CN110595789A - 一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，包括气站机构、压力控制机构、温度测量机构、空气流量测量机构和计算机测控机构，所述气站机构的输出端与压力控制机构的输入端相连，所述压力控制机构与温度测量机构的输入端相连，所述压力控制机构的输出端与空气流量测量机构的输入端相连，空气流量测量机构的输出端与大气环境相连，所述气站机构、压力控制机构、温度测量机构和空气流量测量机构的数据回馈端与计算机测控机构的输入端相连。本发明的各个模块之间可以单独工作、单独维护，易于针对不同类型零件测量的改造升级。
Description
技术领域
本发明属于航空燃气轮机空气流量的技术领域，尤其涉及一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统。
背景技术
在航空发动机中系统中核心机为主要核心单元，由压气机、燃烧室和涡轮三部分组成。压气机压缩的空气进入燃烧室和涡轮后被分成多个流路，有用于冷却的空气也有用于参与燃烧或做功的空气。各部分使用的空气量由设计的一些孔、通道等进行分配，空气流量分配的准确性影响着燃气轮机的效率和冷却安全性。在燃烧室和涡轮设计及试验过程中，一些重要零组件如主旋流器、涡轮导叶、火焰筒需进行空气流量调试以确认制造的孔或通道在一定压力下通过的空气流量是否满足要求。因此空气流量调试是燃烧室、涡轮制造过程中的关键工序。
由于我国航空工业的整体落后，多数先进发动机都处于研发阶段，目前没有一家专业化从事的空气流量调试的企业，外加国外对我国航空领域的技术封锁，也没有针对空气流量测量的成套设备。目前一些企业采用的自研空气流量测试设备均存在测试精度低、重复性差、流量覆盖范围窄等问题。
目前随着对发动机性能要求的不断提升，航空发动机的压气机出口温度越来越高，对于用于燃烧室及涡轮的空气分配比例要求也就越来越高。为满足性能要求，对于零组件加工过程中的空气流量调试的要求也进一步提高，目前的国内设备无法满足发动机需求。因此需要设计一种新型高度集成、高精度和测量更高效的空气流量调试台来满足现金发动机的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，包括气站机构、压力控制机构、温度测量机构、空气流量测量机构和计算机测控机构，所述气站机构的输出端与压力控制机构的输入端相连，所述压力控制机构与温度测量机构的输入端相连，所述压力控制机构的输出端与空气流量测量机构的输入端相连，所述空气流量测量机构的输出端与大气环境相连，所述气站机构、压力控制机构、温度测量机构和空气流量测量机构的数据回馈端与计算机测控机构的输入端相连。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其中，所述气站机构包括由低压压气机、高压压气机、第一单向阀、第二单向阀、储气罐和粗气滤构成，所述低压压气机通过第一单向阀连通至储气罐内，所述高压压气机通过第二单向阀连通至储气罐内，所述储气罐的输出端与粗气滤的输入端相连，所述粗气虑的输出端与压力控制机构的输入端相连。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，所述气站机构还包括有安全装置，连接至储气罐上，并由压力表和安全阀构成，所述压力表和安全阀均连接至储气罐上。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，所述压力控制机构由气动截止阀、减压阀、压力传感器、稳压储气罐、精密气滤、第一路压力控制装置和第二路压力控制装置构成，所述气动截止阀的输入端与气站机构的输出端相连，所述气动截止阀的输出端与减压阀的输入端相连，所述减压阀的输出端与稳压储气罐的输入端相连，所述稳压储气罐的输出端与精密气滤的输入端，所述精密气滤的输出端与第一路压力控制装置的输入端相连，同时还与第二路压力控制装置的输入端相连，所述第一路压力控制装置和第二路压力控制装置的输出端连接至空气流量测量机构的输入端。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，用于控制小空气流量下的压力的所述第一路压力控制装置由第一路空气流量计、第一路气动调节阀、第一路气动截止阀和压差计构成，所述第一路空气流量计的输入端与精密气滤的输出端相连，所述第一路空气流量计的输出端与第一路气动调节阀的输入端相连，所述第一路气动调节阀的输出端与第一路气动截止阀的输入端相连，所述第一路气动截止阀的输出端与压差计的输入端相连，所述压差计的输出端与空气流量测量机构的输入端相连；
用于控制大空气流量下的压力的所述第二路压力控制装置由第二路空气流量计、第二路气动调节阀、第二路气动截止阀和压差计构成，所述第二路空气流量计的输入端与精密气滤的输出端相连，所述第二路空气流量计的输出端与第二路气动调节阀的输入端相连，所述第二路气动调节阀的输出端与第二路气动截止阀的输入端相连，所述第二路气动截止阀的输出端与压差计的输入端相连，所述压差计的输出端与空气流量测量机构的输入端相连。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，所述温度测量机构为单温度传感器，并联于压力传感器上，其测温范围在0～400K。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，所述空气流量测量机构包括小空气流量测量装置、大空气流量测量装置和大气压计，分别与第一路压力控制装置和第二路压力控制装置相串联，所述弱空气流量测量装置和强空气流量测量装置的输出端与大气压计的输入端相连。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，所述计算机测控机构由计算机、采集模块和控制模块构成，所述采集模块连接至气站机构、压力控制机构、温度测量机构、空气流量测量机构，控制模块连接至气站机构、压力控制机构、空气流量测量机构，所述采集模块和控制模块连接至计算机上。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，所述小空气流量测量装置和大空气流量测量装置为相同的结构，均由进气筒、蜂窝整流器、转接段构成，所述进气筒的输入端与第一路压力控制装置或者第二路压力控制装置的输出端相连，进气筒的输出端与蜂窝整流器的输入端相连，蜂窝整流器的输出端与转接段相连，转接段的输出端与试验件相连，试验件的出口连接大气环境。
优选地，所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，所述蜂窝整流器的长度至少为孔径的10倍以上。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、本发明采用模块化设计，便于后期的维护和模块升级。
2、本发明的整套设备中，气站机构、压力控制机构和空气流量测量机构均为强弱线路设计，可针对不同零件空气流量要求进行不同空气流量要求的调节测试，提高测试精度和测试效率。
3、本发明空气流量测量机构的出口接有大气压计，压力控制模块并联温度传感器，这样可提高压差计测试结果准确性及空气密度数据准确性，进一步提高测量精度。
4、本发明空气流量测量机构的接口灵活，可针对不同的试验件设计定制的转接段方案，可在不影响精度前提下满足多种零件换装测试要求。
5、本发明采用数字采集系统，提高了系统的智能程度，提高了流量调试过程中的记录效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的模块示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的空气流量测试模块图。
其中图中附图标记含义为：
1 气站机构 2 压力控制机构
3 温度测量机构 4 空气流量测量机构
5 计算机测控机构 6 压差计
7 进气筒 8 蜂窝整流器
9 转接段 1-1 低压压气机
1-2 高压压气机 1-3 第一单向阀
1-4 储气罐 1-5 粗气滤
1-6 安全装置 1-7 第二单向阀
1-6-1 压力表 1-6-2 安全阀
2-1 气动截止阀 2-2 减压阀
2-3 压力传感器 2-4 稳压储气罐
2-5 精密气滤 2-6 第一路压力控制装置
2-7 第二路压力控制装置 2-6-1 第一路空气流量计
2-6-2 第一路气动调节阀 2-6-3 第一路气动截止阀
2-7-1 第二路空气流量计 2-7-2 第二路气动调节阀
2-7-3 第二路气动截止阀 4-1 弱空气流量测量装置
4-2 强空气流量测量装置 4-3 大气压计
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1、图2和图3所示，
一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，包括气站机构1、压力控制机构2、温度测量机构3、空气流量测量机构4和计算机测控机构5，所述气站机构1的输出端与压力控制机构2的输入端相连，所述压力控制机构2的输出端与温度测量机构3的输入端相连，所述压力控制机构2的输出端还与空气流量测量机构4的输入端相连，所述压力控制机构2、温度测量机构3和空气流量测量机构4的输出端均连接至气站机构1的回收端，所述气站机构1、压力控制机构2、温度测量机构3和空气流量测量机构4的数据回馈端与计算机测控机构5的输入端相连。
实施例一
依据上述实施例，针对气站机构作进一步的限定，所述气站机构1包括由低压压气机1-1、高压压气机1-2、第一单向阀1-3、第二单向阀1-7、储气罐1-4和粗气滤1-5构成，所述低压压气机1-1通过第一单向阀1-3连通至储气罐1-4内，所述高压压气机1-2通过第二单向阀1-7连通至储气罐1-4内，所述储气罐1-4的输出端与粗气滤1-5的输入端相连，所述粗气虑1-5的输出端与压力控制机构2的输入端相连。
上述的粗气滤是指可被过滤的悬浮物粒径较大的过滤器。
上述实施例一中，所述安气站机构1还包括有安全装置1-6，连接至储气罐1-4上，并由压力表1-6-1和安全阀1-6-2构成，所述压力表1-6-1和安全阀1-6-2均连接至储气罐1-4上。
根据实际空气流量调试需要通过调节单向阀进行调整，气站还包含5个串并联结合的储气管，各储气管间根据需要通过阀门切换串并联状态，安全系统压力表和安全阀组成，联合保证气站模块安全。
实施例二
依据上述实施例，针对压力控制机构作进一步的限定，所述压力控制机构2由气动截止阀2-1、减压阀2-2、压力传感器2-3、稳压储气罐2-4、精密气滤2-5、第一路压力控制装置2-6和第二路压力控制装置2-7构成，所述气动截止阀2-1的输入端与气站机构1的输出端相连，所述气动截止阀2-1的输出端与减压阀2-2的输入端相连，所述减压阀2-2的输出端与稳压储气罐2-4的输入端相连，所述稳压储气罐2-4的输出端与精密气滤2-5的输入端，所述精密气滤2-5的输出端与第一路压力控制装置2-6的输入端相连，同时还与第二路压力控制装置2-7的输入端相连，所述第一路压力控制装置2-6和第二路压力控制装置2-7的输出端连接至空气流量测量机构4的输入端。
上述的精密气滤是指可被过滤的悬浮物粒径较小的过滤器。
在上述实施例二中，用于控制弱空气的流量压力的所述第一路压力控制装置2-6由第一路空气流量计2-6-1、第一路气动调节阀2-6-2、第一路气动截止阀2-6-3和压差计6构成，所述第一路空气流量计2-6-1的输入端与精密气滤2-5的输出端相连，所述第一路空气流量计2-6-1的输出端与第一路气动调节阀2-6-2的输入端相连，所述第一路气动调节阀2-6-2的输出端与第一路气动截止阀2-6-3的输入端相连，所述第一路气动截止阀2-6-3的输出端与压差计6的输入端相连，所述压差计6的输出端与空气流量测量机构4的输入端相连。
而用于控制强空气流量压力的所述第二路压力控制装置2-7由第二路空气流量计2-7-1、第二路气动调节阀2-7-2、第二路气动截止阀2-7-3和压差计6构成，所述第二路空气流量计2-7-1的输入端与精密气滤2-5的输出端相连，所述第二路空气流量计2-7-1的输出端与第二路气动调节阀2-7-2的输入端相连，所述第二路气动调节阀2-7-2的输出端与第二路气动截止阀2-7-3的输入端相连，所述第二路气动截止阀2-7-3的输出端与压差计6的输入端相连，所述压差计6的输出端与空气流量测量机构4的输入端相连。
上述的小空气流量是指空气流量在0～60Nm3/h和0～360Nm3/h，大空气流量是指360Nm3/h～1200Nm3/h。
上述实施例二可在被测零件上下游形成稳定压差，气动截至阀分为粗调和精调两路，同时上述两路压力控制实现0-10KPa压力调节，精度为0.2％FS，用于精确控制压差。
实施例三
依据上述实施例，针对空气流量测量机构作进一步的限定，所述空气流量测量机构4包括弱空气流量测量装置4-1、强空气流量测量装置4-2和大气压计4-3，分别与第一路压力控制装置2-6和第二路压力控制装置2-7相串联，所述弱空气流量测量装置4-1和强空气流量测量装置4-2的输出端与大气压计4-3的输入端相连。
上述实施例三中，所述小空气流量测量装置4-1和大空气流量测量装置4-2为相同的结构，均由进气筒7、蜂窝整流器8、转接段9构成，所述进气筒7的输入端与第一路压力控制装置2-6或者第二路压力控制装置2-7的输出端相连，进气筒7的输出端与蜂窝整流器8的输入端相连，蜂窝整流器8的输出端与转接段9相连，转接段9的输出端与试验件相连，试验件的出口连接大气环境。。且空气流量测量量程在50-1600m3/h，测量精度0.3％FS。
本发明中所述蜂窝整流器8的长度至少为孔径的10倍以上，用于使空气充分整流均匀。
本发明中弱空气流量测量装置4-1和强空气流量测量装置4-2根据实际零件测试要求选择使用，大气压计用于测量零件出口压力，进一步得到准确压差，最终提高空气流量测量精度。
本发明中空气流量测量机构4采用切向进气，使进气气流与测量零件垂直，提高测量精度。
本发明中空气流量测量机构4与压力控制机构2的测压接口布置在测量零件进口接近位置，保证压力测试的准确性。
在依据上述实施例、实施例一、实施例二和实施例三中，所述温度测量机构3为单温度传感器，并联于压力传感器2-3上，其测温范围在0～400K，其中温度传感器精度±1K，这个精度温度的测量可以反馈计算机控制系统进行空气密度反馈计算，进一步提高最终测试精度。
本发明中所述计算机测控机构由计算机、采集模块和控制模块构成，所述采集模块连接至气站机构1、压力控制机构2、温度测量机构3和空气流量测量机构4，控制模块连接至气站机构1、压力控制机构2和空气流量测量机构4，所述采集模块和控制模块连接至计算机上。
采集模块包括信号调理、数据采集卡、AD转换器、数据存储硬盘构成。采集模块接收来自于各个传感器的电流或者电压信号，经过信号调理、AD转化之后，连接至计算机并将数据存储在电脑硬盘中，用户可对关注的数据进行实时显示，并且按照用户需求，对实时数据进行后处理并分类存储。采集模块的模拟信号源包括单点温度计、差压传感器、大流量计以及小流量计。控制模块中的wincc可视化程序与模拟量输出卡件相连，卡件中的DA处理器将数字量控制信号转换为控制现场执行器的电信号，控制气动截止阀的开关和气动调节阀的开度。
本发明的工作原理如下：
具体工作时，低压气机在通过第一单向阀后，进入至储气罐，并通过粗气滤进行过滤后，通过气动截止阀和加压阀进入至稳压储气罐内，在这过程中由压力传感器和温度传感器进行监控，在经过稳压储气罐后，通过精密气滤和第一路压力控制装置进入至小空气流量测量装置并对测量零件进行空气流量的测试，此为小空气流量测试。
大空气流量测试与上述小空气流量测试原理相似，只是在最后采用第二路压力控制装置进入至大空气流量测量装置并对测量零件进行空气流量的测试，此为大空气流量测试。
本发明至少具有以下优点：
1、本发明采用模块化设计，便于后期的维护和模块升级。
2、本发明的整套设备中，气站机构、压力控制机构和空气流量测量机构均为强弱线路设计，可针对不同零件空气流量要求进行不同空气流量要求的调节测试，提高测试精度和测试效率。
3、本发明空气流量测量机构的出口接有大气压计，压力控制模块并联温度传感器，这样可提高压差计测试结果准确性及空气密度数据准确性，进一步提高测量精度。
4、本发明空气流量测量机构的接口灵活，可在不影响精度前提下满足多种零件换装测试要求。
5、本发明采用数字采集系统，提高了系统的智能程度，提高了流量调试过程中的记录效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：包括气站机构(1)、压力控制机构(2)、温度测量机构(3)、空气流量测量机构(4)和计算机测控机构(5)，所述气站机构(1)的输出端与压力控制机构(2)的输入端相连，所述压力控制机构(2)与温度测量机构(3)的输入端相连，所述压力控制机构(2)的输出端与空气流量测量机构(4)的输入端相连，所述空气流量测量机构(4)的输出端与大气环境相连，所述气站机构(1)、压力控制机构(2)、温度测量机构(3)和空气流量测量机构(4)的数据回馈端与计算机测控机构(5)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：所述气站机构(1)包括由低压压气机(1-1)、高压压气机(1-2)、第一单向阀(1-3)、第二单向阀(1-7)、储气罐(1-4)和粗气滤(1-5)构成，所述低压压气机(1-1)通过第一单向阀(1-3)连通至储气罐(1-4)内，所述高压压气机(1-2)通过第二单向阀(1-7)连通至储气罐(1-4)内，所述储气罐(1-4)的输出端与粗气滤(1-5)的输入端相连，所述粗气滤(1-5)的输出端与压力控制机构(2)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：所述气站机构(1)还包括有安全装置(1-6)，连接至储气罐(1-4)上，并由压力表(1-6-1)和安全阀(1-6-2)构成，所述压力表(1-6-1)和安全阀(1-6-2)均连接至储气罐(1-4)上。
4.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：所述压力控制机构(2)由气动截止阀(2-1)、减压阀(2-2)、压力传感器(2-3)、稳压储气罐(2-4)、精密气滤(2-5)、第一路压力控制装置(2-6)和第二路压力控制装置(2-7)构成，所述气动截止阀(2-1)的输入端与气站机构(1)的输出端相连，所述气动截止阀(2-1)的输出端与减压阀(2-2)的输入端相连，所述减压阀(2-2)的输出端与稳压储气罐(2-4)的输入端相连，所述稳压储气罐(2-4)的输出端与精密气滤(2-5)的输入端，所述精密气滤(2-5)的输出端与第一路压力控制装置(2-6)的输入端相连，同时还与第二路压力控制装置(2-7)的输入端相连，所述第一路压力控制装置(2-6)和第二路压力控制装置(2-7)的输出端连接至空气流量测量机构(4)的输入端。
5.根据权利要求4所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：用于控制小空气流量下的压力的所述第一路压力控制装置(2-6)由第一路空气流量计(2-6-1)、第一路气动调节阀(2-6-2)、第一路气动截止阀(2-6-3)和压差计(6)构成，所述第一路空气流量计(2-6-1)的输入端与精密气滤(2-5)的输出端相连，所述第一路空气流量计(2-6-1)的输出端与第一路气动调节阀(2-6-2)的输入端相连，所述第一路气动调节阀(2-6-2)的输出端与第一路气动截止阀(2-6-3)的输入端相连，所述第一路气动截止阀(2-6-3)的输出端与压差计(6)的输入端相连，所述压差计(6)的输出端与空气流量测量机构(4)的输入端相连；
用于控制大空气流量下的压力的所述第二路压力控制装置(2-7)由第二路空气流量计(2-7-1)、第二路气动调节阀(2-7-2)、第二路气动截止阀(2-7-3)和压差计(6)构成，所述第二路空气流量计(2-7-1)的输入端与精密气滤(2-5)的输出端相连，所述第二路空气流量计(2-7-1)的输出端与第二路气动调节阀(2-7-2)的输入端相连，所述第二路气动调节阀(2-7-2)的输出端与第二路气动截止阀(2-7-3)的输入端相连，所述第二路气动截止阀(2-7-3)的输出端与压差计(6)的输入端相连，所述压差计(6)的输出端与空气流量测量机构(4)的输入端相连。
6.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：所述温度测量机构(3)为单温度传感器，并联于压力传感器(2-3)上，其测温范围在0～400K。
7.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：所述空气流量测量机构(4)包括小空气流量测量装置(4-1)、大空气流量测量装置(4-2)和大气压计(4-3)，分别与第一路压力控制装置(2-6)和第二路压力控制装置(2-7)相串联，所述小空气流量测量装置(4-1)和大空气流量测量装置(4-2)的输出端与大气压计(4-3)的输入端相连。
8.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：所述计算机测控机构由计算机、采集模块和控制模块构成，所述采集模块连接至气站机构(1)、压力控制机构(2)、温度测量机构(3)和空气流量测量机构(4)，控制模块连接至气站机构(1)、压力控制机构(2)和空气流量测量机构(4)，所述采集模块和控制模块连接至计算机上。
9.根据权利要求7所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：所述小空气流量测量装置(4-1)和大空气流量测量装置(4-2)为相同的结构，均由进气筒(7)、蜂窝整流器(8)、转接段(9)构成，所述进气筒(7)的输入端与第一路压力控制装置(2-6)或者第二路压力控制装置(2-7)的输出端相连，进气筒(7)的输出端与蜂窝整流器(8)的输入端相连，蜂窝整流器(8)的输出端与转接段(9)相连，转接段(9)的输出端与试验件相连，试验件的出口连接大气环境。
10.根据权利要求7所述的一种用于燃气轮机空气流量调试的流量台系统，其特征在于：所述蜂窝整流器(8)的长度至少为孔径的10倍以上。
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