專利名稱：一種軸流壓氣機的綜合特性試驗系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種軸流壓氣機的綜合特性試驗系統，主要用于能源動力和國防軍工領域中各種燃氣渦輪機械系統中的軸流壓氣機綜合特性試驗、測量和研究分析。
背景技術：
軸流壓氣機是能源動力領域中航空燃氣輪機、地面燃氣輪機和車輛船舶燃氣輪機系統中大量采用的關鍵壓縮部件，主要作用是通過壓氣機葉輪旋轉，對燃氣輪機進口軸向吸入的空氣進行壓縮，為燃氣輪機做功提供壓縮空氣。軸流壓氣機作為燃氣輪機三大關鍵部件之一，其綜合特性的研究一直是理論與實驗研究關注的焦點問題。隨著壓氣機負荷的變化，其壓比、流量和效率等參數的變化情況； 工況變化時，壓氣機出現喘振和失速等不穩定情況；特殊環境條件下，研究壓氣機參數的變化情況等，都是綜合特性研究所關注的主要問題。由于軸流壓氣機結構和使用條件的復雜性，單純的數值計算分析會有較大誤差，必須通過試驗系統進行試驗驗證。目前，國內工業部門和科研院所已有部分軸流壓氣機試驗臺，多數是與燃氣輪機連接在一起的整機試驗臺，或是進行若干參數測試的試驗臺，存在功能單一、結構復雜、笨重等缺點，在綜合特性測試分析方面能力不足。
發明內容本實用新型的目的是針對目前軸流壓氣機綜合試驗測試系統的不足，提供一種軸流壓氣機的綜合特性試驗系統，進行綜合特性的研究分析。通過本試驗系統，可以完成壓氣機特性曲線測量；壓氣機非穩定邊界點和流動現象的測試分析；研究壓氣機喘振失速等不穩定情況；研究分析使用中出現的故障；研究特殊環境條件下，壓氣機特性的變化等等。本實用新型的技術方案是一種軸流壓氣機的綜合特性試驗系統，包括壓氣機試驗裝置、電機驅動系統和測量控制系統，其特征是所述壓氣機試驗裝置主要由壓氣機進氣道、壓氣機和節氣裝置依次連接組成；所述電機驅動系統由變頻控制器、驅動電機、聯軸器和測扭儀組成，變頻控制器調節驅動電機轉速，驅動電機通過聯軸器帶動測扭儀，測扭儀通過聯軸器帶動壓氣機的轉子旋轉；所述測量控制系統由工業控制計算機、數據采集和分析儀器和傳感器組成。上述方案中，在所述壓氣機中選擇進口、級間和出口三個位置作為測量截面，設置靜壓傳感器、動壓傳感器、溫度傳感器或三孔探針，用以提高測量效率和準確性。上述方案中，所述測量控制系統采用計算機測控技術，傳感器(包括壓力、溫度、 轉速傳感器等)實時采集試驗過程的各種參數，通過控制運算、D/A模塊與D/0通道經變頻控制器對壓氣機轉速進行控制。確保系統高精度、高穩定性。實現了壓氣機-計算機-測試儀器-傳感器-變頻控制器的有機結合。上述方案中，所述驅動電機轉速由變頻控制器無級調節，調速范圍300_4500rpm。本實用新型的有益效果是本系統可以完成壓氣機特性曲線測量；壓氣機非穩定邊界點和流動現象的測試分析；研究壓氣機喘振失速等不穩定情況；特殊環境條件下壓氣機特性的變化等等。可以滿足能源動力和國防軍工領域中，各種燃氣渦輪機械系統中的軸流壓氣機綜合特性試驗、測量和研究分析的需要，也可為大專院校、研究單位和工業部門的教學科研和人員培訓提供技術支持。
圖1是軸流壓氣機的綜合特性試驗系統的示意圖。圖2是軸流壓氣機的綜合特性試驗系統中壓氣機試驗裝置的示意圖。圖3是測量控制系統的壓氣機進口截面測量點位置分布的示意圖。圖4是測量控制系統的壓氣機級間截面測量點位置分布的示意圖。圖5是測量控制系統的壓氣機出口截面測量點位置分布的示意圖。其中，1-壓氣機進氣道，2-進氣網，3-壓氣機，4-壓氣機進口測量點，5-壓氣機進氣導向器，6-轉子，7-靜子，8-壓氣機級間測量點，9-壓氣機出口測量點，10-節流裝置， 11-聯軸器，12-測扭儀，13-驅動電機，14-計算機，15-數據采集和分析儀器，16-傳感器， 17-變頻控制器，P1-P5表示壓力測點，根據試驗需要，分別安裝靜壓或動壓傳感器；T1-T2 代表溫度測點，根據試驗需要分別安裝溫度傳感器或三孔探針。
具體實施方式
參見圖1和圖2，軸流壓氣機的綜合特性試驗系統包括壓氣機試驗裝置、電機驅動系統和測量控制系統三個部分。在壓氣機試驗裝置中，驅動電機13通過聯軸器11帶動測扭儀12，測扭儀12通過聯軸器11帶動軸流壓氣機3的轉子6旋轉。氣流經進口集流器軸向吸入壓氣機進氣道1， 通過進氣網2進入壓氣機3。集流器用來保證進氣的均勻性并用來對進氣流量進行測量。 氣流經試驗級的壓縮后進入壓氣機排氣段，排氣段中裝有節流裝置10，用來調節流量。在壓氣機3中的進口、級間和出口位置設置有測量點4、8、9，安裝各種壓力傳感器、溫度傳感器或測速傳感器，用以測量壓氣機的流動參數。電機驅動系統主要完成對驅動電機13的啟動、停車、調速控制以及整個試驗系統的供電等功能。本系統由變頻控制器及附件、控制臺控制面板及附件、試驗臺配電(箱)柜等部分組成。驅動電機轉速由變頻控制器無級調節，調速范圍300-4500rpm，轉速的控制精度為2%。變頻控制器可以選用三菱、松下或西門子公司產品，輸出功率為30KW。測量控制系統采用工業控制計算機14、數據采集和分析儀器15、多種傳感器16等多種測控設備，可以實現測試與控制的一體化。一是可以通過計算機和數據采集和分析儀器的D/A模塊與D/0通道對變頻控制器17進行控制，實現驅動電機13的啟動、停車和調速； 二是通過數據采集和分析儀器、計算機和傳感器的集成，可以滿足試驗數據的測試、記錄和分析，確保系統的高精度、高穩定性。滿足了測試控制一體化的需求，提高了準確性，測控簡捷方便。傳感器16主要用于將所需測量點的物理參數轉變為數據采集和分析儀器15所需要的電壓(電流)信號，包括探針、壓力傳感器、溫度傳感器、轉速傳感器、安裝座等。數據采集和分析儀器主要完成試驗數據的記錄、存儲以及顯示、打印、繪圖、回放、生成試驗報告等功能。[0021]在一個具體的壓氣機試驗裝置中，壓氣機采用單級軸流壓氣機，設計壓比 1. 03-1. 05，消耗功率< 30KW，設計效率0. 80，設計流量2. 4-4. 5kg/s,驅動電機設計轉速 0-4500rpm連續可調，導流葉片數目28，轉子葉片數目30，靜子葉片數目44，轉子葉片平均半徑處安裝角42° M’，靜子葉片平均半徑處安裝角13° 48’。壓氣機外徑450mm，內徑300mm，進氣段軸向長度1500mm，試驗段軸向長度600mm， 排氣段軸向長度1900mm。外機殼壁厚10mm，支板軸向長度20mm，整流支板軸向長度8mm，葉片軸向尺寸40mm。測量控制系統的采樣率100k/s，分辨率12位，精度0. 1%，在壓氣機級間和出口截面采用三孔壓力探針2支，探針直徑5mm，穩態壓力傳感器共5只，精度優于0. 2 %，動態壓力傳感器共8只，傳感器頻率響應不小于2KHz，精度優于2% ；溫度探針共2支，采用 PT100熱電阻式(B級，分辨率為0. 2度)。測量控制系統的測量點位置分布的示意圖如圖3-圖5所示分別表示壓氣機進口截面、壓氣機級間截面和壓氣機出口截面；P1-P5表示壓力測點，根據試驗需要，分別安裝靜壓或動壓傳感器；T1-T2代表溫度測點，根據試驗需要分別安裝溫度傳感器或三孔探針。在圖3中，根據試驗需要，沿著周向分別設置Pl P5—共5個測點，Pl、P3、P4和 P5分別位于周向的0°、90°、180°和270°位置，P2位于周向30°位置，Pl和P2測點安裝動壓傳感器；P3-P5測點安裝靜壓傳感器。在圖4中，沿著周向分別設置Pl P4和T1、T2—共6個壓力測點，P1、P2、P3和 P4分別位于周向的330°、45°、135°和225°位置，Pl P3測點安裝動壓傳感器；P4測點安裝靜壓傳感器；Tl測點位于周向0°位置，設置三孔探針；T2測點位于周向30°位置， 設置溫度傳感器。在圖5中，沿著周向分別設置Pl P4和T1、T2—共6個壓力測點，P1、P2、P3和 P4分別位于周向的330°、45°、90°和225°位置，Pl P3測點安裝動壓傳感器；P4測點安裝靜壓傳感器；Tl測點位于周向0°位置，設置三孔探針；T2測點位于周向30°位置，設置溫度傳感器。
權利要求1.一種軸流壓氣機的綜合特性試驗系統，包括壓氣機試驗裝置、電機驅動系統和測量控制系統，其特征是所述壓氣機試驗裝置主要由壓氣機進氣道、壓氣機和節氣裝置依次連接組成；所述電機驅動系統由變頻控制器、驅動電機、聯軸器和測扭儀組成，變頻控制器調節驅動電機轉速，驅動電機通過聯軸器帶動測扭儀，測扭儀通過聯軸器帶動壓氣機的轉子旋轉；所述測量控制系統由工業控制計算機、數據采集和分析儀器和傳感器組成。
2.根據權利要求1所述的綜合特性試驗系統，其特征是在所述壓氣機中選擇進口、 級間和出口三個位置作為測量截面，設置靜壓傳感器、動壓傳感器、溫度傳感器或三孔探針。
3.根據權利要求1或2所述的綜合特性試驗系統，其特征是所述測量控制系統采用計算機測控技術，傳感器實時采集試驗過程的各種參數，通過控制運算、D/A模塊與D/0通道經變頻控制器對壓氣機轉速進行控制。
4.根據權利要求3所述的綜合特性試驗系統，其特征是所述驅動電機轉速由變頻控制器無級調節，調速范圍300-4500rpm。
專利摘要本實用新型提供一種軸流壓氣機的綜合特性試驗系統，可以進行綜合特性的研究分析。本試驗系統包括壓氣機試驗裝置、電機驅動系統和測量控制系統，壓氣機試驗裝置主要由壓氣機進氣道、壓氣機和節氣裝置依次連接組成；電機驅動系統由變頻控制器、驅動電機、聯軸器和測扭儀組成，變頻控制器調節驅動電機轉速，驅動電機通過聯軸器帶動測扭儀，測扭儀通過聯軸器帶動壓氣機的轉子旋轉；測量控制系統由工業控制計算機、測試分析儀器和傳感器組成。通過本試驗系統，可以完成壓氣機特性曲線測量；壓氣機非穩定邊界點和流動現象的測試分析；研究壓氣機喘振失速等不穩定情況；研究分析使用中出現的故障；研究特殊環境條件下，壓氣機特性的變化等等。
文檔編號F04B51/00GK202326150SQ20112039287
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者馮婷, 單偉忠, 崔利, 李五洲, 桑增產, 王軍強, 王建新, 肖陽, 陳策 申請人:中國人民解放軍總參謀部陸航研究所, 桑增產