；4a、温度表；5a、第一管道阀门；5b、第二管道阀门；5c、第三管道阀门；6、真空泵；6a、第一
进气孔；6b、第一出气孔；7、螺杆压缩机；7a、第二进气孔；7b、第二出气孔8、安全阀；9、压力表；10a、第四管道阀门(球阀)；10b、第五管道阀门(球阀)；10c、第六管道阀门(球阀)；11、补气瓶；12、空压机；13、工质回收罐；13a、第三进气孔；13b、第三出气孔；14、探针；15、叶栅；16、电动攻角调节器；17、总压探针； 18、总温探针；19、风洞主体；20、风机；21、固定支架；22a、第一连接孔； 22b、第二连接孔；22c、第三连接孔；22d、第四连接孔；23、收缩段；24、稳定段。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
26.从相似准则中可以得到，作为气体物性参数之一的比热比是一个单独的相似准则数，其对压气机的性能具有很大影响，是体现不同工质物性差异的最为本质的因素，因此不能借用空气工质叶栅实验的研究成果，需要采用特种工质重新进行实验研究。与此同时，可以再利用工质回收罐中的特种工质，解决了特种工质叶栅实验中对于特种工质的浪费问题，为特种工质循环利用提供合理的解决方案。
27.基于前述原理，如图1，本发明提供了一种可变雷诺数特种工质小型闭式叶栅实验系统，包括闭式密封舱外为舱内补气、排气的系统和闭式密封舱内叶栅实验台，所述闭式密封舱3内部设有叶栅实验台，风洞主体19、风机 20、固定支架21。叶栅实验台包括探针14、叶栅15和电动攻角调解器16，所述叶栅15后上方设有探针14，下方与电动攻角调解器16相连接。叶栅实验台安装在固定支架21上，固定支架21上安装有风洞主体19和所述风机 20，所述风洞主体19一端与叶栅15相连接，另一端与风机20相连接。所述闭式密封舱3外侧设有连接孔，通过管道与真空泵6、螺杆压缩机7、补气瓶 11、空压机12、工质回收罐13分别连接，所述螺杆压缩机7与所述工质回收罐13通过管道连接。
28.选择不同的压力作为变量就可以改变闭式密封舱内的气体雷诺数，可变雷诺数对于叶栅实验中工况的改变有着重要价值，对于不同的叶轮机械使用条件，不同的雷诺数可以适用于多种环境下的叶栅工况，具有良好的适用性。利用工质回收罐中的特种工质，解决了特种工质叶栅实验中对于特种工质的浪费问题，为能源循环利用提供合理的解决方案。
29.在具体实施例中，如图2，采用空气作为气体介质进行叶栅实验时，打开管道e上的第五管道阀门10b，启动空压机12，压缩空气经管道e进入闭式密封舱3。采取特种工质作为气体介质进行叶栅实验时，所述补气瓶11内提前充入特种工质，打开管道f上的第四管道阀门10a，补气瓶11内的特种工质就会充入闭式密封舱3。
30.进一步的，所述管道f与所述第四连接孔22d之间设有压力表9，根据压力表9的数值可以控制闭式密封舱3内气体雷诺数，通过第四管道阀门10a 或者第五管道阀门10b可以控制进气量，从而改变闭式密封舱3内气体雷诺数。
31.在具体实施例中，所述闭式密封舱3内的气体排出时，针对舱内不同气体工质，提供了两条排气途径。第一连接口22a与第二管道阀门5b之间设有气体组分检测仪4，第三连接口22c与第一管道阀门5a之间设有温度表4b, 可以测量闭式密封舱3舱内温度。
32.进一步的，如图4，舱内气体检测为空气时，打开第一管道阀门5a，启动真空泵6，将闭式密封舱3内气体引出泵外。当舱内气体检测为特种工质时，打开第二管道阀门5b，启动螺杆压缩机7，特种工质先经管道a再经管道d进入工质回收罐13。
33.在具体实施例中，所述闭式密封舱3内充入与所述工质回收罐13内相同的特种工质时，打开管道b上的第六管道阀门10c，工质回收罐13向闭式密封舱3中充入特种工质。
34.进一步的，还包括风机20，如图3，将所述闭式密封舱3内的气体工质加压进入到风洞主体19稳定段24，将工质均匀碎涡后通过收缩段23吹向叶栅15。所述风洞主体19上部设有总压探针17，用来实时监测风洞主内部压力，侧面设有总温探针18，用来实时监测内部温度。
35.在具体实施例中，所述探针14安装在叶栅15的后上方，用于测量流场参数，所述叶栅15下方设有电动攻角调节器16，用于调节实验中叶栅15与来自风洞主体19的气流接触角度，以运用电动攻角调节器16的易于调节角度，调节精度高的特点。
36.进一步的，所述闭式密封舱3的底部安装有固定支架21，所述风机20、风洞主体19、电动攻角调节器16均安装在其上。
37.在具体实施例中，各部件参数如下：
38.闭式密封舱3：直径为1.6m，长度为4.5m的密闭舱体，最高耐受压力为 0.4mpa；
39.空压机12：最高排气压力为0.8mpa；
40.真空泵6：:极限真空为-0.097mpa，最大气量为3.83m3/min，功率为5.5kw；
41.螺杆压缩机7：:排气压力为1.5mpa，排气量为0.6m3/min，在闭式密封舱3内压力为0.4mpa；
42.工质回收罐13：真空度为-0.097mpa的情况下，可以向工质回收罐13回收闭式密封舱3内80％的工质；
43.工质回收罐13：体积为2m3，最高耐受压力为2mpa，具备将全部闭式密封舱内气体回收的能力。
44.风机20：功率为55kw，额定压头为10500pa，流量11500m3/h；
45.电动攻角调节器16：具有
±
60
°
的攻角调节能力，调节精度不小于0.05；
46.风洞出口叶栅尺寸：为长230mm，高60mm，具备模拟特种工质压气机叶栅矮叶高、窄流道的能力。
47.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。