[发明专利]一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法

说明书

本发明属于叶轮机测试技术领域，具体涉及一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，包括一种用于精确测量压气机级温升效率的装置和一种用于精确测量压气机级温升效率的方法。本发明测量装置通过校准风洞标定后，可获得校准曲线；实际测量中，基于五个测压孔和温度传感器测得的数据，再根据校准风洞标定获得的校准系数曲线及公式，通过数据处理，可以同时得到被测三维稳态流场的总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度参数，增加了温度传感器寿命和气流不敏感角范围，提高了测量空间分辨率和测量精度；测量方法通过优化测点布局和质量加权求平均值的方法，能够准确测量多级压气机单级的温升效率。

技术领域

本发明属于叶轮机测试技术领域，具体涉及一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，能在最大限度减弱对被测流场干扰的前提下实现叶轮机压气机单级温升效率的准确测量。

背景技术

叶轮机是一种复杂机械，压气机是叶轮机最主要的组成部件之一，压气机温升效率直接决定了叶轮机的整体效率，因此不断提升压气机温升效率是发展叶轮机技术的重要途径。提高压气机的温升效率，首先需要对其进行准确的测量，而现有技术的测量误差太大，已经超出了压气机效率改进的量值。

压气机温升效率的计算公式如下：

式中：——试验压气机进口总温，K

——试验压气机出口总温，K

为试验压气机出口总压，Pa

为试验压气机进口总压，Pa

γ——比热比

由上述公式可知，为测得压气机温升效率，需要测得试验压气机的进口总温出口总温进口总压出口总压

现有测量方法在测量进口总温时，仅在进气系统中气流速度最低的部位布置一个测点。但在进口位置上，流场也是存在不均匀度的，只用一个测点进行测量会忽略这种不均匀度带来的影响，从而使最终测量误差增大。

现有测量方法在测量出口总温时，用耙形总温探针或6～8支多点总温探针测量出口温度。用算数平均法计算出口总温平均值。计算各测量温度时，按温度探针形式选取相应的温度恢复系数。在出口流场中，各点的流速并不是均匀的，采用算数平均法计算出口总温平均值忽略了这种不均匀性，会使测量误差增大。

现有测量方法在测量进口总压时，用四支多点总压探针测量进口总压，用面积平均方法计算进口总压平均值。由于流场流速的不均匀性，使用面积平均方法计算总压平均值会带来额外的计算误差，进而降低整个试验测试的精度。

现有测量方法在测量出口总压时，有三种方式：(1)用一支沿径向移动耙形总压探针或者多支(10～12支)多点总压探针测量出口总压时，多点多支总压探针沿周向布置应考虑栅距方向的总压不均匀因素。(2)用位移机构或者旋转机匣带动单点组合探针测量覆盖1.2倍栅距的扇形面内的总压。(3)用多支耙形总压探针测量出口总压，每支耙形总压探针分别置于出口测量截面等环面的平均半径上。总压测量方式同样忽略了各点流速不均匀的问题，进而使得测量误差增大。

现有测量只能测得多级压气机进出口的参数，而不能测得多级压气机级间参数，因此对于多级压气机来说，现有技术只能测得多级压气机整体效率，而不能测得压气机单级效率。

现有温度测量装置大多数都是按照温度传感器正对主流的要求设计的，温度测量装置头部采用滞止罩结构，收集来流，温度传感器放在滞止罩内，其缺点是，第一，温度传感器直接被流体冲刷，易受气流中夹杂的油滴、灰尘等的影响，易损坏；第二，通常通过增大温度传感器的尺寸来提高传感器的强度，再加上滞止罩的尺寸，故测量装置尺寸较大，这样会使得其空间分辨率较差；第三，气流不敏感角较小，当待测来流的偏转角较大时，气流无法实现充分滞止，同时导致温度传感器表面热交换不充分，总温测量误差较大。