[發明專利]航空發動機回油管路油氣兩相流空隙率測量方法和裝置

有效

• 申請號: 202110611986.6
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113340951B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 劉晨昊;谷俊;梁平昊;田光雄;劉澤偉;冀海峰
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽發動機研究所;浙江大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01K13/02;G06F17/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發明公開一種帶有溫度補償的回油管路中油氣兩相流的空隙率測量方法，該方法首先在離線狀態下模擬回油管路中油氣兩相流的典型流型，分別測量室溫時不同空隙率下ECT傳感器不相鄰的兩兩電極之間的電容信號，組成離線數據集；并測量不同溫度下ECT傳感器處于滿管和空管狀態下不相鄰的兩兩電極之間的電容信號，然后將測得的離線數據集中的電容信號進行歸一化處理，并訓練基于主成分回歸的空隙率測量模型；在線測試時，實時采集管道截面的溫度以及ECT傳感器不相鄰的兩兩電極之間的電容信號，在對電容信號進行溫度補償和歸一化處理后，輸入訓練后的空隙率測量模型，輸出空隙率。該方法能夠直接獲得空隙率，有效降低運算復雜度和溫度對空隙率測量的影響。

技術領域

本發明涉及多相流測試技術領域，尤其涉及一種航空發動機回油管路油氣兩相流空隙率測量方法和裝置。

背景技術

航空發動機是一個結構復雜、精密度高的設備，在其運行過程中，潤滑系統為航空發動機的齒輪、軸承等設備提供潤滑和冷卻并帶走磨粒等外來雜質，并且起著防銹、清潔、密封和緩沖等作用。回油系統將出油孔排出的潤滑油返回到潤滑油箱，以保證軸承內滑油的質量和溫度的平衡，在維持發動機正常運轉上發揮了重要作用。為了更好地分析回油管路潤滑油流動狀態，更加合理地設計回油管路，需要對回油管路中的相關流動參數進行測量。

空隙率，又稱截面含氣率，指在兩相流動的橫截面上，氣相面積占截面總面積的比率，該參數是進行兩相流流動分析以及其他相關參數測量的重要流動參數之一。

電容層析成像(Electrical?Capacitance?Tomography，簡稱ECT)傳感器可以根據被測場內介質分布不同引起的介電常數分布不同，通過測量場內電容值及靈敏度矩陣分布反演出場內介質分布情況，為解決兩相流空隙率測量問題提供了一種有效的途徑。

航空發動機的回油管路存在復雜多變的潤滑油-空氣兩相混合流動，回油管路管徑小。發動機工作時，回油管路溫度較高，且伴有持續的溫度變化。回油管路中潤滑油的電學特性隨溫度變化而發生改變，現有的ECT傳感器通常工作于室溫環境下，無法適應溫度變化引起的被測介質電學特性變化。

使用ECT傳感器測量兩相流的空隙率，通常首先進行管道截面的圖像重建，再根據重建后的圖像計算空隙率。其中圖像重建的計算復雜度較高，費時費力，影響空隙率測量的實時性。

中國專利一種電容層析成像系統(CN201821805532.2)公開了一種電容層析成像系統，其適用于常溫恒溫條件下管道截面圖像重建，沒有進行空隙率的測量。在被測介質溫度變化時，其電學特性也隨之改變，該系統無法適用。

中國專利一種應用于低溫流體兩相流相分布測量的電容層析成像傳感器(CN201910796019.4)公開了一種電容層析成像傳感器，其可以在室溫和低溫下工作，不適用于航空發動機回油管路的高溫環境。

國際專利一種內置電極式電容層析成像傳感器(WO2019214471A1)公開了一種高溫內置ECT傳感器，其電極片直接接觸被測流體，長期使用容易腐蝕，其裝置結構與信號處理與本發明存在較大差別。

綜上所述，未加溫度補償的情況下，空隙率測量值會隨著溫度的變化，產生較大的誤差，目前尚不存在適用于航空發動機回油管路油氣兩相流的空隙率測量的成熟方法，需要根據實際工況尋求合適的測量方法和測量裝置，能夠在管道內部兩相流體溫度不斷變化的情況下對空隙率進行實時測量，且測量裝置能夠長期耐受較高的溫度。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種回油管路油氣兩相流空隙率測量方法和裝置，該方法帶有溫度補償機制，能夠適應油氣兩相流的溫度變化，對油氣兩相流的空隙率進行實時測量。

本發明的目的通過如下的技術方案來實現：

一種帶有溫度補償的回油管路中油氣兩相流的空隙率測量方法，該方法包括如下步驟：