CN107270979B - 一种气动试验用空气流量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气动试验用空气流量测量装置，包括测量管和测量系统，所述测量管具有轴向一体成型的喇叭口段和圆管段，所述喇叭口段的内壁和圆管段的内壁平滑过渡，所述喇叭口段下游的圆管段上径向开设有多个静压孔和至少一个探针孔，所述探针孔内装配有能够向圆管段内径向位移调整的探针；所述测量系统的总压测点和总温测点处在测量管的喇叭口段上游。本发明有效、可靠地避免了对测量管内流场所产生的扰动，使得所测得的结果能够反应出测量管内的空气真实流动状况，有效确保了对测量管内流动空气的质量流量实现高精度测量，稳定性和可靠性高。

Description

一种气动试验用空气流量测量装置
技术领域
本发明涉及气动试验设备，具体是一种气动试验用的空气流量测量装置。本发明特别适用于燃气轮机压气机的气动试验，当然，本发明也适用于其它需要对空气质量流量进行测量的气动试验。
背景技术
气动试验用于检测工业设备的特性，例如燃气轮机压气机的气动试验。在压气机的气动试验中，其进口处空气质量流量是主要的测量参数之一，直接决定着压气机气动试验的试验精度。在压气机的气动试验中，对进口处的空气质量流量的测量是通过空气流量测量装置实现的。
空气流量测量装置主要由测量管和测量系统等组成，参见图4所示，测量管200为双扭线型的喇叭口结构，其具有轴向布置的喇叭口段2001和圆管段2002，喇叭口段2001和圆管段2002采用分段铸造并由止口连接在一起后组合机械加工而成，喇叭口段2001和圆管段2002之间具有连接处2004。其中，喇叭口段2001的内壁轮廓型线为双扭线；圆管段2002为等圆截面管道，在圆管段2002上设有测量截面，该测量截面位于连接处2004下游的0.5倍圆管段2002半径处位置，在圆管段2002的测量截面上设置测量系统2003。测量系统2003主要由布置在圆管段2002内的插入式总温总压复合探针、开设在圆管段2002壁面上的静压孔、布置在圆管段2002上的可移动式附面层探针等组成。在气动试验时，空气经喇叭口段2001的外端流入喇叭口段2001、并流过圆管段2002而流出，设置在圆管段2002上的测量系统2003用于测量圆管段2002内流动的空气的相关气动参数，从而计算出通过测量管的空气流量数据。
然而，上述测量管的连接处由于加工或拆解后重新装配等原因，喇叭口段和圆管段的内壁轮廓型线始终会存在一个小的错位，难以做到完全的光滑连接过渡，这将对测量管内的空气流动状态产生一定的扰动，从而改变了测量管近壁处附面层的发展，进而会影响对空气流量测量的精确度。此外，将测量系统的总温总压复合探针布置在圆管段内，在气动试验时，它们会对测量管内的流场产生一定的扰动，即堵塞效应引起流场周向的畸变，进而导致圆管段测量截面上的四个壁面静压不能反映真实的周向平均值，因此测量的结果不能反应测量管内的真实流动状况，最终会影响空气流量测量的精确度。
综上所述，气动试验用的现有空气流量测量装置因其结构设计的不合理，存在测量结果误差大、不精确等技术问题，稳定性和可靠性差。
发明内容
本发明的技术目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种测量结果精确度高、稳定且可靠的气动试验用空气流量测量装置。
本发明实现其技术目的所采用的技术方案是：一种气动试验用空气流量测量装置，包括测量管和测量系统，所述测量管具有轴向一体成型的喇叭口段和圆管段，所述喇叭口段的内壁和圆管段的内壁平滑过渡，所述喇叭口段下游的圆管段上径向开设有多个静压孔和至少一个探针孔，所述探针孔内装配有能够向圆管段内径向位移调整的探针；所述测量系统的总压测点和总温测点处在测量管的喇叭口段上游。
作为优选方案之一，所述测量管的喇叭口段和圆管段以同轴线方式一体成型。
作为优选方案之一，所述测量管的喇叭口段的内壁轮廓型线主要由从内而外依序平滑衔接过渡的多段弧线构成。进一步的，所述喇叭口段的内壁轮廓型线的多段弧线是按上一段弧线尾端相切于下一段弧线首端的规律成型；所述喇叭口段的内壁轮廓型线的第一段弧线首端与圆管段的内壁型线相切。再进一步的，所述喇叭口段的内壁轮廓型线为从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，各段弧线对应具有特征参数半径R1、R2、R3、R4、R5，以及前四段弧线对应具有外端至喇叭口段轴向内端的特征参数轴向直线长度A1、A2、A3、A4和第五段弧线具有外端至喇叭口段轴向外端的特征参数轴向直线长度A5，这些特征参数以圆管段的半径R为基准按如下表格数据取值：
作为优选方案之一，所述测量系统还包括有大气湿度测点，所述大气湿度测点连同总压测点和总温测点处在测量管的喇叭口段上游。
作为优选方案之一，所述圆管段上的静压孔和探针孔处在圆管段的同一圆周上，所述圆管段布置静压孔和探针孔所在的圆周位置为圆管段的上游端至下游方向一倍圆管段半径的位置。
作为优选方案之一，所述圆管段上的静压孔为四个，它们周向均布在圆管段上；所述探针孔的位置在圆管段的周向上避开静压孔的位置。
作为优选方案之一，所述探针为单点附面层探针。
本发明的有益技术效果是：
1.本发明测量管以轴向的喇叭口段和圆管段一体成型，喇叭口段和圆管段的内壁平滑过渡，进而消除了喇叭口段和圆管段的内壁轮廓型线的过渡差，实现二者内壁轮廓型线的完全平滑过渡，有效、可靠地避免了对测量管内的空气流动状态的扰动；同时，在圆管段上仅保留装配了测量系统的可位移调整探针(可位移调整探针在圆管段内的尺寸不足以造成测量管的堵塞效应)，将组成测量系统的总温和总压测量的探针移出测量管，有效、可靠地避免了测量系统的受感元件对测量管内流场所产生的扰动；如此，本发明有效、可靠地避免了对测量管内流场所产生的扰动，使得所测得的结果能够反应出测量管内的空气真实流动状况，有效确保了对测量管内流动空气的质量流量实现高精度测量，稳定性和可靠性高；
2.本发明测量管的喇叭口段内壁轮廓型线成型结构，使得喇叭口段内壁轮廓型线的成型尺寸由圆管段的内径唯一确定，从而将喇叭口段内壁轮廓型线的成型尺寸实现标准化；如此，将喇叭口段与圆管段设计成一体成型结构，才能可靠地使二者的内壁轮廓型线的连接过渡更为光滑、平整，空气流动性能优异，亦极大的简化、降低了本发明测量管的成型难度；
3.本发明测量系统在总压测量和总温测量的基础上增加了布置在测量管外的大气湿度测量，大气湿度测量能够测得被测空气的大气湿度，所测得的大气湿度值可用于修正干空气的物理性能参数，从而进一步提高了测量的精确度；
4.本发明测量管的圆管段上的测量截面(即布置静压孔和探针孔的圆周位置)所在位置，是根据测量管内的空气流动特性而精心选择的，此测量截面所测得的壁面静压与该测量截面的平均静压一致，并能确保所有气动参数的测量在时间上同步，这又能进一步地提高了测量的精确度，可靠性优异。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
图2为图1的A-A视图。
图3为本发明测量管的轮廓型线示意图。
图4为气动试验用的现有空气流量测量装置的结构示意图。
图中代号含义：100—测量管；1001—喇叭口段；1002—圆管段；1003—静压孔；1004—探针；1005—中心轴线；1006—总压测点；1007—总温测点；1008—大气湿度测点；200—测量管；2001—喇叭口段；2002—圆管段；2003—测量系统；2004—连接处。
具体实施方式
本发明为气动试验用的空气流量测量装置，特别适用于燃气轮机压气机的气动试验，当然，亦不能排除其它需要对空气质量流量进行测量的气动试验使用。下面以多个实施例对本发明的技术内容进行详细、清楚、完整地说明，其中实施例1结合附图1、附图2和附图3进行。
实施例1
参见图1、图2和图3所示，本发明包括测量管100和测量系统。
其中，测量管100为铸造成型结构，具有轴向、以同轴线方式一体成型的喇叭口段1001和圆管段1002，喇叭口段1001和圆管段1002具有同一中心轴线1005，喇叭口段1001的内壁和圆管段1002的内壁平滑过渡。
圆管段1002的内壁为轴向等径结构-即等截面管，其内壁具有半径R。圆管段1002的设计主流马赫数约为0.4。圆管段1002处在喇叭口段1001的下游。在圆管段1002上径向开设有四个静压孔1003和一个探针孔；圆管段1002上的静压孔1003和探针孔处在圆管段1002的同一圆周上-即测量截面C-C；圆管段1002上的四个静压孔1003在圆管段1002的周向上均匀布置，且探针孔的位置在圆管段1002的周向上避开静压孔1003的位置。前述圆管段1002布置静压孔1003和探针孔所在的圆周位置为圆管段1002的上游端至下游方向一倍圆管段1002半径的位置，即从圆管段1002的上游端轴向起算，圆管段1002半径的一倍位置处为静压孔1003和探针孔的圆周位置。
喇叭口段1001的内壁轮廓型线主要由从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，喇叭口段1001的内壁轮廓型线的这五段弧线是按上一段弧线尾端相切于下一段弧线首端的规律成型，且喇叭口段1001的内壁轮廓型线的第一段弧线首端与圆管段1002的内壁型线相切。具体的，喇叭口段1001的内壁轮廓型线为从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，各段弧线对应具有特征参数半径R1、R2、R3、R4、R5，以及前四段弧线(R1、R2、R3、R4)对应具有外端至喇叭口段1001轴向内端的特征参数轴向直线长度A1、A2、A3、A4和第五段弧线具有外端至喇叭口段1001轴向外端的特征参数轴向直线长度A5，这些特征参数以圆管段1002的半径R为基准按如下表格数据取值：
测量系统包括气流总压测量仪、大气温度测量仪、大气湿度测量仪和可径向位移调整的探针1004，该可径向位移调整的探针1004为单点附面层探针。可径向位移调整的探针1004装配在圆管段1002的探针孔内，能够在圆管段1002的径向上移动。气流总压测量仪、大气温度测量仪和大气湿度测量仪分别布置在对应的测量点上，即总压测点1006、总温测点1007和大气湿度测点1008，这些测点布置在测量管100的喇叭口段1001上游处，具体位置为喇叭口段1001的上游端轴向向前约8倍圆管段1002半径的位置，也就是说，测量系统的气流总压测量仪、大气温度测量仪和大气湿度测量仪处在测量管100的外部。
实施例2
本发明包括测量管和测量系统。
其中，测量管为铸造成型结构，具有轴向、以同轴线方式一体成型的喇叭口段和圆管段，喇叭口段和圆管段具有同一中心轴线，喇叭口段的内壁和圆管段的内壁平滑过渡。
圆管段的内壁为轴向等径结构-即等截面管，其内壁具有半径R。圆管段的设计主流马赫数约为0.4。圆管段处在喇叭口段的下游。在圆管段上径向开设有四个静压孔和一个探针孔；圆管段上的静压孔和探针孔处在圆管段的同一圆周上-即测量截面；圆管段上的四个静压孔在圆管段的周向上均匀布置，且探针孔的位置在圆管段的周向上避开静压孔的位置。前述圆管段布置静压孔和探针孔所在的圆周位置为圆管段的上游端至下游方向一倍圆管段半径的位置，即从圆管段的上游端轴向起算，圆管段半径的一倍位置处为静压孔和探针孔的圆周位置。
喇叭口段的内壁轮廓型线主要由从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，喇叭口段的内壁轮廓型线的这五段弧线是按上一段弧线尾端相切于下一段弧线首端的规律成型，且喇叭口段的内壁轮廓型线的第一段弧线首端与圆管段的内壁型线相切。具体的，喇叭口段的内壁轮廓型线为从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，各段弧线对应具有特征参数半径R1、R2、R3、R4、R5，以及前四段弧线(R1、R2、R3、R4)对应具有外端至喇叭口段轴向内端的特征参数轴向直线长度A1、A2、A3、A4和第五段弧线具有外端至喇叭口段轴向外端的特征参数轴向直线长度A5，这些特征参数以圆管段的半径R为基准按如下表格数据取值：
测量系统包括气流总压测量仪、大气温度测量仪和可径向位移调整的探针，该可径向位移调整的探针为单点附面层探针。可径向位移调整的探针装配在圆管段的探针孔内，能够在圆管段的径向上移动。气流总压测量仪和大气温度测量仪分别布置在对应的测量点上，即总压测点和总温测点，这些测点布置在测量管的喇叭口段上游处，具体位置为喇叭口段的上游端轴向向前约10倍圆管段半径的位置，也就是说，测量系统的气流总压测量仪和大气温度测量仪处在测量管的外部。
实施例3
本发明包括测量管和测量系统。
其中，测量管为铸造成型结构，具有轴向一体成型的喇叭口段和圆管段，喇叭口段的内壁和圆管段的内壁平滑过渡。
圆管段的内壁为轴向等径结构-即等截面管，其内壁具有半径R。圆管段的设计主流马赫数约为0.4。圆管段处在喇叭口段的下游。在圆管段上径向开设有四个静压孔和一个探针孔；圆管段上的静压孔和探针孔处在圆管段的同一圆周上-即测量截面；圆管段上的四个静压孔在圆管段的周向上均匀布置，且探针孔的位置在圆管段的周向上避开静压孔的位置。前述圆管段布置静压孔和探针孔所在的圆周位置为圆管段的上游端至下游方向一倍圆管段半径的位置，即从圆管段的上游端轴向起算，圆管段半径的一倍位置处为静压孔和探针孔的圆周位置。
喇叭口段的内壁轮廓型线主要由从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，喇叭口段的内壁轮廓型线的这五段弧线是按上一段弧线尾端相切于下一段弧线首端的规律成型，且喇叭口段的内壁轮廓型线的第一段弧线首端与圆管段的内壁型线相切。具体的，喇叭口段的内壁轮廓型线为从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，各段弧线对应具有特征参数半径R1、R2、R3、R4、R5，以及前四段弧线(R1、R2、R3、R4)对应具有外端至喇叭口段轴向内端的特征参数轴向直线长度A1、A2、A3、A4和第五段弧线具有外端至喇叭口段轴向外端的特征参数轴向直线长度A5，这些特征参数以圆管段的半径R为基准按如下表格数据取值：
测量系统包括气流总压测量仪、大气温度测量仪、大气湿度测量仪和可径向位移调整的探针，该可径向位移调整的探针为单点附面层探针。可径向位移调整的探针装配在圆管段的探针孔内，能够在圆管段的径向上移动。气流总压测量仪、大气温度测量仪和大气湿度测量仪分别布置在对应的测量点上，即总压测点、总温测点和大气湿度测点，这些测点布置在测量管的喇叭口段上游处，具体位置为喇叭口段的上游端轴向向前约6倍圆管段半径的位置，也就是说，测量系统的气流总压测量仪、大气温度测量仪和大气湿度测量仪处在测量管的外部。
实施例4
本发明包括测量管和测量系统。
其中，测量管具有轴向、以同轴线方式一体成型的喇叭口段和圆管段，喇叭口段和圆管段具有同一中心轴线，喇叭口段的内壁和圆管段的内壁平滑过渡。
圆管段的内壁为轴向等径结构-即等截面管，其内壁具有半径R。圆管段的设计主流马赫数约为0.4。圆管段处在喇叭口段的下游。在圆管段上径向开设有三个静压孔和一个探针孔；圆管段上的静压孔和探针孔处在圆管段的同一圆周上-即测量截面；圆管段上的三个静压孔在圆管段的周向上均匀布置，且探针孔的位置在圆管段的周向上避开静压孔的位置。前述圆管段布置静压孔和探针孔所在的圆周位置为圆管段的上游端至下游方向一倍圆管段半径的位置，即从圆管段的上游端轴向起算，圆管段半径的一倍位置处为静压孔和探针孔的圆周位置。
喇叭口段的内壁轮廓型线主要由从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，喇叭口段的内壁轮廓型线的这五段弧线是按上一段弧线尾端相切于下一段弧线首端的规律成型，且喇叭口段的内壁轮廓型线的第一段弧线首端与圆管段的内壁型线相切。具体的，喇叭口段的内壁轮廓型线为从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，各段弧线对应具有特征参数半径R1、R2、R3、R4、R5，以及前四段弧线(R1、R2、R3、R4)对应具有外端至喇叭口段轴向内端的特征参数轴向直线长度A1、A2、A3、A4和第五段弧线具有外端至喇叭口段轴向外端的特征参数轴向直线长度A5，这些特征参数以圆管段的半径R为基准按如下表格数据取值：
测量系统包括气流总温总压复合探针、大气湿度测量仪和可径向位移调整的探针，该可径向位移调整的探针为单点附面层探针。可径向位移调整的探针装配在圆管段的探针孔内，能够在圆管段的径向上移动。气流总温总压复合探针和大气湿度测量仪分别布置在对应的测量点上，即总温总压测点和大气湿度测点，这些测点布置在测量管的喇叭口段上游处，具体位置为喇叭口段的上游端轴向向前约7倍圆管段半径的位置，也就是说，测量系统的气流总温总压复合探针和大气湿度测量仪处在测量管的外部。
以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种气动试验用空气流量测量装置，包括测量管(100)和测量系统，所述测量管(100)具有轴向一体成型的喇叭口段(1001)和圆管段(1002)，所述喇叭口段(1001)的内壁和圆管段(1002)的内壁平滑过渡，其特征在于：所述测量管(100)的喇叭口段(1001)的内壁轮廓型线主要由从内而外依序平滑衔接过渡的多段弧线构成，所述多段弧线是按上一段弧线尾端相切于下一段弧线首端的规律成型，所述喇叭口段(1001)的内壁轮廓型线的第一段弧线首端与圆管段(1002)的内壁型线相切，具体的，所述喇叭口段(1001)的内壁轮廓型线为从内而外依序平滑衔接过渡的五段弧线构成，各段弧线对应具有特征参数半径R1、R2、R3、R4、R5，以及前四段弧线对应具有外端至喇叭口段(1001)轴向内端的特征参数轴向直线长度A1、A2、A3、A4和第五段弧线具有外端至喇叭口段(1001)轴向外端的特征参数轴向直线长度A5，这些特征参数以圆管段(1002)的半径R为基准按如下表格数据取值：
所述喇叭口段(1001)下游的圆管段(1002)上径向开设有多个静压孔(1003)和至少一个探针孔，所述探针孔内装配有能够向圆管段(1002)内径向位移调整的探针(1004)；
所述测量系统的总压测点(1006)和总温测点(1007)处在测量管(100)的喇叭口段(1001)上游。
2.根据权利要求1所述气动试验用空气流量测量装置，其特征在于：所述测量管(100)的喇叭口段(1001)和圆管段(1002)以同轴线方式一体成型。
3.根据权利要求1所述气动试验用空气流量测量装置，其特征在于：所述测量系统还包括有大气湿度测点(1008)，所述大气湿度测点(1008)连同总压测点(1006)和总温测点(1007)处在测量管(100)的喇叭口段(1001)上游。
4.根据权利要求1所述气动试验用空气流量测量装置，其特征在于：所述圆管段(1002)上的静压孔(1003)和探针孔处在圆管段(1002)的同一圆周上，所述圆管段(1002)布置静压孔(1003)和探针孔所在的圆周位置为圆管段(1002)的上游端至下游方向一倍圆管段(1002)半径的位置。
5.根据权利要求1或4所述气动试验用空气流量测量装置，其特征在于：所述圆管段(1002)上的静压孔(1003)为四个，它们周向均布在圆管段(1002)上；所述探针孔的位置在圆管段(1002)的周向上避开静压孔(1003)的位置。
6.根据权利要求1所述气动试验用空气流量测量装置，其特征在于：所述探针(1004)为单点附面层探针。
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