某重型燃气轮机双燃料喷嘴组试验器研制及流量试验_刘凯
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该试验台采用一体化紧凑式设计，呈岛式布置。 主要元器件包括：流量孔板，压力、压差、温度、湿度 等各类传感器，控制阀门，显示仪表，数据采集卡，液 晶显示器及试件接口等。试验台外观如图 ３ 所示。
气体流量的精确测量一直是流体力学中的一个 难题。气体流动受外界干扰因素多，参数波动大，一 般测量仪器很难精确测量［１］。本试验器在比较多种 测量元件的基础上选定了高精度孔板［２］。为进一步 提高精度，本试验器设置了 ６ 组不同型号孔板，以适 应不同测量要求，恰当选择孔板，确保每一流量均在 仪表高精度段。同时也可实现多个喷嘴流量同步测 量，实现流量不均匀度测量，既能保证测量精度，又 能实现宽广的测量范围。其中：
３．１ 进气系统 进气管路向试验台引入试验空气，调整进气压
力、温度等物理参数。进气系统包括进气管路、阀门、 压力表、快速加温器、冷却器、自力式调节阀。加温器 和冷却器用于调节进气温度，进气温度可在－ ３０℃～ ４０℃之间调节。
为了实现进气压力稳定，在试验台进口设置自 力式压力调节阀。在测量中随压力波动可自动调节 开度以保持设定压力。实际应用表明，该阀反应灵 敏、稳定性好，在较大压力波动下仍能保持设定的工 作压力。 ３．２ 测量系统
为测量时进气温度和标准大气温度，０．１ ＭＰａ、ΔＰｃｈ 分
别为设计规定的进气压差和测量时实际的进气压
差。
初次试验时，通过工艺衬套进行流路Ⅲ的喷口试
验，结果其测量流量均小于设计值。通过研磨喷口，加
宽流道槽宽度尺寸（由 ２．３ ｍｍ 加宽至 ２．８ ｍｍ）［４］，使流
量增加至设计规定值。
为保证温度场的均匀型，设计规定上 ４ 路（流路
１ 引言重型燃气轮机是一种高 Nhomakorabea、清洁的动力装置，它 广泛应用于发电、独立能源系统、机械驱动、船舶工 程领域。作为发电设备，它具有效率高、污染小的优 点，可以代替煤电，改造煤电。重型燃气轮机技术是 多学科的综合运用。
Ｒ０１１０ 重型燃气轮机是沈阳黎明发动机公司承 担的国家 ８６３ 重大专项研究课题。该燃机设计功率
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｆｌｏｗ Ｔｅｓｔ ｏｆ ａ Ｔｗｏ－ ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ Ｇｒ ｏｕｐ Ｔｅｓｔ Ｒｉｇ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ－ ｄｕｔｙ Ｇａｓ Ｔｕｒ ｂｉｎｅ
ＬＩＵ Ｋａｉ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｂａｏ－ ｃｈｅｎｇ２，ＭＡ Ｈｏｎｇ－ ａｎ２，ＷＡＮＧ Ｐｉｎｇ３
（１． Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０００３，Ｃｈｉｎａ；２． Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００３４，Ｃｈｉｎａ；３． Ａｉｒ ｆｏｒｃｅ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｔｗｏ－ ｆｕｅｌ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｇｒｏｕｐ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ｆｏｒ ｈｅａｖｙ－ ｄｕｔｙ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｆｌｏｗ ｐｉｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｊｅｃｔｏｒ， ｆｌｏｗ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ＳＨ－ １ ｗａｓ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ， ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ， ｄａｔａ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ， ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ｇａｖｅ ｐｒｅｃｉｓｅ， ｓｔａｂｌｅ， ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ａ ｔｏｔａｌ ｅｒｒｏｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０．５％． Ｔｈｉｓ ｅａｓｙ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｓｔ ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｆｉｆｔｈ ｏｆ ｓａｍｅ ｉｍｐｏｒｔｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ， ａｎｄ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｕｓｉｎｇ ＳＨ－ １ ｆｌｏｗ ｔｅｓｔ ｒｉｇ， ｔｈｅ ｆｌｏｗｓ ｉｎ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ ｗｅｒｅ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｌｉｎｅｒ ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｇｒｏｕｐ ｍｅｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔａｒｇｅｔｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｙ ＳＨ－ １ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ｗｅｒｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｈｅａｖｙ－ ｄｕｔｙ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｇｒｏｕｐ；ｏｒｉｆｉｃｅ；ｇａｓ ｆｌｏｗ ｔｅｓｔ ｒｉｇ；ｆｌｏｗ ｔｅｓｔ
（１） 小流量 ４ 台孔板，孔板孔径 ｄ＝９．８８０ ｍｍ，测量范围 ０～ ２５ ｋｇ／ｈ。用于流路Ⅲ单个喷嘴流量测量和流路Ⅴ单
５０
刘 凯等：某重型燃气轮机双燃料喷嘴组试验器研制及流量试验
第２期
４ 试验结果及分析
４．１ 流量试验 烧天然气喷嘴组共有流路Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ供给天然
气。图 ４ 为喷嘴组试验照片，在喷嘴进口直接装压力 表显示喷嘴流路Ⅲ进口压力。试验介质为空气（设计 中规定）。设计压力下供天然气量列于表 １。各流路均 有三组流量范围供配台时选用。通过流量分组既能 降低加工难度又能保证喷嘴组周向流量的均匀度。
表 ２ 列出了喷嘴组流路Ⅲ修正后实测流量和换
算至标准大气条件（Ｂ０ ＝０．１ ＭＰａ，Ｔ０ ＝２８８ Ｋ）时的流量。
! 修正公式如下：ｍＡＲ ＝ｍＡｃｈ
０．１Ｂ０ Ｔｃｈ ΔＰｃｈ Ｂ０ｃｈ Ｔ０
，式中 ｍＡＲ 、ｍ
Ａｃｈ 分别为换算空气流量和实测空气流量，Ｂ０ 、Ｂ０ｃｈ 分
别为标准大气压力和测量当日大气压力，Ｔｃｈ 、Ｔ０ 分别
流路
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
组别
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ａ
Ｂ
Ｃ
流量／（ｋｇ／ｈ） １８．６０～１９．５０ １９．５０～２０．３８ ２０．３８～２１．２５ ３４．００～３５．５０ ３５．５０～３７．００ ３７．００～３８．５０ ９０．１０～９４．００ ９４．００～９８．００ ９８．００～１０２．００
第 ２１ 卷
燃气涡轮试验与研究
５１
流量最大不均匀度 ２０．８６－ １９．４０ １９．４０
＝７．５％＜２０％。由表 ２
中还可以看出：同一喷嘴三次重复试验中测量值重复
性良好，并且流量随着进气压力的增加略有增加。
对于工艺壳体试验合格构件（试验数据如表 ２所
示）焊接真实端帽，此时流量较构件工艺试验时的有
轻微改变；但在再组焊至喷嘴体形成组合喷嘴的过
个喷杆流量测量。 （２） 中流量 １ 台孔板，孔板孔径 ｄ＝１３．３１０ ｍｍ，测量范围
２０～４０ ｋｇ／ｈ。用于流路Ⅳ流量测量。 （３） 大流量 １ 台孔板，孔板孔径 ｄ＝１６．８９０ ｍｍ，测量范围
３５～１７０ ｋｇ／ｈ。用于流路Ⅲ上、下各 ４ 个喷嘴流量之 和测量。
本试验器选用智能数字显示调节仪，以自动修 正进口试验气体压力改变带来的流量变化。另外，试 验器在气体进入测量孔板前还设置了稳压箱，以减 小气体本身的脉动，进一步稳定试验结果。
本文主要论述该喷嘴烧天然气时流量试验器的 研制及相关流量试验结果。
收稿日期：２００７－ １１－ １６；修回日期：２００８－ ０４－ １０ 基金项目：国家 ８６３ 子项目（ＺＸＤ０７０５） 作者简介：刘凯（１９７１－ ），男，辽宁沈阳人，东北大学热能工程博士研究生，研究方向为航空发动机、地面燃机的燃油雾化、燃烧。
摘 要：本文概述了某重型燃气轮机双燃料喷嘴组气体燃料流量试验器的研制及部分试验研究结果。为了测量该喷嘴 组各流路供给的天燃气流量，专门研制了 ＳＨ－ １ 型气体流量试验器。试验器巧妙地将测量系统、操作系统、数据显示、 数据采集与处理系统结合在一起，测量结果准确、稳定、重复性好，测量误差小于 ０．５％，操作简单，造价仅为国际同类 设备的五分之一，系国内首创。应用 ＳＨ－ １ 气体流量试验器准确测量了喷嘴组流路Ⅲ、流路Ⅳ和流路Ⅴ的供气量。喷嘴 组的单管燃烧试验结果表明，喷嘴组各项指标均达到设计要求，ＳＨ－ １ 型气体流量试验器的试验结果可靠、稳定。 关键词：重型燃气轮机；喷嘴组；孔板；气体流量试验器；流量试验 中图分类号：Ｖ２３３．２＋２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－ ２６２０ （２００８） ０２－ ００４８－ ０５
Ⅲ４ 个喷嘴）流量与下 ４ 路（流路Ⅲ另外 ４ 个喷嘴）流量
的差小于 ５ ｋｇ／ｈ，各喷嘴流量不均匀度小于 ２０％。由
表 ２ 可以得出，实际的流量差值为 ０．７１ ｋｇ／ｈ＜５ ｋｇ／ｈ，
表 １ 喷嘴组各流路设计流量（ΔＰＡ＝０．１ ＭＰａ，ｔＡ＝１５℃）
Ｔａｂｌｅ １ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｇｒｏｕｐ
１１０ ＭＷ，尖峰负荷 １２５ ＭＷ，可燃用天然气和柴油 两种燃料。总空气流量为 ３５６ ｋｇ／ｓ，燃烧室出口温度 为 １ ２１０℃，设计工况下天然气流量为 ３３ ６００ ｍ３／ｈ。 其燃烧室为环管型，共装用 ２０ 个火焰筒。每个火焰 筒装有一个双燃料喷嘴组，每个喷嘴组由上、下各 ４ 个喷嘴组成。每个喷嘴又具有油路和气路，分别为柴 油和天然气流路。
第 ２１ 卷
燃气涡轮试验与研究
４９
２ 喷嘴组说明
图 １ 示出了Ｒ０１１０ 重型燃气轮机燃烧室装用的 双燃料喷嘴组。其中天然气流路有：外圈 ８ 个喷嘴， 其流路尺寸为 !１２ 孔，用流路Ⅲ表示；喷嘴组前端 罩筒斜面上开的 ３０－ !１ 的孔，与喷嘴中心线成 ３０°， 用流路Ⅳ表示；中部斜向安装的 ８ 个喷杆，每个喷杆 开有 １０－ !１．１ 射流孔，用流路Ⅴ表示。
程中，由于焊接变形及流阻改变，使得流量减小幅度
较大。表 ３ 列出了流路Ⅲ８ 个喷嘴配真实端帽后组 焊成喷嘴组前后单个喷嘴流量测量值的改变。在喷 嘴组中，由于流路流阻的影响，使得其流量均有所减 少，最大减少 ２．２６ ｋｇ／ｈ，最小减少 ０．２４ ｋｇ／ｈ，平均减 少 １．４４ ｋｇ／ｈ。因此，在按设计要求制造喷嘴时，必须 在单个喷嘴加工中就考虑组焊后流路流阻变化的影 响，单个喷嘴的流量应比设计值有所增加（这里平均
以上流量及压差范围均可实现按用户要求在不 更换部件的前提下灵活更改。 ３．３ 数据采集分析系统［３］
为实现试验结果的数字化，通过数据采集卡将 二次仪表数据传入计算机进行显示、分析等后处理 工作。该系统主要实现以下功能：显示喷嘴试验条件 （进气温度、压力），环境温度、气压、湿度；显示 ４ 个 喷嘴构成件流量测量值，流路Ⅲ８ 个喷嘴流量测量 值；显示 ４ 个喷杆流量测量值，流路Ⅴ８ 个喷杆测量 值；显示流路Ⅲ上、下各 ４ 个喷嘴流量之和，显示流 路Ⅲ８ 个喷嘴总流量，显示喷嘴组流路Ⅳ流量，显示 ８ 个喷杆流量之和；执行计算，给出 ８ 个喷嘴（流路 Ⅲ）、８ 个喷杆（流路Ⅴ）的流量分布不均匀度。
３ 气体流量试验器
自行开发研制的 ＳＨ－ １ 型气体流量试验器结构 框图示于图 ２。该试验器包括进气系统、测量系统、 操作系统、显示系统以及数据采集系统。试验台外形 尺寸 １ ２００ ｍｍ×８００ ｍｍ×１ ３８０ ｍｍ。实际使用表明： 该试验器测量范围宽、精度高、重复性好，具有灵活 的用户接口和友好的控制软件，可应用于多种气体 燃料流量的测量，各种燃烧器构件进气量的测量，适 用于地面燃气轮机、航空发动机、民用燃烧器等的空 气量和气体燃料流量计量。
第 ２１ 卷 第 ２ 期
４８
２００８ 年 ５ 月
燃气涡轮试验与研究 Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２ Ｍａｙ，２００８
某重型燃气轮机双燃料喷嘴组试验器 研制及流量试验
刘 凯 １，２，张宝诚 ２，马洪安 ２，王 平 ３
（１． 东北大学，辽宁 沈阳 １１０００３；２． 沈阳航空工业学院，辽宁 沈阳 １１００３４； ３． 空军航空大学，吉林 长春 １３００２５）
气体流量的精确测量一直是流体力学中的一个 难题。气体流动受外界干扰因素多，参数波动大，一 般测量仪器很难精确测量［１］。本试验器在比较多种 测量元件的基础上选定了高精度孔板［２］。为进一步 提高精度，本试验器设置了 ６ 组不同型号孔板，以适 应不同测量要求，恰当选择孔板，确保每一流量均在 仪表高精度段。同时也可实现多个喷嘴流量同步测 量，实现流量不均匀度测量，既能保证测量精度，又 能实现宽广的测量范围。其中：
３．１ 进气系统 进气管路向试验台引入试验空气，调整进气压
力、温度等物理参数。进气系统包括进气管路、阀门、 压力表、快速加温器、冷却器、自力式调节阀。加温器 和冷却器用于调节进气温度，进气温度可在－ ３０℃～ ４０℃之间调节。
为了实现进气压力稳定，在试验台进口设置自 力式压力调节阀。在测量中随压力波动可自动调节 开度以保持设定压力。实际应用表明，该阀反应灵 敏、稳定性好，在较大压力波动下仍能保持设定的工 作压力。 ３．２ 测量系统
为测量时进气温度和标准大气温度，０．１ ＭＰａ、ΔＰｃｈ 分
别为设计规定的进气压差和测量时实际的进气压
差。
初次试验时，通过工艺衬套进行流路Ⅲ的喷口试
验，结果其测量流量均小于设计值。通过研磨喷口，加
宽流道槽宽度尺寸（由 ２．３ ｍｍ 加宽至 ２．８ ｍｍ）［４］，使流
量增加至设计规定值。
为保证温度场的均匀型，设计规定上 ４ 路（流路
１ 引言重型燃气轮机是一种高 Nhomakorabea、清洁的动力装置，它 广泛应用于发电、独立能源系统、机械驱动、船舶工 程领域。作为发电设备，它具有效率高、污染小的优 点，可以代替煤电，改造煤电。重型燃气轮机技术是 多学科的综合运用。
Ｒ０１１０ 重型燃气轮机是沈阳黎明发动机公司承 担的国家 ８６３ 重大专项研究课题。该燃机设计功率
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｆｌｏｗ Ｔｅｓｔ ｏｆ ａ Ｔｗｏ－ ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ Ｇｒ ｏｕｐ Ｔｅｓｔ Ｒｉｇ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ－ ｄｕｔｙ Ｇａｓ Ｔｕｒ ｂｉｎｅ
ＬＩＵ Ｋａｉ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｂａｏ－ ｃｈｅｎｇ２，ＭＡ Ｈｏｎｇ－ ａｎ２，ＷＡＮＧ Ｐｉｎｇ３
（１． Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０００３，Ｃｈｉｎａ；２． Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００３４，Ｃｈｉｎａ；３． Ａｉｒ ｆｏｒｃｅ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｔｗｏ－ ｆｕｅｌ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｇｒｏｕｐ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ｆｏｒ ｈｅａｖｙ－ ｄｕｔｙ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｆｌｏｗ ｐｉｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｊｅｃｔｏｒ， ｆｌｏｗ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ＳＨ－ １ ｗａｓ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ， ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ， ｄａｔａ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ， ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ｇａｖｅ ｐｒｅｃｉｓｅ， ｓｔａｂｌｅ， ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ａ ｔｏｔａｌ ｅｒｒｏｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０．５％． Ｔｈｉｓ ｅａｓｙ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｓｔ ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｆｉｆｔｈ ｏｆ ｓａｍｅ ｉｍｐｏｒｔｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ， ａｎｄ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｕｓｉｎｇ ＳＨ－ １ ｆｌｏｗ ｔｅｓｔ ｒｉｇ， ｔｈｅ ｆｌｏｗｓ ｉｎ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ ｗｅｒｅ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｌｉｎｅｒ ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｇｒｏｕｐ ｍｅｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔａｒｇｅｔｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｙ ＳＨ－ １ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ｗｅｒｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｈｅａｖｙ－ ｄｕｔｙ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｇｒｏｕｐ；ｏｒｉｆｉｃｅ；ｇａｓ ｆｌｏｗ ｔｅｓｔ ｒｉｇ；ｆｌｏｗ ｔｅｓｔ
（１） 小流量 ４ 台孔板，孔板孔径 ｄ＝９．８８０ ｍｍ，测量范围 ０～ ２５ ｋｇ／ｈ。用于流路Ⅲ单个喷嘴流量测量和流路Ⅴ单
５０
刘 凯等：某重型燃气轮机双燃料喷嘴组试验器研制及流量试验
第２期
４ 试验结果及分析
４．１ 流量试验 烧天然气喷嘴组共有流路Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ供给天然
气。图 ４ 为喷嘴组试验照片，在喷嘴进口直接装压力 表显示喷嘴流路Ⅲ进口压力。试验介质为空气（设计 中规定）。设计压力下供天然气量列于表 １。各流路均 有三组流量范围供配台时选用。通过流量分组既能 降低加工难度又能保证喷嘴组周向流量的均匀度。
表 ２ 列出了喷嘴组流路Ⅲ修正后实测流量和换
算至标准大气条件（Ｂ０ ＝０．１ ＭＰａ，Ｔ０ ＝２８８ Ｋ）时的流量。
! 修正公式如下：ｍＡＲ ＝ｍＡｃｈ
０．１Ｂ０ Ｔｃｈ ΔＰｃｈ Ｂ０ｃｈ Ｔ０
，式中 ｍＡＲ 、ｍ
Ａｃｈ 分别为换算空气流量和实测空气流量，Ｂ０ 、Ｂ０ｃｈ 分
别为标准大气压力和测量当日大气压力，Ｔｃｈ 、Ｔ０ 分别
流路
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
组别
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ａ
Ｂ
Ｃ
流量／（ｋｇ／ｈ） １８．６０～１９．５０ １９．５０～２０．３８ ２０．３８～２１．２５ ３４．００～３５．５０ ３５．５０～３７．００ ３７．００～３８．５０ ９０．１０～９４．００ ９４．００～９８．００ ９８．００～１０２．００
第 ２１ 卷
燃气涡轮试验与研究
５１
流量最大不均匀度 ２０．８６－ １９．４０ １９．４０
＝７．５％＜２０％。由表 ２
中还可以看出：同一喷嘴三次重复试验中测量值重复
性良好，并且流量随着进气压力的增加略有增加。
对于工艺壳体试验合格构件（试验数据如表 ２所
示）焊接真实端帽，此时流量较构件工艺试验时的有
轻微改变；但在再组焊至喷嘴体形成组合喷嘴的过
个喷杆流量测量。 （２） 中流量 １ 台孔板，孔板孔径 ｄ＝１３．３１０ ｍｍ，测量范围
２０～４０ ｋｇ／ｈ。用于流路Ⅳ流量测量。 （３） 大流量 １ 台孔板，孔板孔径 ｄ＝１６．８９０ ｍｍ，测量范围
３５～１７０ ｋｇ／ｈ。用于流路Ⅲ上、下各 ４ 个喷嘴流量之 和测量。
本试验器选用智能数字显示调节仪，以自动修 正进口试验气体压力改变带来的流量变化。另外，试 验器在气体进入测量孔板前还设置了稳压箱，以减 小气体本身的脉动，进一步稳定试验结果。
本文主要论述该喷嘴烧天然气时流量试验器的 研制及相关流量试验结果。
收稿日期：２００７－ １１－ １６；修回日期：２００８－ ０４－ １０ 基金项目：国家 ８６３ 子项目（ＺＸＤ０７０５） 作者简介：刘凯（１９７１－ ），男，辽宁沈阳人，东北大学热能工程博士研究生，研究方向为航空发动机、地面燃机的燃油雾化、燃烧。
摘 要：本文概述了某重型燃气轮机双燃料喷嘴组气体燃料流量试验器的研制及部分试验研究结果。为了测量该喷嘴 组各流路供给的天燃气流量，专门研制了 ＳＨ－ １ 型气体流量试验器。试验器巧妙地将测量系统、操作系统、数据显示、 数据采集与处理系统结合在一起，测量结果准确、稳定、重复性好，测量误差小于 ０．５％，操作简单，造价仅为国际同类 设备的五分之一，系国内首创。应用 ＳＨ－ １ 气体流量试验器准确测量了喷嘴组流路Ⅲ、流路Ⅳ和流路Ⅴ的供气量。喷嘴 组的单管燃烧试验结果表明，喷嘴组各项指标均达到设计要求，ＳＨ－ １ 型气体流量试验器的试验结果可靠、稳定。 关键词：重型燃气轮机；喷嘴组；孔板；气体流量试验器；流量试验 中图分类号：Ｖ２３３．２＋２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－ ２６２０ （２００８） ０２－ ００４８－ ０５
Ⅲ４ 个喷嘴）流量与下 ４ 路（流路Ⅲ另外 ４ 个喷嘴）流量
的差小于 ５ ｋｇ／ｈ，各喷嘴流量不均匀度小于 ２０％。由
表 ２ 可以得出，实际的流量差值为 ０．７１ ｋｇ／ｈ＜５ ｋｇ／ｈ，
表 １ 喷嘴组各流路设计流量（ΔＰＡ＝０．１ ＭＰａ，ｔＡ＝１５℃）
Ｔａｂｌｅ １ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｇｒｏｕｐ
１１０ ＭＷ，尖峰负荷 １２５ ＭＷ，可燃用天然气和柴油 两种燃料。总空气流量为 ３５６ ｋｇ／ｓ，燃烧室出口温度 为 １ ２１０℃，设计工况下天然气流量为 ３３ ６００ ｍ３／ｈ。 其燃烧室为环管型，共装用 ２０ 个火焰筒。每个火焰 筒装有一个双燃料喷嘴组，每个喷嘴组由上、下各 ４ 个喷嘴组成。每个喷嘴又具有油路和气路，分别为柴 油和天然气流路。
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燃气涡轮试验与研究
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２ 喷嘴组说明
图 １ 示出了Ｒ０１１０ 重型燃气轮机燃烧室装用的 双燃料喷嘴组。其中天然气流路有：外圈 ８ 个喷嘴， 其流路尺寸为 !１２ 孔，用流路Ⅲ表示；喷嘴组前端 罩筒斜面上开的 ３０－ !１ 的孔，与喷嘴中心线成 ３０°， 用流路Ⅳ表示；中部斜向安装的 ８ 个喷杆，每个喷杆 开有 １０－ !１．１ 射流孔，用流路Ⅴ表示。
程中，由于焊接变形及流阻改变，使得流量减小幅度
较大。表 ３ 列出了流路Ⅲ８ 个喷嘴配真实端帽后组 焊成喷嘴组前后单个喷嘴流量测量值的改变。在喷 嘴组中，由于流路流阻的影响，使得其流量均有所减 少，最大减少 ２．２６ ｋｇ／ｈ，最小减少 ０．２４ ｋｇ／ｈ，平均减 少 １．４４ ｋｇ／ｈ。因此，在按设计要求制造喷嘴时，必须 在单个喷嘴加工中就考虑组焊后流路流阻变化的影 响，单个喷嘴的流量应比设计值有所增加（这里平均
以上流量及压差范围均可实现按用户要求在不 更换部件的前提下灵活更改。 ３．３ 数据采集分析系统［３］
为实现试验结果的数字化，通过数据采集卡将 二次仪表数据传入计算机进行显示、分析等后处理 工作。该系统主要实现以下功能：显示喷嘴试验条件 （进气温度、压力），环境温度、气压、湿度；显示 ４ 个 喷嘴构成件流量测量值，流路Ⅲ８ 个喷嘴流量测量 值；显示 ４ 个喷杆流量测量值，流路Ⅴ８ 个喷杆测量 值；显示流路Ⅲ上、下各 ４ 个喷嘴流量之和，显示流 路Ⅲ８ 个喷嘴总流量，显示喷嘴组流路Ⅳ流量，显示 ８ 个喷杆流量之和；执行计算，给出 ８ 个喷嘴（流路 Ⅲ）、８ 个喷杆（流路Ⅴ）的流量分布不均匀度。
３ 气体流量试验器
自行开发研制的 ＳＨ－ １ 型气体流量试验器结构 框图示于图 ２。该试验器包括进气系统、测量系统、 操作系统、显示系统以及数据采集系统。试验台外形 尺寸 １ ２００ ｍｍ×８００ ｍｍ×１ ３８０ ｍｍ。实际使用表明： 该试验器测量范围宽、精度高、重复性好，具有灵活 的用户接口和友好的控制软件，可应用于多种气体 燃料流量的测量，各种燃烧器构件进气量的测量，适 用于地面燃气轮机、航空发动机、民用燃烧器等的空 气量和气体燃料流量计量。
第 ２１ 卷 第 ２ 期
４８
２００８ 年 ５ 月
燃气涡轮试验与研究 Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２ Ｍａｙ，２００８
某重型燃气轮机双燃料喷嘴组试验器 研制及流量试验
刘 凯 １，２，张宝诚 ２，马洪安 ２，王 平 ３
（１． 东北大学，辽宁 沈阳 １１０００３；２． 沈阳航空工业学院，辽宁 沈阳 １１００３４； ３． 空军航空大学，吉林 长春 １３００２５）