[發明專利]離心力對轉子葉片表面熱膜測量影響的修正實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202011266375.4
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112556980B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 韓戈;張燕峰;吳世勛;陽誠武;趙勝豐;盧新根
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P5/10
• 代理公司: 北京鍾維聯合知識產權代理有限公司 11579
• 代理人: 原春香

本發明公開了一種離心力對轉子葉片表面熱膜測量影響的修正方法及裝置，屬于葉輪機械技術領域，其關鍵在于將葉片表面貼有熱膜的轉子置于真空艙中，應用電機帶動轉子旋轉，通過對比轉子不同轉速下熱膜輸出信號的變化，得到不同轉速下轉子葉片在離心力作用下對熱膜測量影響的定量值，進而對轉子葉片表面熱膜測量中離心力的影響進行修正。該發明可直接應用于葉輪機械轉子葉片表面熱膜測量，能夠提高熱膜測量轉子表面氣動參數的精度。

技術領域

本發明闡述了一種離心力對轉子葉片表面熱膜測量影響的修正裝置及應用該裝置對轉子葉片表面熱膜測量的修正方法，屬于葉輪機械技術領域。該裝置通過將葉片表面貼有熱膜的轉子置于真空艙中，應用驅動單元帶動轉子旋轉，通過對比轉子實驗件不同轉速下熱膜輸出信號的變化，得到不同轉速下轉子葉片在離心力作用下對熱膜測量影響的定量值，進而對轉子表面熱膜測量中離心力的影響進行修正。適用于葉輪機械中應用熱膜測量轉子葉片表面氣體工質氣動參數時對離心力對熱膜測量的影響進行修正。

背景技術

在葉輪機械葉片表面附面層參數測量時，受相鄰葉片影響，葉片間通道狹窄，探針會對氣流產生擾動且不易布置，同時一般的接觸測量和非接觸測量都很難準確監測附面層流動信號的細微變化，因此葉片表面附面層參數測量較為困難。而表面熱膜具有高頻響、同步性好、對流場擾動極小的特點，在附面層測量方面優勢突出，因此表面熱膜成為附面層動態特性測量的主要手段。熱膜測量是通過熱平衡來實現的，通過在熱膜測量單元兩端加電壓使其在流場中維持恒定溫度，此時熱膜測量單元產生的熱量與流體的對流換熱達到平衡，當流動狀態發生變化時，對流換熱散失的熱量變化導致熱膜測量單元溫度和電阻值發生變化，為了維持恒溫，施加在測量單元兩端的電壓也會發生改變。根據電壓的變化就能夠得到流速的變化。然而，在將熱膜應用于轉子葉片流場測量時，受離心力的影響，葉片發生變形，導致熱膜測量單元也發生變形，使熱膜測量單元阻值發生變化，最終導致測量誤差。

發明內容

針對現有技術的上述缺點和不足，本發明提供了一種離心力對轉子葉片表面熱膜測量影響的修正實驗裝置及方法，該裝置中驅動單元帶動轉子實驗件在真空環境中轉動，消除氣體對流換熱對熱膜測試的影響，通過測量不同轉速下熱膜的輸出電壓，進行離心力對轉子葉片表面熱膜測試產生影響的修正。

本發明為解決其技術問題，所采用的技術方案為：

一種離心力對轉子葉片表面熱膜測量影響的修正實驗裝置，包括一真空艙、一熱膜測量單元、一轉子實驗件和一驅動單元，其特征在于，

所述轉子實驗件至少包括一轉軸和一固定設置在所述轉軸前端的葉輪，所述葉輪沿周向設有多個轉子葉片，所述葉輪及轉軸的主體部分旋轉支撐在所述真空艙中，所述轉軸的末端伸出所述真空艙外并與所述驅動單元傳動連接，所述葉輪在所述驅動單元的帶動下在所述真空艙的真空環境中轉動；

所述熱膜測量單元包括敷設在所述轉子葉片表面上的熱膜、設置在所述轉軸前端的信號傳輸裝置及設置在所述真空艙外部的測試計算機，且所述熱膜通過熱膜引線與所述信號傳輸裝置通信連接，所述信號傳輸裝置與所述測試計算機通信連接，用以將熱膜測試信號從所述轉子實驗件上傳輸到所述測試計算機；

所述修正實驗裝置在運行時，首先，在真空環境中測量靜態下熱膜輸出電壓信號；然后，利用所述驅動單元帶動所述轉子實驗件在真空環境中旋轉穩定至不同轉速，測量若干個不同穩定轉速下熱膜輸出電壓信號，并將所測得的電壓信號根據轉速插值，獲得熱膜輸出電壓信號隨轉速連續變化的函數關系；之后，在真實環境中開展轉子葉片表面熱膜測量，將每個工作狀態測得的轉子葉片表面熱膜輸出電壓值與該轉速下在真空環境中測得的熱膜輸出電壓值相減，排除離心力對熱膜測量產生的影響，完成對轉子葉片表面熱膜氣動參數測量的修正。

優選地，所述驅動單元為變頻電機，所述變頻電機通過聯軸器與所述轉軸連接，且所述變頻電機能夠在轉子20％～110％相對設計轉速的任意轉速穩定工作，通過改變所述變頻電機的頻率來調節所述轉子實驗件的轉速。

優選地，所述轉子葉片可以為軸流、離心以及斜流形式；轉子工質為氣體。