用于測試工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動機及其部件的設備和方法
【專利摘要】一種用于測試燃氣渦輪發(fā)動機或其部件、特別是大型航空燃氣渦輪發(fā)動機的系統(tǒng)和過程，以及用于測試需要大流量和壓縮比的大型工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動機的過程。該系統(tǒng)和過程可包括使用大型壓縮空氣儲庫來向測試系統(tǒng)提供壓縮空氣。此外，該系統(tǒng)和過程還可包括使用預加熱系統(tǒng)，該預加熱系統(tǒng)可包括加熱器和換熱裝置來將來自壓縮空氣儲庫的壓縮空氣加熱到適于模擬燃氣渦輪發(fā)動機或其部件的正常運行狀況的溫度。
【專利說明】用于測試工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動機及其部件的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總地涉及一種用于測試燃氣渦輪發(fā)動機、特別是大型航空或工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動機的部件的系統(tǒng)和過程，并且涉及需要大的流量和壓縮比的測試大型工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動機及其部件的過程。
【背景技術】
[0002]大構架重型工業(yè)燃氣輪(IGT)發(fā)動機通常用于驅動發(fā)電機，并產生電能。這些發(fā)動機能產生超過200WM的電力。例如，大構架工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動機可輸出幾乎300MW的電力。IGT發(fā)動機具有壓縮機、燃燒室和渦輪機，壓縮機具有多排或多級轉子葉片和定子葉片，燃燒室具有以環(huán)形陣列設置的多個筒狀燃燒室(也被稱為筒狀環(huán)形燃燒室)，而渦輪機具有多排轉子葉片和定子葉片。航空發(fā)動機通常具有環(huán)形燃燒室，而不是如IGT發(fā)動機中那樣以環(huán)形陣列設置的多個筒狀燃燒室。
[0003]將新技術引入大型構架發(fā)電燃氣渦輪發(fā)動機的最大障礙是如下風險:新技術會在操作發(fā)動機運行過程中失效，并造成以千萬美元計的設備損失，且可能造成在發(fā)電廠停工期間需要代替電力的成本。由于這些發(fā)動機之一的擁有者非常不愿允許在測試新技術時使用發(fā)動機，由此，非常難以將新技術引入公用發(fā)電廠，大多數發(fā)電制造商具有測試設施來在投入生產之前測試盡可能多的部件。不幸的是，測試設施和運行測試的成本抑制了廣泛測試，并且通常僅允許在公用部位處安裝新燃氣渦輪發(fā)動機之前討論早期失效問題。
[0004]測試整個大型IGT發(fā)動機或測試發(fā)動機的一部分或其部件是非常昂貴并且非常困難的。當測試大型發(fā)動機時，必須消耗產生的電力，諸如通過立即使用電能或儲存該電能以供將來使用。使產生的電能消耗的一個方法是使用該電能以驅動發(fā)電機。由發(fā)電機產生的能量可供回到電網內。然而，發(fā)動機測試僅可以持續(xù)幾小時。將大量電力供給到電網幾小時然后停止會造成電力公司的巨大問題，特別是如果燃氣渦輪發(fā)動機由于測試過程中的問題而離線跳閘的話。
[0005]測試工業(yè)發(fā)動機的另一問題是測試成本非常高。在一些IGT發(fā)動機測試臺中，代替用發(fā)電機來供給電阻性負載，可采用水阻或電加熱器的電阻來消耗由發(fā)動機產生的負載。消耗負載的這些手段與上述電力生產相比優(yōu)點在于不會產生對電網的干擾。然而，缺點是所有產生的能量都損失掉了。
[0006]測試大型航空或工業(yè)發(fā)動機的燃燒室或渦輪機部件需要高流量的高壓空氣。測試時間可根據所需的暖機時間持續(xù)許多小時，以實現穩(wěn)定的測試條件和完整的數據組所需的測試點數目。典型的設施位于德國科隆，該設施由德國航天中心(DLR)來運作。該設施提供的流量和壓力受到設施處的壓縮機的尺寸的限制。因此，大型發(fā)動機燃燒室經常分段測試，而大型工業(yè)燃氣渦輪燃燒室作為單獨的筒來進行測試。由于諸如DLR的設施處的流量和壓力的限制，用于大型發(fā)動機或工業(yè)燃氣渦輪機、甚至是對于燃燒室研發(fā)來說是期望的全環(huán)形燃燒室測試是不可能的。其它部件測試需要甚至更高的流量和更高的壓力，并且為了建立具有大到足以供給對于多個小時全環(huán)形測試來說期望的流量和壓力水平的壓縮機的測試設施，將需要例如高達$4億的大量資金投入。
[0007]在采用IGT發(fā)動機來驅動發(fā)電機并產生電力的發(fā)電廠中，當地社區(qū)所需的電力從高負載(峰值負載)到低負載(諸如在涼爽的白天或夜里)循環(huán)。使供電與發(fā)電廠的需求匹配的一個過程是利用壓縮空氣能量儲存(CAES)系統(tǒng)。在這些CAES設施處，在低負載期間，并不關閉發(fā)動機，而是使發(fā)動機用于驅動壓縮機而不是發(fā)電機，以產生高壓空氣，然后將該高壓空氣儲存在諸如是人造溶浸采礦洞穴的地下洞穴內。然后，將壓縮空氣供給到燃燒室以與燃料一起燃燒，并產生熱氣流，該熱氣流經過渦輪機以驅動發(fā)電機。該系統(tǒng)使用儲庫內的壓縮空氣來代替使用壓縮機。
[0008]還應考慮到這些大型發(fā)動機和它們的部件進行測試所處的條件。當測試諸如大型工業(yè)發(fā)動機的燃氣渦輪發(fā)動機或航空發(fā)動機或這些發(fā)動機之一的部件時，發(fā)動機或部件需要在不僅僅是穩(wěn)定狀態(tài)條件的不同運行條件下進行測試。發(fā)動機部分負載條件必須進行測試，且這種測試需要不同的燃料和壓縮氣流。同樣，發(fā)動機負載在測試過程中從穩(wěn)定狀態(tài)條件下的完全負載變化到部分負載。因此，消耗的能量大小在發(fā)動機測試過程中變化。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明提供一種用于測試燃氣渦輪發(fā)動機或其部件的過程和系統(tǒng)。該過程包括:提供測試目標、總體積為至少10000立方米的至少一個壓縮空氣儲庫、至少一部分的體積包含壓縮空氣、將測試目標放置成使它與至少一個壓縮空氣儲庫流體連通，提供位于測試目標上游以及位于壓縮空氣儲庫下游的加熱裝置，以及引導來自壓縮空氣儲庫的壓縮空氣通過該加熱裝置并進入測試目標。測試目標可以是燃氣渦輪發(fā)動機、燃燒室、壓縮機、渦輪機或其組合。燃氣渦輪發(fā)動機可以是工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動機或航空發(fā)動機，其包括諸如超音速沖壓式噴氣發(fā)動機的高馬赫發(fā)動機。加熱裝置在來自壓縮空氣儲庫的壓縮空氣進入測試目標之前將其加熱到約300°C和約900°C之間的溫度。為了測試高馬赫數發(fā)動機，對于進入測試目標的空氣需要超過2000°C的溫度。
[0010]該過程還可包括:提供具有第一流動路徑和第二流動路徑的換熱裝置，第一和第二流動路徑彼此熱連通；將來自壓縮空氣儲庫的壓縮空氣引導到第一流動路徑；將來自第一流動路徑的壓縮空氣引導到測試目標；以及將來自測試目標的壓縮空氣引導到第二流動路徑。過程還可包括:提供位于測試目標上游的加熱器，該加熱器在來自第一流動路徑的壓縮空氣進入測試目標之前對其進一步加熱。加熱器和換熱裝置可在來自壓縮空氣儲庫的壓縮空氣進入測試目標之前將其加熱到約300°C和約900°C之間的溫度。加熱裝置可以是電加熱器、串聯(lián)設置的多個電加熱器、燃氣驅動加熱器、串聯(lián)設置的多個燃氣驅動加熱器、換熱裝置、儲熱裝置、高壓燃燒加熱器或其組合。
[0011]該過程還可包括:提供位于測試目標下游的空氣壓縮機；運行該測試目標，該測試目標向壓縮機提供能量以產生壓縮空氣；以及將壓縮空氣儲存在至少一個壓縮空氣儲庫內。壓縮空氣具有約10巴到約200巴之間的壓力。此外，至少一個壓縮空氣儲庫可包括低壓、中壓和高壓壓縮空氣儲庫，它們分別用于測試各種狀況下的測試目標。低壓儲庫可包含處于約10-20巴之間的壓縮空氣，中壓儲庫可包含處于20-50巴之間的壓縮空氣，而高壓儲庫可包含處于約50-200巴之間的壓縮空氣。
[0012]用于測試燃氣渦輪發(fā)動機或其部件的設施包括:具有總體積為約10000立方米到約1000000立方米的一個或多個壓縮空氣儲庫、與一個或多個壓縮空氣儲庫流體連通的一個或多個空氣流動路徑、以及位于一個或多個壓縮空氣儲庫下游并與至少一個空氣流動路徑熱連通的加熱裝置。測試設施還可包括測試室、真空室和真空泵，測試室具有第一端和第二端，第一端與壓縮空氣儲庫流體連通，真空室與測試室的第二端流體連通，而真空泵與真空室流體連通，其中，在測試室內從第一端到第二端產生來自真空室和壓縮空氣儲庫中的至少一個的定向氣流。壓縮空氣儲庫包含至少一些壓縮空氣，加熱裝置在至少一個氣流路徑中將來自壓縮空氣儲庫的壓縮空氣加熱到約300°C到約900°C的溫度。測試設施還可包括換熱裝置，該換熱裝置具有第一流動路徑和第二流動路徑，第一流動路徑和第二流動路徑彼此熱連通，而第一流動路徑位于加熱裝置上游，而第二流動路徑位于加熱裝置下游。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]參閱以下結合附圖的詳細描述，可更完整地理解本發(fā)明并且可更容易地理解本發(fā)明所伴隨的優(yōu)點和特征，附圖中:
[0014]圖1A示出使用地下壓縮空氣儲庫的燃氣渦輪發(fā)動機部件測試設施的第一示意圖；
[0015]圖1B示出使用地下壓縮空氣儲庫的燃氣渦輪發(fā)動機部件測試設施的第二示意圖；
[0016]圖1C示出加熱系統(tǒng)的實施例的示意圖；
[0017]圖2示出燃氣渦輪發(fā)動機位于其附近的壓縮空氣能量儲存設施的示意圖，以測試本發(fā)明的發(fā)動機或者測試本發(fā)明的燃氣渦輪發(fā)動機的部件；
[0018]圖3示出根據本發(fā)明的用于測試的發(fā)動機的渦輪機部件的示意圖；
[0019]圖4示出根據本發(fā)明的用于測試的發(fā)動機的壓縮機部件的示意圖；
[0020]圖5示出根據本發(fā)明的用于測試的發(fā)動機的燃燒室部件的示意圖；
[0021]圖6示出根據本發(fā)明的用于測試的位于風洞內的航空交通工具或航空部件的示意圖；
[0022]圖7示出具有儲熱裝置的本發(fā)明的發(fā)動機測試設施的示意圖；以及
[0023]圖8示出本發(fā)明的發(fā)動機測試設施的示意圖，該測試設施具有三個獨立的壓縮空氣儲庫以保持不同壓力的壓縮空氣。
【具體實施方式】
[0024]現參照圖1A，示出用于測試工業(yè)或航空燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪機部件模塊或燃燒室部件模塊的測試設施10和過程。該設施可總地包括壓縮機11，未被壓縮的空氣可流入該壓縮機(在整個附圖中用箭頭來表示氣流)，從該未被壓縮的空氣中產生壓縮空氣(氣流路徑(b))。壓縮機11可由馬達或發(fā)動機12來驅動。將壓縮空氣儲存在大型壓縮空氣儲庫13內，該壓縮空氣儲庫是人造的地下洞穴，并用于在正常發(fā)動機操作狀況下供給測試發(fā)動機或部件模塊(文中可被稱為“測試目標17”)所需的高流量和高壓力(氣流路徑(a))。本發(fā)明的壓縮空氣儲庫是尺寸至少為10000立方米的單體積儲庫，而不是由多個較小的儲庫構成。壓縮機11可以比用于在其內對燃燒室進行測試的實際燃氣渦輪發(fā)動機上的壓縮機小(例如，三分之一尺寸)，這還可減少設施的總體成本。同樣，由于壓縮空氣儲庫13可在一段時間內進行填充，壓縮機11可運行若干天來使儲庫13填充有足夠的壓縮空氣以進行接下來的測試。馬達或發(fā)動機12可以是電動機(或可使用燃氣或柴油驅動的發(fā)動機)或小型燃氣渦輪發(fā)動機，它們可驅動壓縮機11。
[0025]壓縮空氣儲庫13可用于儲存來自壓縮機11的壓縮空氣，并且由于它較大的體積需求而位于地下。例如，儲庫13可以是預先存在的人造地下儲存設施，諸如開采鹽洞，或者可由使用溶液以在鹽床或鹽丘內形成空洞的鹽礦來構成，該空洞能為發(fā)動機或部件模塊測試儲存壓縮空氣。天然地下洞穴本身不能在不考慮附加結構問題的情況下儲存用于測試燃氣渦輪發(fā)動機部件的高壓空氣，例如抵抗約200巴的高壓力并防止高泄漏率?；蛘呷绻l(fā)動機測試設施位于CAES設施處，用于CAES設施的儲庫能用作用于發(fā)動機或發(fā)動機部件測試的壓縮空氣源。為了簡便起見，將壓縮空氣儲庫13描繪成被巖石包圍的增壓室。壓縮空氣儲庫13必須能儲存處于高壓(例如，50-200巴)和高流量(例如，超過每秒100公斤)的足夠的壓縮空氣，以使燃燒室能適當地進行測試。例如，在開發(fā)過程中需要成百的測試小時，以適當地調節(jié)燃燒室，以便能以低排放水平來實現穩(wěn)定的運行。用于燃燒室的典型測試時長為約兩個到十二個小時。作為非限制性示例，壓縮空氣儲庫13能保持處于高達約200巴的壓力的、超過10000立方米的體積的壓縮空氣。用于目前空氣動力學測試的最大空氣儲存設施是弗吉尼亞州漢普郡NASA Langley研究中心的八英尺高溫風洞，該風洞采用連接在一起的大量高壓的壓縮空氣儲存容器，以形成處于6000psig (磅/平方英寸)壓力下的總儲存體積為39000立方英尺(I 104立方米)的場地。該系統(tǒng)連接到具有14000立方英尺(396立方米)的附加的6000psig的儲存場地，從而給出53000立方英尺(1500立方米)的總可用體積。該設施用于測試高馬赫數測試交通工具和超音速沖壓式噴氣發(fā)動機(scramjet)。由于所需的高氣流要求以及受限的壓縮空氣儲存力，測試時間受限于小于兩分鐘。
[0026]測試設施10還可包括:一個或多個空氣壓力調節(jié)閥14來控制空氣在離開設施10的各種部件(例如，儲庫13或測試目標17)時的壓力；加熱裝置15，用以將從儲庫13流出的壓縮空氣加熱到將正常進入燃燒室、渦輪機部件或燃氣渦輪發(fā)動機的其它部件內的溫度；燃料源16，諸如天然氣、氫氣或將與壓縮的加熱空氣一起燃燒的噴射燃料；一個或多個測試目標17 (例如，燃燒室18和擴散器或渦輪機19)，它們分別具有入口和出口。加熱裝置15 (可包括一個或多個加熱器)用于將來自儲庫13的相對較冷的壓縮空氣預加熱到模擬壓縮機的出口的溫度，該壓縮機將通常用于將壓縮空氣供給到待測試的發(fā)動機部件。盡管未在圖1A中示出，但廢氣排出裝置20可用于將燃燒室廢氣排出(氣流路徑(C))。一個空氣壓力調節(jié)閥14可定位成對流入測試目標17內的來自儲庫13的壓縮空氣的釋放進行控制，和/或另一空氣壓力調節(jié)閥14可定位成對離開測試目標17的空氣的釋放進行控制。此外，一個或多個噴水口(未示出)可包含在測試目標17處或附近以冷卻離開測試目標17的熱空氣，從而不致破壞測試目標17下游的壓力調節(jié)閥14。
[0027]加熱裝置15可用于在空氣進入測試目標17之前加熱該空氣。從儲庫13釋放的壓縮空氣可以是相對較冷的空氣。例如，CAES設施通常儲存50°C或以下的溫度的空氣。由于燃燒室模塊測試需要壓縮空氣處于約300°C到約900°C之間的溫度，加熱裝置15可用于將處于儲庫溫度的壓縮空氣加熱到用于測試的適當溫度。圖1A中所示的加熱裝置15可以是電加熱器或燃氣驅動的加熱器，但也可采用若干加熱裝置的任一種，諸如一個或多個電加熱器或燃氣驅動的加熱器、換熱器(如圖1B中所示和所述那樣)、儲熱器(如圖7中所示和所述那樣)或者高壓燃燒加熱器。高壓燃燒加熱器(如圖1C中所示和所述那樣)使燃料源16的燃料連同壓縮空氣一起燃燒，這種燃燒需要比如果燃燒大氣所需更小的熱量。這些加熱裝置15中的任一種可單獨地或與另一加熱裝置15結合地包含到設施10內，只要壓縮空氣被充分加熱到對于測試發(fā)動機或發(fā)動機部件來說是最佳的溫度即可。測試設施10可包含用于測量設施10的任何部件的操作參數的一個或多個溫度和/或壓力傳感器(未示出)。這些參數可使用一個或多個閥、桿、旋鈕、按鈕、用戶輸入裝置(諸如計算機或鍵盤)、顯示器或用于調節(jié)諸如溫度、壓力、流量和測試目標運行等參數的其它裝置來調節(jié)。
[0028]例如，如果使用電加熱器或燃氣驅動的加熱器，則加熱器可串聯(lián)設置以漸增地加熱空氣，其中，一個或多個(也許較便宜)加熱器加熱離開壓縮空氣儲庫13的冷空氣，而一個或多個(由于處理高溫所需的材料也許較貴)加熱器將預加熱的空氣加熱到非常高的溫度(例如，約700°C到900°C)。作為另一非限制性示例，除了換熱裝置以外，還可使用電加熱器或燃氣驅動的加熱器，因而，電加熱器或燃氣驅動的加熱器可選地用于如有必要調節(jié)空氣在它進入測試目標17之前或之后的溫度。
[0029]測試設施10可用于測試現代發(fā)動機的各種類型的燃燒室，諸如使用筒狀環(huán)形燃燒室的那些、使用環(huán)形燃燒室的那些以及筒倉形燃燒室(silo combustor)?？梢栽诓粚θ紵覂鹊娜剂线M行燃燒的情況下進行燃燒室測試，或者可以通過如常見的那樣使燃燒室內的燃料進行燃燒來在正常運行狀況下進行測試，如通過經由噴射器噴射燃料并噴入燃燒室內，與來自儲庫13的壓縮空氣一起燃燒。航空發(fā)動機通常使用環(huán)形燃燒室，而工業(yè)發(fā)動機可使用通常被稱為筒狀環(huán)形燃燒室的環(huán)形布置的筒狀燃燒室。為了在測試筒狀環(huán)形和環(huán)形燃燒室時減少氣流需求，由于在現有的測試設施處缺少流量，僅一小部分的燃燒室可用于現有技術的設施，這包括德國科隆的DLR工廠和加拿大渥太華的NRC燃氣渦輪機實驗室。然而，在測試僅一部分的燃燒室時會產生誤差。為了產生燃燒室的完全和精確的測試，必須對整個燃燒室測試流量。對于筒倉型燃燒室，該燃燒室不能分段，因而一部分的燃燒室能代表整個燃燒室進行流量測試。為了測試筒倉型燃燒室或航空環(huán)形燃燒室，應對整個燃燒室進行流量測試，并因此需要高流量。借助文中所述的測試設施10的地下儲庫系統(tǒng)的巨大儲存量，可以使用所需的高流量(諸如100-400kg/s或更多)和壓力，可在沒有現有技術的發(fā)動機測試設施中所用的大型壓縮機的高成本的情況下進行任何類型的燃燒室的最佳完全測試。由于地下礦鹽洞穴的大得多的儲存容積，可以對發(fā)動機部件測試一段較長時間，例如長達若干天。例如，一些燃燒室部件需要更長時間以驗證忍耐性和耐久性參數。多用途超音速沖壓式噴氣發(fā)動機會需要幾百小時的總測試時間來驗證發(fā)動機系統(tǒng)性能和耐久性。使用多個較小的壓縮空氣容器的現有技術的測試設施僅能支持幾分鐘的測試時間。
[0030]借助如圖1A中所示并描述的燃燒室測試設施，甚至能對較舊發(fā)動機的較舊燃燒室進行測試以改進燃燒室性能。使用筒倉型或環(huán)形燃燒室的較舊發(fā)動機對用于經濟有效地測試設施10是理想的。此外，可以實施對燃燒室的修改并且以較低成本進行測試，從而比之前可能的更為經濟地進行這種改進。
[0031]現參照圖1B,示出具有加熱系統(tǒng)的替代實施例的設施10。如圖1A中所示并描述的那樣，加熱裝置15或各加熱裝置的組合可用于在測試目標17 (諸如如圖1C中所示的燃燒室)的上游將來自儲庫13的壓縮空氣(氣流路徑(a))加熱到通常進入實際發(fā)動機的燃燒室的溫度(模擬來自實際壓縮機的溫度輸出)。由此，測試設施10還可包括加熱裝置或換熱裝置22。在這種構造中，來自儲庫13的壓縮空氣和從測試目標17排出的熱空氣分別經過換熱裝置22內的流動路徑22a、22b，并且彼此熱連通。這些流動路徑22a、22b可沿相同方向或相反方向(對流路徑)引導空氣。第一流動路徑22a內的空氣溫度可以受到第二流動路徑22b內的空氣溫度的熱學影響，該溫度可由測試目標17的運行(諸如由于燃燒室的快速暫態(tài)而產生的振蕩)來確定。例如，在較低的燃燒室燃燒溫度下，第二流動路徑22b內的空氣溫度不足以將第一流動路徑22a內的空氣溫度加熱到適當溫度。因此，會需要諸如電加熱器或燃氣驅動的加熱器之類的加熱裝置15來在空氣進入測試目標17之前調節(jié)離開換熱裝置22的第一流動路徑22a的空氣溫度。
[0032]作為非限制性示例，壓縮空氣可儲存在儲庫13中，處于約72巴的壓力和約50°C的溫度下。該壓縮空氣可從儲庫13以例如100kg/S的流量經過換熱裝置22 (經過第一流動路徑22a)。在換熱裝置22中，來自儲庫13的壓縮空氣可通過從測試目標17(如圖1B中所示諸如是燃燒室18)排出的熱空氣來加熱。一旦壓縮空氣作為熱空氣離開換熱裝置22，熱空氣可具有約68巴的壓力和約700°C的溫度。然后，熱空氣經過加熱裝置15 (諸如電加熱器或燃氣驅動的加熱器)，該加熱裝置可將熱空氣的溫度(同時降低其壓力)例如調節(jié)到約900°C約66巴的壓力。在經過加熱器15之后，然后熱空氣可進入測試目標17，在此，可加入燃料(例如以3kg/s)，從而產生以例如約2000°C的溫度、約56巴的壓力離開測試目標17的熱氣流。然后，離開測試目標17的熱空氣經過換熱裝置22 (通過第二流動路徑22b)，在此，熱空氣對來自儲庫13并且也流經換熱裝置22的壓縮空氣加熱。S卩，第一流動路徑22a內的壓縮空氣可受到換熱裝置22內的第二流動路徑22b內的熱空氣的熱學影響。此外，離開換熱裝置22的熱空氣(氣流路徑(c))可例如從約2，000°C冷卻到對于所用的廢氣排出裝置(例如，如圖1A中所示的廢氣排出裝置20)來說是安全的溫度。由于通過第一流動路徑22a內的較冷壓縮空氣產生對第二流動路徑22b的熱效應，因此可冷卻該熱空氣。應理解到，這些壓力、溫度和流量可根據測試目標17、所用的儲庫13、所用的加熱裝置15等來變化。
[0033]現參照圖1C，示出高壓燃燒加熱器23。高壓燃燒加熱器23可包括定位在外導管26內的內導管24，來自壓縮空氣儲庫13的壓縮空氣可穿過該外導管?？諝饪裳叵嗤较蚧蜓貙α鞣较虿⑿械亟涍^內導管24和外導管26。導管24、26可分別具有入口端24a，26a和出口端24b，26b。此外，導管24、26可以是同軸且管狀的(橫截面為圓形)，但可具有任何形狀，只要壓縮空氣能從入口端流到出口端即可。
[0034]內導管24可包括具有第一燃料噴射器30的第一燃燒區(qū)28。第一燃燒區(qū)28可以不是自燃式燃燒區(qū)，并可包括火焰保持器或再循環(huán)區(qū)32，以保持內導管24的腔室內的燃燒。在一個實施例中，第一燃燒區(qū)28的溫度可以約為1120°C。內導管24還可包括第二燃燒區(qū)34，該第二燃燒區(qū)具有第二燃料噴射器36，并定位在第一燃燒區(qū)28和第一燃料噴射器30的下游。第二燃燒區(qū)34可以是自燃式燃燒區(qū)，因為來自第一燃燒區(qū)28的壓縮空氣流可熱到足以自動點燃燃料。在一個實施例中，第二燃燒區(qū)34的溫度可約為1120°C。第二燃燒區(qū)34可比第一燃燒區(qū)28冷，這是因為經過外導管的較冷空氣被來自兩個燃燒區(qū)28、34的熱氣流加熱。經過內導管24的熱氣體用于對來自儲庫13并經過外導管26然后進入測試目標17 (例如，燃燒室)的較冷壓縮空氣進行預加熱。熱氣流不與來自儲庫13的預熱的壓縮空氣混合，而是在出口 24b處從高壓燃燒加熱器23排出(氣流路徑(c))。這樣就能保持來自儲庫13的壓縮空氣的氧氣含量較高以用于測試測試目標17 (例如，燃燒室)。來自內導管的燃燒的氣流較小，且沒有氧氣，因此不排出到測試目標17內。
[0035]在一個實施例中，來自壓縮空氣儲庫13的總壓縮空氣的約30%可流經內導管24并流經第一和第二燃燒區(qū)28、34。壓縮空氣的其余約70%可流經外導管26，并由內導管24內的較熱壓縮空氣流來加熱。例如，外導管26可具有在比內導管24大出約50%之間的直徑，以實現經過內導管24和外導管26的完全不同體積的壓縮空氣流。附加地或替代地，內導管24和外導管26的入口端24a，26a可包括一個或多個擋板或類似物，以將適當體積的壓縮空氣引導到內導管24和外導管26中的每一個。內導管24可由高導熱材料構成(例如，大多是耐高溫鎳合金)以促進至外導管24的高傳熱率。
[0036]現參照圖2，測試設施10可建立成接近于壓縮空氣能量儲存(CAES)設施，因而，在測試過程中發(fā)動機可向CAES設施供給壓縮空氣，或者CAES設施可向發(fā)動機測試設施供給壓縮空氣，以對發(fā)動機或其部件進行測試。換言之，CAES設施和測試設施10可共用壓縮空氣儲庫13，它們分別貢獻壓縮空氣或使用來自同一儲庫13的壓縮空氣(氣流路徑(a)和(b))。此外，典型的CAES設施的壓縮空氣儲庫13可呈合適尺寸，以為了測試大型發(fā)動機或其部件而儲存和供給足夠的壓縮空氣，超過目前可用的時間。例如，CAES儲庫13可容納高達200巴壓力下的超過10000立方米(例如，高達約1000000立方米)的壓縮空氣，可供給足以測試大型發(fā)動機若干小時到若干天，而不是僅幾分鐘。此外，CAES設施可在20巴的最小壓力和100巴的最大壓力下運行。然而，可設想的是，非CAES壓縮空氣儲庫13 (或者其它CAES壓縮空氣儲庫)可容納具有高達200巴壓力的壓縮空氣。
[0037]圖2示出CAES設施和測試設施10之間協(xié)作的非限制性示例，其中CAES設施與發(fā)電廠連通，并位于可用作壓縮空氣儲庫13的大型采礦洞穴或舊鹽礦附近。測試目標17可以是諸如大型工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動機之類的發(fā)動機42，該發(fā)動機包括壓縮機44、燃燒室18和渦輪機19，該渦輪機用以產生用于驅動壓縮機11來填充壓縮空氣儲庫13的機械功?；蛘?，測試目標17可以是燃氣渦輪發(fā)動機的部件，諸如燃燒室或渦輪機。壓縮機11可在測試過程中向發(fā)動機提供負載。
[0038]CAES設施可總地包括電動機/發(fā)電機52以驅動壓縮機54而向壓縮空氣儲庫13重新供給壓縮空氣?；蛘撸瑑Υ嬖趦?3內的壓縮空氣可用于驅動渦輪機58，該渦輪機驅動發(fā)電機52以產生用于電網的電能。可用可選的燃燒室60來使燃料和來自儲庫的壓縮空氣一起燃燒，并產生熱氣流，該熱氣流然后將經過渦輪機59以產生來自發(fā)電機52的電能。例如，在對于電力需求較低時，CAES設施可用于驅動壓縮機54，以產生將被儲存在儲庫13內的壓縮空氣。因此，負載不會被浪費，而是轉化成用于儲存在儲庫13內的壓縮空氣。在峰值需求時，則可將儲存的壓縮空氣供給到發(fā)電廠。
[0039]圖2中所示的測試設施10還可包括各種空氣路徑。氣流路徑(a)表示壓縮空氣從儲庫13引導遵循的流動路徑(例如，將由與CAES設施相關的發(fā)電廠所用或者循環(huán)回到測試目標17以作進一步測試)。氣流路徑(b)表示將壓縮空氣遞送到儲庫13的流動路徑(例如，由CAES設施或測試目標17產生的壓縮空氣)。氣流路徑(c)表示從測試設施10排出或以其它方式消耗的空氣。此外，氣流閥64可用于防止壓縮空氣從儲庫13回到壓縮機11內。
[0040]德國McIntosh、Alabama或Huntorf中目前運行的CAES設施對于大型發(fā)動機測試設施10來說足夠了。此外，在McIntosh、Alabama的CAES工廠可有氫氣生產源，這可用于測試氫氣燃燒室。測試設施10和CAES設施之間的關聯(lián)不僅可減少與測試設施10的構造和維護有關的成本，而且還可向CAES設施及其相關的發(fā)電廠貢獻有價值的能量。因此，可以改進兩個工廠的效率。此外，如果正在測試的燃氣渦輪機跳閘，由于測試設施10不連接到電網，所以對于電網沒有影響。
[0041]然而，即使對于建立與CAES設施有關的測試設施10是有益的，但也不一定非要這樣做?；蛘?，足夠尺寸的壓縮空氣儲庫13可由地下洞穴建造而成(并且能做成為包含具有有限泄漏的高壓力)。壓縮空氣儲庫13理想地具有允許大型工業(yè)或航空燃氣發(fā)動機測試一段較長時間、諸如幾天的尺寸(例如，在約10000立方米和約1000000立方米之間)。儲庫13進而還能儲存由測試產生的相當大量的壓縮空氣。然后，儲存的壓縮空氣可循環(huán)到設施10內以進行進一步的發(fā)動機或部件的測試。附加地或替代地，壓縮的空氣可用于除了發(fā)電以外的其它工業(yè)應用。
[0042]無論壓縮空氣儲庫13是CAES設施的一部分還是構建的，大體量的儲庫或者是實際上彼此流體連通的若干較小的儲庫(具有例如約10000立方米到約1000000立方米的總體積)允許使用比現有技術的發(fā)動機測試設施小得多的壓縮機11來產生壓縮空氣。例如，壓縮機11可以是供給大體積壓縮空氣通常所需尺寸的三分之一，而較小壓縮機11可運行較長一段時間(例如，72小時)來供給儲庫13中所需的壓縮空氣的體積和壓力。因此，設施10的成本可大幅減少，因為無需更大且更昂貴的壓縮機來產生用于測試的足夠體積的壓縮空氣。
[0043]現參照圖3到5，單個發(fā)動機部件可用作測試目標17。圖3示出用于測試渦輪機19的方法的簡化示意圖；圖4示出用于測試壓縮機11的簡化示意圖；而圖5示出用于測試燃燒室18的方法的簡化示意圖。對于這些方法中的任一種,可從CAES設施的壓縮空氣儲庫13或具有足夠尺寸和結構特性的人造儲庫供給大體積和高壓力的壓縮空氣(例如，約10000立方米到約1000000立方米)。因此，無須對于設備和建筑物的大量資金投入(例如，所需的基礎設施已經存在于CAES發(fā)電廠)。已估算的是，能供給這些壓力和體積的壓縮空氣以測試發(fā)動機燃燒室的新壓縮機設備將花費約$4億。
[0044]現參照圖3，來自儲庫13的壓縮空氣可用于驅動渦輪機模塊19以進行測試。氣流路徑(a)表示儲存的壓縮空氣可從儲庫13供給到測試設施10的氣流路徑?？蛇x的燃燒室(未示出)也可用于產生熱氣流，該熱氣流經過渦輪機以再現正常運行狀況。壓縮機11可在測試過程中被渦輪機19驅動，并用于在測試過程中對渦輪機19提供負載。這又可產生能再供給到儲庫13的壓縮空氣。氣流路徑(b)和(c)表示通過測試產生的壓縮空氣可供給到儲庫13或用于其它用途的氣流路徑。此外，諸如圖1A和IB中所示并描述的一個或多個加熱裝置15可用于在壓縮空氣進入渦輪機19之前對來自儲庫13的壓縮空氣進行加熱。例如，可以將壓縮空氣在50°C和以下的溫度下儲存在CAES設施儲庫13中。一個或多個加熱裝置15可用于將空氣加熱到用于測試的最佳溫度，例如在約300°C和約900°C之間。在來自儲庫13的壓縮空氣進入測試目標17之前，壓縮空氣的溫度和壓力特性應模擬在現實條件下在燃氣渦輪發(fā)動機中將從壓縮機進入燃燒室的壓縮空氣的特性。
[0045]現在參照圖4，壓縮機11可在正常運行條件下測試一段較長時間(例如，幾小時到幾天)。壓縮機11可由馬達或發(fā)動機12驅動，諸如電動機或燃氣驅動的發(fā)動機，并且產生然后儲存在壓縮空氣儲庫13內或輸出到其它用途(氣流路徑(b)和(c))的壓縮空氣。
[0046]現參照圖5，燃燒室18可使用來自儲庫13的壓縮空氣來進行測試(氣流路徑(a))。一個或多個加熱裝置15可用于在壓縮空氣進入燃燒室18之前對壓縮空氣進行預加熱，且為了測試過程，燃料可與燃燒室18內的壓縮空氣混合并燃燒。包括外部燃燒的加熱器或電加熱器在內的多種類型的加熱器可一起使用?？蛇x地，可使用氣態(tài)燃料源16(例如，諸如CH4或H2之類的氣態(tài)燃料)。燃料可連同來自壓縮空氣儲庫13的空氣一起被壓縮，然后例如通過使壓縮空氣和燃料進入燃燒室18并點燃來測試燃燒室18。然后，所得的熱氣流可例如經過渦輪機19以如圖3中所示進行測試。相對于利用多個較小的壓縮空氣儲存容器的現有技術測試設施、如NASA Langley的設施來說，本發(fā)明的主要益處在于可以進行較長時間的高馬赫數測試。由于有限的壓縮空氣儲存力，NASA Langley設施僅能進行小于兩分鐘的高馬赫數測試。借助本發(fā)明的大型地下儲庫，處于所需壓力下的大體積的壓縮空氣可供給例如飛機機身設計的足夠的高馬赫數測試所需的較長時間段。
[0047]現參照圖6，可用較低的資金設備成本、使用測試設施10來進行特性測試，諸如風洞中的空氣動力學測試或高馬赫數測試(諸如超音速馬赫測試和高達馬赫10的測試)。在一個示例中，如圖6中所示，除了壓縮空氣儲庫13，還可采用與真空泵68相關聯(lián)的真空室66。真空室66可與壓縮空氣儲庫13類似地構造，并可呈類似的尺寸。S卩，真空室66可以是人造的(諸如通過溶浸采礦)。真空泵68可逐步(例如，在一周的跨度內)形成真空室66內的非常低的壓力，因而，真空室66可以在需要真空來進行測試時幾乎完全或完全沒有空氣。與壓縮機類似，真空泵68可相對較小，諸如能提供測試實際所需的約1%到約15%的真空壓力。這是因為較大的真空室66可起到真空的作用。氣流路徑(d)表示空氣離開風洞70并流入真空室66的流動路徑。來自真空室66的大體積的空氣能以較低的資金設備成本來改變風洞內的飛行器或發(fā)動機進行高馬赫數測試所需的壓力。用于高馬赫數測試的真空室66的尺寸為可以在足以產生高達馬赫10的氣流的速度下提供足夠的氣流。然而，測試設施10也能在不包括真空室66或真空泵68的情況下進行高馬赫數測試。
[0048]為了進行發(fā)動機、其部件或整個飛機或其它交通工具的空氣動力學測試，可使用具有入口 70a和出口 70b的風洞70。例如，壓縮空氣可從儲庫13向風洞70 (或尺寸設計成包含待測試的大型物體的相似類型的腔室)的入口端70a供給(氣流路徑(a))，并從風洞的出口端70b排出(氣流路徑(c))。替代地或附加地，將空氣從風洞70拉到出口端70b處的真空室66 (氣流路徑(d))。替代地或附加地，旁通管路71可用于與噴流器72和一個或多個調節(jié)閥14相關聯(lián)。旁通管路71可代替真空室66和真空泵68，從而使測試無需真空室66和真空泵68。風洞70可包括入口閥和出口閥(未示出)，以控制進入入口端70a的壓縮空氣量和/或在出口端70b處由真空室66去除的空氣量。旁通管路71與從風洞70的出口端70b的排出管路(氣流路徑(c))流體連通，并且不將空氣供給到風洞70內(諸如通過入口端70a)。當壓縮空氣從旁通管路71流到氣流路徑(c)內時，風洞70內的任何壓縮空氣(如從儲庫13通過氣流路徑(a)供給的那樣)將被抽吸到風洞70外，并抽吸到氣流路徑(C)，這與采用真空室66和真空泵68起到相同作用。由于至少10000立方米的儲庫13的大尺寸，大量的壓縮空氣可用于將高馬赫數空氣供給到風洞，以在這些高馬赫數下測試航空部件一段較長時間，而這是借助具有許多壓縮空氣瓶的現有技術的測試設施所不能完成的。還可使用用于將壓縮空氣加熱到適當溫度以測試高馬赫數的加熱器，并且該加熱器位于壓縮空氣儲庫13和風洞70入口之間。
[0049]現參照圖7，示出測試設施10的替代實施例。加熱裝置15可以是儲熱裝置73，該儲熱裝置用于儲存當壓縮空氣進入壓縮空氣儲庫13 (氣流路徑(b))或者當它被排出或以其它方式消耗(氣流路徑(c))時來自在壓縮機11內產生的熱壓縮空氣的熱量。附加地或替代地，儲熱裝置73可用于儲存當從設施10排出熱壓縮空氣時來自熱壓縮空氣的熱量。儲熱裝置73可由具有高熱容量和高導熱性的材料制成。材料可以是固態(tài)或半固態(tài)、或者相變材料，諸如鋁、ZnC12+KCl、NaN03、KN03、MgCI+NaCI或NaCl。來自熱壓縮空氣的熱量可儲存在儲熱裝置73內，并稍后當壓縮空氣從壓縮空氣儲庫13經過儲熱裝置73 (氣流路徑(a))到測試目標17時用于加熱壓縮空氣以進行測試。除了諸如電加熱器或燃氣驅動加熱器或換熱裝置22 (在圖7中未示出)的另一加熱裝置15以外，還可使用儲熱裝置73，。此外，儲熱裝置73可起到電加熱器或燃氣驅動加熱器或換熱裝置的作用，或者它可用于如有必要調節(jié)進入測試目標17的空氣溫度。測試目標17可以例如是具有壓縮機44、燃燒室18和渦輪機19的發(fā)動機42，該渦輪機可向壓縮機11供給能量?；蛘撸瑴y試目標17可以是發(fā)動機42的部件。
[0050]現參照圖8，示出測試設施10的另一替代實施例，該測試設施包括多個壓縮空氣儲庫，它們分別保持具有不同壓力的壓縮空氣?？砂▔嚎s機44、燃燒室18和渦輪機19的燃氣渦輪發(fā)動機(測試發(fā)動機42)可例如驅動低壓壓縮機74、中壓壓縮機76和高壓壓縮機78。壓縮機74-78中的每個可與單獨的壓縮空氣儲庫80、28、84流體連通。例如，第一流動路徑86a可將第一壓縮空氣儲庫80連接到低壓壓縮機74，第二流動路徑86b可將第二壓縮空氣儲庫82連接到中壓壓縮機76，而第三流動路徑86c可將第三壓縮空氣儲庫84連接到高壓壓縮機78 (由氣流路徑(b)表示)。然而，可包括任何數目的附加壓縮機，每個壓縮機用于產生不同壓力下的壓縮空氣，并連接到不同的壓縮空氣儲庫，并且可使用任何種類的連接和流動路徑。此外，壓縮空氣儲庫80、82、84中的每個還可與測試目標17(為在圖8中示出)流體連通。此外，第一流動路徑88a、第二流動路徑88b和第三流動路徑88c可將壓縮空氣儲庫80、82、84連接到排出點90 (氣流路徑(C))。具有不同壓力的不同體積的壓縮空氣可用于測試不同部件或者部件或發(fā)動機運行的不同階段。例如，低壓儲庫80可用于儲存10到20巴的壓縮空氣，中壓儲庫82可用于儲存20到50巴的壓縮空氣，而高壓儲庫84可用于儲存50到200巴(或更大)的壓縮空氣。使用不同壓力的儲庫可改進測試設施10的效率，因為可以有適當壓力的壓縮空氣，而不必投入能量來對來自單一儲庫的空氣進行加壓或減壓。例如，在其它測試設施中，當測試需要低壓壓縮空氣且唯一可用的壓縮空氣是高壓壓縮空氣時，必須降低高壓壓縮空氣的壓力以適應最佳的測試狀況。然而，在該過程中，高壓壓縮空氣由于減少了其壓力而損失了能量。同樣，多個壓力儲庫可用于在發(fā)動機測試過程中產生不同負載。當需要低負載時，測試發(fā)動機42可用于驅動低壓壓縮機74。當需要高壓負載時，測試發(fā)動機42可用于驅動高壓壓縮機78?；蛘?，可以同時驅動壓縮機的組合以向發(fā)動機提供甚至更高的負載。
[0051]還可設想其它實施例。例如，可將鹽水溶液代替壓縮空氣而被儲存在儲庫13內，并用于驅動發(fā)電機并產生電能。相對于純水來說鹽水是較佳的，因為水與飽和鹽水溶液不同，它將溶解某些類型的天然產生或人造洞穴的鹽壁。同樣，當鹽完全飽和時，鹽水溶液具有相對于水來說1.2的比重，因此對于相同尺寸的設備來說多提供20%的電力。此外，可采用具有不同高度的兩個洞穴以使較大壓力差可用于電力生產。例如，第一洞穴可在地下500英尺，而第二洞穴可位于地下1500英尺。這可產生等于1000英尺的壓力頭?？稍诘凸β室笃陂g從較低洞穴泵送飽和鹽水溶液，并將它泵送到較高高度的洞穴以儲存直到產生峰值需求。在峰值需求時,鹽水溶液可被允許向下流動,并通過渦輪機(諸如，弗朗西斯渦輪機)流到下方洞穴，該渦輪機將用于驅動發(fā)電機并產生電能。由于較高的比重(相對于水)，可從鹽水溶液提取更多電力。
[0052]在另一實施例中，代替具有鹽水溶液的鹽洞，可將石油儲存洞穴用于壓力頭，以驅動渦輪機和發(fā)電機。例如，鹽洞目前用于美國戰(zhàn)略石油儲備。泵送的儲存設施可用于日常使用的流體高度勢能，并用于為了緊急狀況而長期儲存化學能。儲庫內的儲存燃料或油可用于驅動渦輪機和發(fā)電機。此外，一個儲庫內的燃料或油可在低需求期間泵送到較高高度，然后通過渦輪機排出到較低儲庫，以在峰值需求期間驅動發(fā)電機。
[0053]在又一實施例中，在測試過程中來自大型燃氣渦輪發(fā)動機的電力可通過在不同高度的兩個洞穴之間泵送液體(諸如鹽水溶液)來消耗和儲存。渦輪機可用于驅動泵，該泵將鹽水溶液從高度較低的洞穴泵送到高度較高的洞穴，以消耗由測試發(fā)動機產生的能量。然后，鹽水溶液可經過另一渦輪機從較高高度到較低高度，以驅動渦輪機和連接到渦輪機的發(fā)電機以產生電力。例如，該渦輪機可通過減速齒輪連接到弗蘭西斯渦輪機，以將流體泵送到高度較高的洞穴或儲庫。當液體向下流動到高度較低的洞穴時，相同的或第二弗朗西斯渦輪機還可用于驅動發(fā)電機。
[0054]應由本領域技術人員所理解的是，本發(fā)明并不局限于上文已示出并進行描述的方面。此外，除非做出相反提及，應注意到所有的附圖并非按比例的。鑒于上述描述可進行各種修改和變型，只要不偏離本發(fā)明僅僅由所附權利要求所限制的范圍和精神即可。
【權利要求】
1.一種用于測試燃氣渦輪發(fā)動機的部件的方法，所述方法包括: 提供測試目標； 提供具有總體積為至少10000立方米的至少一個壓縮空氣儲庫； 將所述測試目標放置成與所述至少一個壓縮空氣儲庫流體連通； 提供位于所述測試目標上游并位于所述壓縮空氣儲庫下游的加熱裝置；以及 引導來自所述壓縮空氣儲庫的壓縮空氣通過所述加熱裝置，并進入所述測試目標。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述測試目標是燃氣渦輪發(fā)動機、燃燒室、壓縮機和渦輪機中的至少一個。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述加熱裝置在來自所述壓縮空氣儲庫的壓縮空氣進入所述測試目標之前將其加熱到約300°C和約900°C之間的溫度。
4.如權 利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 提供具有第一流動路徑和第二流動路徑的換熱裝置，所述第一和第二流動路徑彼此熱連通； 將來自所述壓縮空氣儲庫的壓縮空氣引導到所述第一流動路徑； 將壓縮空氣從所述第一流動路徑引導到測試目標；以及 將壓縮空氣從所述測試目標引導到第二流動路徑。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，還包括: 提供位于所述測試目標上游的加熱器； 將壓縮空氣從所述第一流動路徑引導到所述加熱器； 將壓縮空氣從所述加熱器引導到所述測試目標；以及 將壓縮空氣從所述測試目標引導到第二流動路徑。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述加熱器和換熱裝置在來自所述壓縮空氣儲庫的壓縮空氣進入所述測試目標之前將其加熱到約300°C和約900°C之間的溫度。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述加熱裝置是電加熱器、串聯(lián)設置的多個電加熱器、燃氣驅動加熱器、串聯(lián)設置的多個燃氣驅動加熱器、換熱裝置、儲熱裝置、以及高壓燃燒加熱器中的至少一個。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 提供位于所述測試目標下游的空氣壓縮機； 運行所述測試目標，所述測試目標向所述壓縮機提供能量以產生壓縮空氣；以及 將所述壓縮空氣儲存在至少一個壓縮空氣儲庫內。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述壓縮空氣具有約10巴到約200巴之間的壓力。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個壓縮空氣儲庫包括低壓壓縮空氣儲庫、中壓壓縮空氣儲庫和高壓壓縮空氣儲庫。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，還包括: 用所述測試目標驅動低壓壓縮機測試目標，以產生低壓壓縮空氣，所述壓縮空氣具有約10到約20巴之間的壓力； 用所述測試目標驅動中壓壓縮機測試目標，以產生中壓壓縮空氣，所述壓縮空氣具有約20到約50巴之間的壓力；以及用所述測試目標驅動高壓壓縮機測試目標，以產生高壓壓縮空氣，所述壓縮空氣具有約50到約200巴之間的壓力；以及 將所述低壓壓縮空氣儲存在低壓壓縮空氣儲庫內，將所述中壓壓縮空氣儲存在中壓壓縮空氣儲庫內，以及將所述高壓壓縮空氣儲存在所述高壓壓縮空氣儲庫內。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括: 使用低壓壓縮空氣以在低壓條件下對測試目標進行測試； 使用中壓壓縮空氣以在中壓條件下對測試目標進行測試；以及 使用高壓壓縮空氣以在高壓條件下對測試目標進行測試。
13.一種用于大型構架燃氣渦輪發(fā)動機或其部件的測試設施，所述測試設施包括: 具有總體積為約10000立方米到約1000000立方米的一個或多個壓縮空氣儲庫； 與所述一個或多個壓縮空氣儲庫流體連通的一個或多個氣流路徑；以及 位于所述一個或多個壓縮空氣儲庫下游的加熱裝置，所述加熱裝置與所述至少一個氣流路徑熱連通。
14.如權利要求13所述的測試設施，其特征在于，還包括: 測試室，所述測試室具有第一端和第二端，所述第一端與所述壓縮空氣儲庫流體連通； 真空室，所述真空室與所述·測試室的所述第二端流體連通；以及 真空泵，所述真空泵與所述真空室流體連通， 其中，在所述測試室內從所述第一端到所述第二端產生來自所述真空室和所述壓縮空氣儲庫中的至少一個的定向氣流。
15.如權利要求13所述的測試設施，其特征在于，所述壓縮空氣儲庫包含至少一些壓縮空氣，所述加熱裝置在至少一個氣流路徑中將來自所述壓縮空氣儲庫的壓縮空氣加熱到約300°C到約900°C之間的溫度。
16.如權利要求13所述的測試設施，其特征在于，還包括: 換熱裝置，所述換熱裝置具有第一流動路徑和第二流動路徑，所述第一流動路徑和所述第二流動路徑彼此熱連通，而所述第一流動路徑位于所述加熱裝置上游，而所述第二流動路徑位于所述加熱裝置下游。
17.如權利要求16所述的測試設施，其特征在于，所述壓縮空氣儲庫包含至少一些壓縮空氣，所述加熱裝置和換熱裝置在至少一個氣流路徑中將來自所述壓縮空氣儲庫的壓縮空氣加熱到約300°C到約900°C之間的溫度。
18.如權利要求13所述的測試設施，其特征在于，所述加熱裝置是電加熱器、串聯(lián)設置的多個電加熱器、燃氣驅動加熱器、串聯(lián)設置的多個燃氣驅動加熱器、換熱裝置、儲熱裝置、以及高壓燃燒加熱器中的至少一個。
19.如權利要求13所述的測試設施，其特征在于，所述一個或多個壓縮空氣儲庫是地下增壓室。
20.如權利要求13所述的測試設施，其特征在于，還包括: 低壓壓縮機，所述低壓壓縮機產生具有約10巴到20巴之間壓力的低壓壓縮空氣； 中壓壓縮機，所述中壓壓縮機產生具有約20巴到50巴之間壓力的中壓壓縮空氣；以及 高壓壓縮機，所述高壓壓縮機產生具有約50巴到200巴之間壓力的高壓壓縮空氣，所述一個或多個壓縮空氣儲庫包括: 低壓壓縮空氣儲庫，所述低壓壓縮空氣儲庫與所述低壓壓縮機流體連通； 中壓壓縮空氣儲庫，所述中壓壓縮空氣儲庫與所述中壓壓縮機流體連通；以及 高壓壓縮空氣儲庫，所述高壓壓縮空氣儲庫與所述高壓壓縮機流體連通。
21.一種用于測試燃氣渦輪發(fā)動機或其部件的測試設施，所述測試設施包括: 測試目標，所述測試目標具有最佳操作溫度； 具有總體積為至少10000立方米的至少一個壓縮空氣儲庫，至少一部分的體積包含壓縮空氣； 位于所述測試目標上游并位于所述至少一個壓縮空氣儲庫下游的加熱裝置；以及換熱裝置，所述換熱裝置具有第一流動路徑和第二流動路徑，所述第一流動路徑和所述第二流動路徑彼此熱連通，而所述第一流動路徑位于所述加熱裝置上游，而所述第二流動路徑位于所述加熱裝置下游； 所述換熱裝置將來自所述壓縮空氣儲庫的壓縮空氣加熱到約300°C和約900°C之間的溫度，以及 當所述換熱裝置將所述壓縮空氣加熱到小于所述測試目標的最佳運行溫度的溫度時，所述加熱裝置對來自所 述第一流動路徑的壓縮空氣進一步加熱。
【文檔編號】G01M15/14GK103597333SQ201280026244
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年3月15日 優(yōu)先權日:2011年3月29日
【發(fā)明者】J·D·布魯斯特梅耶 申請人:佛羅里達渦輪技術股份有限公司