[发明专利]一种连续式风洞压缩机入口流量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涉及轴流压缩机入口流量测量方法，尤其适用于安装在跨声速风洞回路中轴流压缩机的入口流量测量。

背景技术

轴流压缩机用于高速风洞回路中，为风洞试验段提供连续稳定的压比，使试验段建立稳定均匀的气流流场，为飞行器模型实验提供了保障。然而压缩机是一个有自己独特运行特点的设备。图1是压缩机的一组一般特性曲线示意图。图中虚线代表在某一给定转速、不同静叶角β下的压缩机性能曲线，即压比（出口总压/进口总压）～流量曲线。压缩机运行后,在给定转速、某一静叶角下逐渐关小出口阀（即风洞中的栅指或旁路阀）时，就会使压缩机运行参数沿着该静叶角的性能曲线向左上方移动,当压缩机发生喘振时,即找到一个喘振点。把在给定转速、不同静叶角下的喘振点平滑地连起来,就是这台压缩机在该给定转速下的一条喘振边界线（图中的实线）。压缩机运行时,工作点必须在这条喘振边界线（实线）的右下方,而绝不允许其跑到喘振线的左上方。如果压缩机工况点不慎跑到喘振边界线左上方，会导致压缩机进入喘振工况,严重的会使转子、静子等器件经受变应力而断裂，级间压力失常引起强烈振动,导致密封瓦及轴承损坏,甚至可能在短时间内毁坏压缩机，断损的叶片还可能被吹到风洞回路中（参考图2），造成风洞部件和测量设备的毁坏，甚至危及工作人员生命，造成严重后果。因此，喘振边界的准确测定及预防压缩机进入喘振工况是压缩机和风洞安全稳定运行的基础。而压缩机入口流量能否准确测量是压缩机喘振边界能否准确确定的关键。

通常压缩机应用的管网系统大多为不可压缩流状态，所以传统或常规的做法是认为压缩机入口处的管道为不可压缩流，故可用皮托静压管（Pitot-static probe）测出总压、静压差后，由Bernoulli方程获得速度，然后计算出流量。

NF-6增压连续式风洞开始进行喘振边界测定时（2007年7月和12月）就是用这种方法测量压缩机入口流量的，当时是在压缩机入口前的第一拐角段下游（即第三扩散段，参见图2）安装了三个标准风速管，测量出总静压差后按Bernoulli方程计算出流速，并从三个速度中选出两个差距最小的取平均值作为该截面的平均速度，然后乘以横截面积得到体积流量。由于该横截面上的流动不均匀、不稳定，这种测量方法导致给出的同一试验状态下的体积流量波动很大，用这个测量方法确定喘振点和喘振边界带有较宽的误差带，在应用过程中，也同样用这个方法计算流量，结果导致风洞监控系统测得的数据点经常性地、随机地越过预先设置的喘振边界，使对是否进入喘振状态难以作出判断，或造成误判，防喘旁路的快速阀频繁开启，导致风洞无法正常工作。所以当压缩机安装于高速风洞回路用于驱动气流建立试验段流场时，这个流量测量方法不是很合适，需要寻求更精确的的流量测量或计算方法。

由于压缩机前方管道内的流动不均匀、不稳定，在这些截面用皮托静压管（Pitot-static probe）测量总压、静压，由Bernoulli方程求出速度，由此计算出的横截面体积流量波动太大，从而导致测得的喘振点和喘振边界的误差带太宽，且实际运行中用此测量方法确定的体积流量也不够准确，也就是在用一个不准确的喘振边界作监控基准，判断一个未能测量准确的流量值所对应的工况点是否进入喘振，这很可能导致运行还未进入喘振状态时系统却频繁报警，而真正进入喘振时却未能觉察而导致严重后果，从而使风洞无法正常工作。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种连续式风洞压缩机入口流量测量方法，给出一个准确测量和计算压缩机入口流量的方法，使得喘振边界得以准确测定，压缩机是否进入喘振得以准确判断。

技术方案

一种连续式风洞压缩机入口流量测量方法，其特征在于分为旁路阀关闭和旁路阀开启两种情况，测量步骤如下：

情况1：当旁路阀关闭时，连续式风洞压缩机入口体积流量测量步骤如下：

步骤1：根据连续方程得进入压缩机入口的质量流量等于试验段流出的质量流量，试验段质量流量：