压气机盘腔卷吸流量比的测量装置及方法

文档序号:95006 发布日期:2021-10-12 浏览:21次 >En<

阅读说明:本技术 压气机盘腔卷吸流量比的测量装置及方法 (Device and method for measuring entrainment flow ratio of disk cavity of gas compressor ) 是由 林志辉 汪乐 刘洋 顾伟 于 2020-04-02 设计创作,主要内容包括:本发明的一个目的在于提供一种压气机盘腔卷吸流量比测量装置,其在真实发动机试车工况下对压气机盘腔卷吸流量比进行测量。本发明的另一目的在于提供一种压气机盘腔卷吸流量比的测量方法,其采用前述测试装置进行盘腔卷吸流量比的测量。为实现前述一个目的的压气机盘腔卷吸流量比的测量方法包括:设定多级压气机盘中任意相邻两级压气机盘之间的压气机盘腔作为测量对象盘腔,测量对象盘腔具有朝向压气机盘心轴开放的盘腔入口;设定多个测温点;获取测温点的多个温度数据,并通过该多个温度数据计算测量对象盘腔的卷吸流量比。(The invention aims to provide a device for measuring the entrainment flow ratio of a disc cavity of an air compressor, which is used for measuring the entrainment flow ratio of the disc cavity of the air compressor under the real engine test working condition. The invention also aims to provide a method for measuring the entrainment flow ratio of the disk cavity of the compressor, which adopts the testing device to measure the entrainment flow ratio of the disk cavity. The method for measuring the entrainment flow ratio of the disk cavity of the compressor to achieve the aim comprises the following steps: setting a compressor disk cavity between any two adjacent stages of compressor disks in the multi-stage compressor disks as a measurement object disk cavity, wherein the measurement object disk cavity is provided with a disk cavity inlet which is open towards a compressor disk mandrel; setting a plurality of temperature measuring points; and acquiring a plurality of temperature data of the temperature measuring points, and calculating the entrainment flow ratio of the disc cavity to be measured according to the plurality of temperature data.)

压气机盘腔卷吸流量比的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种压气机盘腔卷吸流量比的测量装置及方法。

背景技术

航空发动机通常需要从压气机引出部分压缩空气,然后这股气流经压气机盘心沿着轴向向后流动,用于冷却压气机盘并为冷却涡轮盘提供部分冷气,该股气流通常也称为压气机盘心轴向贯通流。

如图1所示,当压气机盘心轴向贯通流9穿过多级压气机盘腔8时,有一部分气流9a会由于盘旋转的离心作用被卷吸进盘腔80,参与盘腔的换热,由于质量守恒,这部分气流会再经由盘腔中下部径向内流,汇入盘心主流9b,并与主流9掺混。

盘腔卷吸流量是压气机盘的换热边界条件计算的输入,它会影响压气机盘温度预估精度及轴向贯通流沿程的气流温升的预估精度,甚至会影响到整个发动机设计方案的可靠性。由上述内容可知,压气机盘腔开口处的流动情况十分复杂,传统的流量计测量方法存在不便安装,难以捕捉具体卷吸位置的难题。如现有技术中有采用PIV技术对盘腔卷吸流量进行监测,然而PIV技术虽可显示流场,进而统计出压气机盘腔卷吸流量比,且使用PIV测速则必须在压气机盘上开透光窗口,这对于真实发动机试车时的高转速、高温高压的条件而言,安全风险较大。

故亟需提供一种新的压气机盘腔卷吸流量比测试装置,从而实现在真实发动机试车工况下对压气机盘腔卷吸流量比测量。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种压气机盘腔卷吸流量比测量装置,其在真实发动机试车工况下对压气机盘腔卷吸流量比进行测量。

本发明的另一目的在于提供一种压气机盘腔卷吸流量比的测量方法,其采用前述测试装置进行盘腔卷吸流量比的测量。

为实现前述一个目的的压气机盘腔卷吸流量比的测量方法包括:

设定多级压气机盘中任意相邻两级所述压气机盘之间的压气机盘腔作为测量对象盘腔,所述测量对象盘腔具有朝向压气机盘心轴开放的盘腔入口;

设定多个测温点,所述测温点包括:

多个第一测温点,设定于所述盘腔入口上游侧的所述压气机盘与所述压气机盘心轴之间;

多个第二测温点,设定于所述盘腔入口下游侧的所述压气机盘与所述压气机盘心轴之间;以及

多个第三测温点,设定于所述盘腔入口下游侧的所述测量对象盘腔的内侧壁面;

获取所述测温点的多个温度数据,所述温度数据包括:

所述多个第一测温点的平均温度数据T1

所述多个第二测温点的平均温度数据T2;以及

所述多个第三测温点的平均温度数据Tout

通过公式(1)计算所述测量对象盘腔的卷吸流量比

其中,Cp,1为所述第一测温点的气流比热容,Cp,2为所述第二测温点的气流比热容,Cp,out为所述第三测温点的气流比热容。

在一个或多个实施方式中,所述多个第一测温点包括:在所述压气机盘的周向方向上分布的多组第一测温点,每组所述第一测温点包括多个第一测温点;

所述多个第二测温点包括:在所述压气机盘的周向方向上分布的多组第二测温点,每组所述第二测温点包括多个第二测温点。

在一个或多个实施方式中,所述多个第一测温点包括:在所述压气机盘的周向方向上分布的3或4组第一测温点。

在一个或多个实施方式中,每组第一测温点包括3至5个沿所述压气机盘径向分布的第一测温点。

在一个或多个实施方式中,所述多个第二测温点包括:在所述压气机盘的周向方向上分布的3或4组第二测温点。

在一个或多个实施方式中,每组第二测温点包括3至5个沿所述压气机盘径向分布的第二测温点。

在一个或多个实施方式中,所述多个第三测温点包括:在所述压气机盘的的周向方向上分布的多组第三测温点,每组所述第三测温点包括多个第三测温点。

在一个或多个实施方式中,所述多个第三测温点包括:在所述压气机盘的周向方向上分布的3或4组第三测温点。

在一个或多个实施方式中,每组第三测温点包括3至5个沿所述压气机盘径向分布的第三测温点。

在一个或多个实施方式中,还包括在所述第一测温点、所述第二测温点以及所述第三测温点分别提供铠装热电偶。

为实现前述另一目的的压气机盘腔卷吸流量比的测量装置,用于对测量对象盘腔的盘腔卷吸流量比进行测量,其中,所述测量对象盘腔为多级压气机盘中任意相邻两级所述压气机盘之间的压气机盘腔,所述测量装置包括:

多个第一测温装置,设置于所述盘腔入口上游侧的所述压气机盘与压气机盘心轴之间;

多个第二测温装置,设置于所述盘腔入口下游侧的所述压气机盘与所述压气机盘心轴之间;

多个第三测温装置,设置于所述盘腔入口下游侧的所述测量对象盘腔的内侧壁面;以及

处理单元,用于接受所述第一测温装置、所述第二测温装置以及所述第三测温装置所发出的温度信息并计算测量对象盘腔的卷吸流量比。

在一个或多个实施方式中,所述多个第一测温装置、所述多个第二测温装置以及所述多个第三测温装置分别为铠装热电偶。

本发明的增益效果在于:本发明通过测量某级压气机盘腔入口上游侧和下游侧以及盘腔内的相对总温,按照质量守恒以及能量守恒的原理,间接测量得出盘腔内的卷吸流量比。其为压气机盘传热设计提供了更合理准确的边界条件,提高了压气机盘温度场和盘心气流沿程温升计算结果的准确性,进而提高了空气系统和传热设计方案的可靠性,为航空发动机整机的可靠性设计提供了重要的支撑和保障。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显,其中:

图1为压气机盘心轴向贯通流流向的示意性视图;

图2为示意性的示出了压气机盘腔在剖视状态下的示意图;

图3为压气机盘腔卷吸流量比的测量方法的流程示意图;

图4为测量对象盘腔中盘心轴向贯通流流动方向的示意性视图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容,下面描述了各元件和排列的具体实例,当然,这些仅仅为例子而已,并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成,可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式,也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式,从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外,这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚,其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地,当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的,该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式,也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

需要注意的是,在使用到的情况下,如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的,而并不暗示任何具体的固定方向。事实上,它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

需要注意的是,这些以及后续其他的附图均仅作为示例,其并非是按照等比例的条件绘制的,并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外,不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

需要说明的是,下文中所描述的附图标记系统与背景技术中的附图标记系统无关。

为进一步理解下文,本文中的名词解释如下:盘腔卷吸流量比(the entrainmentflow ratio of disk cavity):盘腔的卷吸流量与盘心主流总流量的比值。压气机盘心轴向贯通流(the axial through flow in compressor):压气机引气后经过各级盘盘心并沿轴向向后流动的气流,该股气流一般主要用于涡轮冷却和轴承封严隔热。沿程温升(temperature rise along the flow path):发动机二次流在盘腔内流动过程中会与盘腔壁面通过做功或传热进行能量交换,从而引起沿程气流温度的变化。

请先参见图2,图2示意性的示出了压气机盘腔在剖视状态下的示意图,其中包括多级压气机盘1以及压气机盘心轴2,可以理解的是,压气机盘心轴2呈回转体结构,而多级压气机盘1则为围绕压气机盘心轴2所设置,其中,任意相邻两级压气机盘1之间均存在压气机盘腔10。

图3为用于测量如图2中所示的压气机盘腔卷吸流量比的步骤,请结合参见图2以及图3。

首先,执行S1:指定测量对象,具体地,设定多级压气机盘中任意相邻两级所述压气机盘之间的压气机盘腔作为测量对象盘腔,如图2中示意性地选定了测量对象盘腔100,测量对象盘腔100具有朝向压气机盘心轴2开放的盘腔入口100a。

随后执行S2,确定测试位置,具体地,设置多个测温点,其中,测温点包括:设定于盘腔入口100a上游侧的压气机盘1与压气机盘心轴2之间的多个第一测温点31,设定于盘腔入口100a下游侧的压气机盘1与压气机盘心轴2之间的多个第二测温点32以及设定于盘腔入口100a下游侧的测量对象盘腔100内侧壁面的多个第三测温点33。

为进一步阐明测温点的位置,请参见图4,图4中选取了测量对象盘腔100并示意性地汇出了盘心轴向贯通流4的流动方向,可以理解的是,盘腔入口100a的上游侧以及下游侧是参照盘心轴向贯通流4的流动方向而言。

随后,在发动机试车状态下,执行步骤S4,获取温度数据,具体地,温度数据为测温点的多个温度数据,其包括多个第一测温点31的平均温度数据T1,多个第二测温点32的平均温度数据T2,以及多个第三测温点33的平均温度数据Tout。其中,平均温度数据可以是多个第一测温点31、多个第二测温点32、多个第三测温点33各自的算术平均值或加权平均值。

最后,当温度数据采集完毕后,执行步骤S5,计算测量对象盘腔的卷吸流量比具体计算公式(1)如下:

其中,Cp,1为第一测温点31的气流比热容,Cp,2为第二测温点32的气流比热容,Cp,out为第三测温点33的气流比热容。

为进一步阐述本测量方法的原理,如下为前述计算公式的推演过程。

首先,根据盘心流路的能量守恒,盘腔入口100a上游侧和下游侧相对总焓的变化应等于盘腔壁面传递给气流的能量(假设该能量为Q),即如下公式(2):

Cp,2GT2-Cp,1GT1=Q (2)

其中G分别代表盘心气流质量流量。

再根据盘腔内的能量守恒,进入盘腔的相对总焓加上盘腔壁面传递给气流的能量Q应等于离开盘腔的相对总焓。得到如下公式(3)

Cp,1GinT1+Q=Cp,outGoutTout (3)

其中,Gin、Gout分别代表卷吸进入盘腔(即盘腔入口上游侧)和流出盘腔(即盘腔入口下游侧)的气流质量流量。

由于质量守恒,进入盘腔的质量流量应等于流出盘腔的质量流量,因此有式(4):

Gin=Gout (4)

联立上述式(2)-(4)可得前述式(1):

其中的,Cp,1为、Cp,2、Cp,out可通过气流温度直接计算得到,具体而言,可以通过如下公式(5)进行计算:

Cp,i=0.9956+0.000093(Ti-273.15) (5)

其中i=1、2或out,代表不同位置的参数,即Cp,1=0.9956+0.000093(T1-273.15);Cp,2=0.9956+0.000093(T2-273.15);Cp,out=0.9956+0.000093(Tout-273.15)。

由上述内容即可知,通过测量多个第一测温点31的平均温度数据T1,多个第二测温点32的平均温度数据T2,以及多个第三测温点33的平均温度数据Tout即能够计算得到测量对象盘腔的卷吸流量比传统的流量测量方法很难在压气机盘腔内部的高温高压以及高速旋转的条件下实施,本发明通过测量某级压气机盘腔入口100a上游侧和下游侧以及盘腔内的相对总温,按照质量守恒以及能量守恒的原理,间接测量得出盘腔内的卷吸流量比。其为压气机盘传热设计提供了更合理准确的边界条件,提高了压气机盘温度场和盘心气流沿程温升计算结果的准确性,进而提高了空气系统和传热设计方案的可靠性,为航空发动机整机的可靠性设计提供了重要的支撑和保障。

本发明的另一方面还在于提供一种压气机盘腔卷吸流量比的测量装置,其用于对如前所述和的测量对象盘腔的盘腔卷吸流量比进行测量。其包括多个第一测温装置、多个第二测温装置、多个第三测温装置以及处理单元。其中,多个第一测温装置对应前述多个第一测温点31设置,多个第二测温装置对应前述多个第二测温点32设置,多个第三测温装置是对应前述多个第三测温点33设置。

其中,处理单元用于接受所述第一测温装置、所述第二测温装置以及所述第三测温装置所发出的温度信息并计算测量对象盘腔的卷吸流量比。具体地处理单元可以是一种计算机,其通过前述的公式(1)来计算测量对象盘腔的卷吸流量比。

在一个或多个实施方式中,多个第一测温点31包括在压气机盘1的周向方向上分布的多组第一测温点,每组第一测温点包括多个第一测温点。可以理解的是,由于压气机盘1为环绕压气机盘心轴2所设置,因而压气机盘1与压气机盘心轴2之间在压气机盘1的周向方向上存在多个位置,而多个第一测温点31为沿压气机盘1的周向方向a上设置的多组,每组第一测温点31包括多个第一测温点。

具体地,在一个实施方式中,而多个第一测温点31沿压气机盘1的周向方向a上设置3或4组,每组第一测温点31包括3至5个沿压气机盘1的径向方向b上第一测温点。如此设置,使得测量时能够沿压气机盘1的周向方向a上的多个点分别进行测量,同时对于同一周向位置,能够沿压气机盘1的径向方向上的多个点进行测量,从而能够减少测量的误差。

在一个或多个实施方式中,多个第二测温点32包括在压气机盘1的周向方向上分布的多组第二测温点,每组第二测温点包括多个第二测温点。具体地,在一个实施方式中,而多个第二测温点32沿压气机盘1的周向方向a上设置3或4组,每组第二测温点32包括3至5个沿压气机盘1的径向方向b上第二测温点。

在一个或多个实施方式中,多个第二测温点32包括在压气机盘1的周向方向a上分布的多组第二测温点,每组第二测温点包括多个第二测温点。具体地,在一个实施方式中,而多个第二测温点32沿压气机盘1的周向方向a上设置3或4组,每组第二测温点32包括3至5个沿压气机盘1的径向方向b上第二测温点。

在一个或多个实施方式中,多个第三测温点33包括在压气机盘1的周向方向上分布的多组第三测温点,每组第三测温点包括多个第三测温点。具体地,在一个实施方式中,而多个第三测温点33沿压气机盘1的周向方向上设置3或4组,每组第三测温点33包括3至5个沿压气机盘1的径向方向b上第三测温点。

在一个或多个实施方式中,多个第一测温装置、多个第二测温装置以及多个第三测温装置分别为铠装热电偶,前述测量方法还包括:S3:提供铠装热电偶,具体地是在第一测温点31、第二测温点32以及第三测温点33分别提供铠装热电偶,铠装热电偶可以通过如焊接的方式进行连接。铠装热电偶能耐高温高压,成熟度较高,因此可以满足发动机真实试车环境下的压气机盘腔卷吸流量比的测量需求。

本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰,均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

12页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:航空发动机非全环风扇叶片的旋转冲击试验装置

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!