[發(fā)明專利]一種連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞主壓縮機(jī)廠內(nèi)試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310726137.4
• 申請日: 2023-06-19
• 公開（公告）號: CN116517866B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許嶺松;張刃;張付昆;羅勁;張然;崔曉春
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽空氣動(dòng)力研究所
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;G01M9/04
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 李曉敏

1.一種連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞主壓縮機(jī)廠內(nèi)試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括壓縮機(jī)(1)、閉式回路(2)、真空系統(tǒng)(3)、真空截止閥(4)、中壓干燥氣罐(6)、中壓截止閥(7)、換熱器(8)、快開蝶閥(9)、蝶閥(10)、流量計(jì)(13)、露點(diǎn)儀(14)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)，閉式回路(2)上逆時(shí)針依次安裝有壓縮機(jī)(1)、真空系統(tǒng)(3)、中壓干燥氣罐(6)、換熱器(8)、快開蝶閥(9)、流量計(jì)(13)和露點(diǎn)儀(14)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)布置在閉式回路(2)的外部，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)的輸出端與壓縮機(jī)(1)的轉(zhuǎn)子件建立連接，所述真空系統(tǒng)(3)通過截止閥(4)開度控制抽氣量，所述中壓干燥氣罐(6)通過中壓截止閥(7)開度控制其充氣量，蝶閥(10)安裝在閉式回路(2)上且與快開蝶閥(9)并聯(lián)，快開蝶閥(9)、蝶閥(10)可通過調(diào)節(jié)開度，改變試驗(yàn)過程中閉式回路(2)的阻力特性，快開蝶閥(9)用于粗調(diào)，蝶閥(10)用于精細(xì)調(diào)節(jié)，通過兩組閥門對閉式回路(2)阻力特性進(jìn)行精確控制，針對大型連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞主壓縮機(jī)流量-壓比工況范圍寬的特點(diǎn)，滿足增壓、真空、常壓不同使用工況的性能測試；

所述流量計(jì)(13)右側(cè)的閉式回路(2)上依次設(shè)置有總溫測點(diǎn)(12)和第一靜壓測點(diǎn)(111)，所述壓縮機(jī)(1)的前后兩側(cè)分別設(shè)置有第二靜壓測點(diǎn)(112)和第三靜壓測點(diǎn)(113)；

還包括一種連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞主壓縮機(jī)廠內(nèi)試驗(yàn)方法，是依托所述的一種連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞主壓縮機(jī)廠內(nèi)試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括：

步驟1，性能試驗(yàn)前準(zhǔn)備階段，具體包括：

步驟1.1，真空系統(tǒng)(3)對閉式回路(2)抽氣，即打開真空截止閥(4)，使用真空系統(tǒng)(3)將閉式回路(2)內(nèi)空氣抽至負(fù)壓后，關(guān)閉真空截止閥(4)及真空系統(tǒng)(3)；

步驟1.2，中壓干燥氣罐(6)對閉式回路(2)補(bǔ)氣，即打開中壓截止閥(7)，將中壓干燥氣罐(6)內(nèi)的潔凈干燥氣體充入閉式回路(2)，進(jìn)行換氣；

步驟1.3，判斷露點(diǎn)是否滿足要求，即換氣后觀察露點(diǎn)儀(14)的示數(shù)，判斷閉式回路(2)內(nèi)氣體露點(diǎn)是否滿足要求，當(dāng)閉式回路(2)內(nèi)氣體露點(diǎn)不滿足要求時(shí)，重復(fù)步驟1.1至步驟1.2，進(jìn)行多次換氣，直至閉式回路(2)內(nèi)氣體滿足露點(diǎn)要求；

步驟2，性能試驗(yàn)階段，具體包括：

步驟2.1，壓縮機(jī)(1)啟動(dòng)至指定轉(zhuǎn)速，快開蝶閥(9)、蝶閥(10)為全開狀態(tài)，維持壓縮機(jī)入口靜壓、葉片角度為某一固定狀態(tài)，在壓縮機(jī)(1)運(yùn)行轉(zhuǎn)速[n_min，n_max]選取一組轉(zhuǎn)速n₁，n₂，n₃……；將壓縮機(jī)(1)轉(zhuǎn)速固定在n₁；

步驟2.2，粗調(diào)快開蝶閥(9)，精調(diào)蝶閥(10)，即緩慢調(diào)小快開蝶閥(9)開度，接近測試工況后使用蝶閥(10)進(jìn)行精調(diào)，待測量指標(biāo)穩(wěn)定；

步驟2.3，記錄測點(diǎn)數(shù)據(jù)，待測量指標(biāo)穩(wěn)定后，記錄第一靜壓測點(diǎn)(111)、總溫測點(diǎn)(12)、第二靜壓測點(diǎn)(112)和第三靜壓測點(diǎn)(113)的數(shù)據(jù)，以及流量計(jì)(13)的壓差數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得體積流量記錄數(shù)據(jù)得其中為在轉(zhuǎn)速是n1，快開蝶閥(9)和精調(diào)蝶閥(10)的某一特定開度下的壓縮機(jī)體積流量，為在轉(zhuǎn)速是n1，快開蝶閥(9)和精調(diào)蝶閥(10)的某一特定開度下的壓縮機(jī)(1)對應(yīng)該壓縮機(jī)體積流量的壓比；

步驟2.4，記錄數(shù)據(jù)完畢后打開蝶閥(10)開度至全開；

步驟2.5，重復(fù)步驟2.2至步驟2.4，繼續(xù)記錄快開蝶閥(9)和精調(diào)蝶閥(10)在不同閥門開度下，對應(yīng)的壓縮機(jī)體積流量和相應(yīng)的壓比的數(shù)據(jù)，即

步驟2.6，當(dāng)壓縮機(jī)(1)的壓縮機(jī)壓比不再隨體積流量下降而增大時(shí)，停止減小快開蝶閥(9)開度，并獲得該轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行邊界點(diǎn)

步驟2.7，調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)，使壓縮機(jī)(1)運(yùn)行轉(zhuǎn)速至n₂，重復(fù)步驟2.2至步驟2.6，獲得轉(zhuǎn)速n₂工況下的壓縮機(jī)體積流量壓比特征點(diǎn)以及運(yùn)行邊界點(diǎn)繼續(xù)改變壓縮機(jī)(1)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，獲得全部運(yùn)行轉(zhuǎn)速區(qū)間的流量、壓比特征點(diǎn)及運(yùn)行邊界點(diǎn)，直至試驗(yàn)結(jié)束；

所述步驟2的性能試驗(yàn)階段，壓縮機(jī)(1)獲得運(yùn)行邊界點(diǎn)測試過程中，當(dāng)壓縮機(jī)(1)進(jìn)入危險(xiǎn)運(yùn)行工作區(qū)時(shí)，即壓縮機(jī)(1)軸振動(dòng)指標(biāo)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)，快速打開快開蝶閥(9)，使得軸流壓縮機(jī)(1)運(yùn)行工況點(diǎn)快速進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)；

步驟3，計(jì)算流量壓比：

試驗(yàn)過程中壓縮機(jī)(1)的入口溫度T_in難以恒定在某一固定數(shù)值，性能試驗(yàn)測試完成后，將各壓比數(shù)據(jù)統(tǒng)一換算為310K溫度條件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出：

壓縮機(jī)運(yùn)行壓比公式如下：

式中，ε為壓縮機(jī)壓比，P_in為壓縮機(jī)進(jìn)口靜壓，單位為Pa，P_out為壓縮機(jī)出口靜壓，單位為Pa；

壓縮機(jī)體積流量Q計(jì)算公式如下：

式中，Pi為常數(shù)，Pi＝3.1415；d為流量計(jì)(13)安裝管道的內(nèi)徑，單位為m；k為校準(zhǔn)獲得的流量系數(shù)；Δp為流量計(jì)(13)測得壓差值，單位為Pa；Rg為氣體常數(shù)，單位為J/(kg*K)；T為總溫測點(diǎn)(12)的測量值，單位為K；P為第一靜壓測點(diǎn)(111)的測量值，單位為Pa；

性能試驗(yàn)過程中壓縮機(jī)(1)的入口溫度T_in出現(xiàn)微小變動(dòng)時(shí)，壓比按照下式統(tǒng)一按照下式將壓縮機(jī)壓比修正為310K的壓比，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：

式中，ε₁為壓縮機(jī)(1)修正為進(jìn)口溫度為310K的壓比；ε₀為實(shí)測壓縮機(jī)(1)的進(jìn)口溫度為T_in的壓比；k為氣體比熱比；

步驟4，完成壓縮機(jī)(1)全部轉(zhuǎn)速區(qū)間的壓縮機(jī)體積流量、壓比特征點(diǎn)及運(yùn)行邊界點(diǎn)后，將測試獲得的各相同轉(zhuǎn)速的流量連接起來即可得到壓縮機(jī)(1)全部轉(zhuǎn)速區(qū)間的流量-壓比工作曲線，將不同轉(zhuǎn)速的運(yùn)行邊界點(diǎn)連接起來即獲得運(yùn)行邊界線。