[發明專利]測試出口容積對壓氣機穩定性影響的試驗裝置和試驗方法

有效

• 申請號: 202110507980.4
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113294371B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 屠寶鋒;楊光;方銳;張新雨;尹超;胡駿
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;F04D27/02;F04D29/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明公開了一種測試出口容積對壓氣機穩定性影響的試驗裝置和試驗方法，試驗裝置包含電機、壓氣機、計量泵、儲罐、內浮頂、以及第一至第四節流閥；儲罐內盛水；內浮頂設置在儲罐內、浮于儲罐內的水面上，將儲罐內的腔體分割為上部的集氣腔體和下部的調節腔體。通過計量泵泵入一定體積的水，來推動內浮頂移動，從而改變集氣腔體體積，改變壓氣機容積特性，使穩定性和失穩工況發生變化。本發明能夠對同一臺壓氣機分別進行喘振和失速的試驗研究，還可以保存其它特性不變，改變容積特性，來研究壓氣機流場變化。

技術領域

本發明涉及葉輪機械技術領域，尤其涉及一種測試出口容積對壓氣機穩定性影響的試驗裝置和試驗方法。

背景技術

壓氣機的研發一直朝著高壓比、高效率的方向前進，但高性能往往導致低的穩定裕度，壓氣機在高性能工況下工作時，受到擾動后，極易進入失穩(不穩定)工況。

主要存在2種不穩定現象，第一種稱為喘振。1955年Emmons在低速壓氣機上的研究表明，喘振現象可以當作一個發生共振的亥姆赫茲共振器，壓氣機對應共振器的喉管，而壓氣機出口容腔和管道對應于共振腔的腔體。第二種稱為失速，失速是葉片附面層分離的結果，氣流分離后，壓氣機的增壓能力不再隨攻角增大而增加。喘振和失速會產生不同的危害，喘振這種氣流共振可能會導致燃燒室熄火，嚴重還會導致發動機結構破壞；失速要相對緩和的多，會導致壓氣機性能喪失，壓升大大低于設計點，但也不能長時間工作在失速工況，否則會導致發動機推力大幅度下降，產生葉片顫振。

壓氣機如果進入失穩工況，要先判斷失穩類型，在相應地選擇手段退出失穩，因為喘振和失速的退出方式不同。為此，設計人員在進行壓氣機控制系統設計時必須能夠準確地判斷系統出現地失穩狀態。在1976年，E.M.Greitzer首先給出了判斷壓氣機失穩類型的B參數，即

式中，U、a分別為轉子切向速度、當地聲速；V_P、A_C、L_C分別為集氣腔體容積、壓氣機的當量通道面積、壓氣機管道的有效長度。

Greiter的研究結果表明，對于每一臺壓氣機都有它自己的臨界B參數B_cr，當壓氣機的B 參數大于該臨界值Bcr時，其失穩類型為喘振，B小于B_cr時，為失速。

一臺壓氣機的失穩工況由壓氣機和外部容腔共同決定，固定的容積V_P只能產生一種失穩工況，因此有必要設計一種可變容積V_P來改變壓氣機的失穩類型，以此獲得更多的試驗數據。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種測試出口容積對壓氣機穩定性影響的試驗裝置和試驗方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

測試出口容積對壓氣機穩定性影響的試驗裝置，包含電機、壓氣機、計量泵、儲罐、內浮頂、以及第一至第四節流閥；

所述電機用于驅動所述壓氣機工作；

所述儲罐密封，其上部設有氣體入口和氣體出口、底部設有水流入口和水流出口，其中，所述氣體入口通過所述第一節流閥和所述壓氣機的輸出端管道相連，所述氣體出口通過所述第二節流閥向外界供氣，所述水流入口通過所述第三節流閥和所述計量泵的輸出端管道相連，所述水流出口通過所述第四節流閥和外部排水管相連；

所述儲罐內盛水；所述內浮頂設置在儲罐內、浮于儲罐內的水面上，將儲罐內的腔體分割為上部的集氣腔體和下部的調節腔體，用于防止儲罐內的水向上飛濺；

所述計量泵的輸入端和外界水源管道相連，用于朝儲罐內注水。

作為本發明測試出口容積對壓氣機穩定性影響的試驗裝置進一步的優化方案，還包含密封帶和若干彈性片；