CN110726690A - 一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法 - Google Patents

一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110726690A
CN110726690A CN201910964732.5A CN201910964732A CN110726690A CN 110726690 A CN110726690 A CN 110726690A CN 201910964732 A CN201910964732 A CN 201910964732A CN 110726690 A CN110726690 A CN 110726690A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chamber
turbine
cavity
flow
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910964732.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110726690B (zh
Inventor
吴小军
许亚楠
田申
罗翔
邬泽宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AECC Shenyang Engine Research Institute
Original Assignee
AECC Shenyang Engine Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AECC Shenyang Engine Research Institute filed Critical AECC Shenyang Engine Research Institute
Priority to CN201910964732.5A priority Critical patent/CN110726690B/zh
Publication of CN110726690A publication Critical patent/CN110726690A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110726690B publication Critical patent/CN110726690B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本申请属于航空发动机控制技术领域，具体涉及一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法，测量结构包括第一引气腔(6)及第二引气腔(7)，两个引气腔内均设置有区别于所述静子腔(3)内空气的纯净气体，所述涡轮盘腔(1)在所述第一篦齿组(21)的篦齿之间开孔，以连通所述第一引气腔(6)，所述涡轮盘腔(1)在所述第二篦齿组(22)的篦齿之间开孔，以连通所述第二引气腔(7)，本申请通过二氧化碳浓度红外分析仪器测量混合后的气体浓度，能够在航空发动机涡轮盘腔部件试验中快速得到各条流路的空气流量。

Description

一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法
技术领域
本申请属于航空发动机测量技术领域，特别涉及一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法。
背景技术
航空发动机空气系统流路中存在大量的引气和分流结构，分流结构可以分为静子结构和转静结构。其中静子结构的流量测量相对简单，通过在部件试验上安装流量计即可测量；而转静结构的流量很难测量，原因是无法在高速旋转件上使用常规的测量手段。尤其是在存在多支路岔流的转静结构上，由于不同支路的流体会进行掺混，因此会进一步增加流量测量的难度。
涡轮盘腔是一种典型的转静结构，目前尚没有有效的多支路涡轮盘腔流量测量手段。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法，基于二氧化碳浓度法进行测量，有助于在航空发动机涡轮盘腔部件试验中得到各条流路的空气流量。
本申请第一方面提供了一种多支路涡轮盘腔流量测量结构，所述涡轮盘腔内设置有涡轮盘，涡轮盘腔通过入口通道连接静子腔，所述涡轮盘分别通过第一篦齿组及第二篦齿组连接涡轮盘腔内壁，所述涡轮盘腔内的部分气体自所述第一篦齿组流入第一腔室后，通过涡轮盘前缘出口流出，所述涡轮盘腔内的另一部分气体自所述第二篦齿组流入第二腔室后，通过涡轮盘后缘出口流出，所述涡轮盘腔内的还一部分气体还通过涡轮盘中心出口流出，所述测量结构包括：
第一引气腔，其内设置有区别于所述静子腔内空气的纯净气体，所述涡轮盘腔在所述第一篦齿组的篦齿之间开孔，以连通所述第一引气腔；
第二引气腔，其内设置有区别于所述静子腔内空气的纯净气体，所述涡轮盘腔在所述第二篦齿组的篦齿之间开孔，以连通所述第二引气腔；
所述第一腔室及第二腔室内设置有分别检测所述纯净气体浓度的装置，所述第一腔室及第二腔室内设置有检测供气流量及体积的流量计，所述静子腔内设置有测量出入口空气总流量的流量计。
优选的是，所述纯净气体包括二氧化碳，所述检测所述纯净气体浓度的装置为二氧化碳浓度红外分析仪器。
优选的是，所述二氧化碳浓度红外分析仪器设置在第一腔室及第二腔室内的气体混合均匀的位置。
本申请第二方面提供了一种多支路涡轮盘腔流量测量方法，采用如上所述的多支路涡轮盘腔流量测量结构，所述方法包括：
获取第一腔室内的混合气体的体积率，并计算第一腔室内由涡轮盘腔流入的空气质量；
同理，获取第二腔室内的混合气体的体积率，并计算第二腔室由涡轮盘腔流入的空气质量；
计算涡轮盘腔内空气自所述涡轮盘中心出口流出的质量。
优选的是，所述获取第一腔室内的混合气体的体积率包括：
获取由第一腔室内检测所述纯净气体浓度的装置给出的浓度C1；
获取由第一腔室内流量计检测的纯净气体供气体积率Vco21；
根据C1＝Vco21/Vair1计算混合后的体积率Vair1；
优选的是，所述计算第一腔室内由涡轮盘腔流入的空气质量M1包括：
M1＝ρair*Vair1-Mco21，其中ρair为空气密度，Mco21为第一腔室内流量计检测的纯净气体供气质量。
优选的是，所述获取第二腔室内的混合气体的体积率包括：
获取由第二腔室内检测所述纯净气体浓度的装置给出的浓度C2；
获取由第二腔室内流量计检测的纯净气体供气体积率Vco22；
根据C2＝Vco22/Vair2计算混合后的体积率Vair2。
优选的是，所述计算第二腔室内由涡轮盘腔流入的空气质量M2包括：
M2＝ρair*Vair2-Mco22，其中ρair为空气密度，Mco22为第二腔室内流量计检测的纯净气体供气质量。
本申请提供了一种基于二氧化碳浓度法的多支路涡轮盘腔流量测量结构及方法。能够在航空发动机涡轮盘腔部件试验中快速得到各条流路的空气流量。
附图说明
图1是本申请的多支路涡轮盘腔流量测量结构的一优选实施方式的测量结构及测量原理示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法，能够在航空发动机涡轮盘腔部件试验中快速得到各条流路的空气流量。
本申请首先提供了一种多支路涡轮盘腔流量测量结构，所述涡轮盘腔1内设置有涡轮盘2，涡轮盘腔1通过入口通道连接静子腔3，所述涡轮盘2分别通过第一篦齿组21及第二篦齿组22连接涡轮盘腔1内壁，所述涡轮盘腔内的部分气体自所述第一篦齿组21流入第一腔室4后，通过涡轮盘前缘出口流出，所述涡轮盘腔内的另一部分气体自所述第二篦齿组22流入第二腔室5后，通过涡轮盘后缘出口流出，所述涡轮盘腔内的还一部分气体还通过涡轮盘中心出口流出，即空气从某静子腔流入涡轮盘腔后，分为三路，分别从涡轮盘前缘、涡轮盘中心、涡轮盘后缘三个出口流出，流出后汇合到一起，从统一的出口排出。由于三路支流最终掺混到一起，因此，很难测试出其分别的流量。
本申请设计的多支路涡轮盘腔流量测量结构如图1所示，相比于原结构，主要变化有：
a)在原结构的基础上增加两个纯净气体供气腔，例如二氧化碳供气腔，用于分别供入浓度为100％的纯二氧化碳。
b)在静子件上打孔，出口须在两道篦齿之间。将二氧化碳引入盘腔，且与原有气体充分混合。
c)在篦齿下游位置(图中点1和点2)打孔，通过二氧化碳浓度红外分析仪器，测量当地的二氧化碳浓度。该位置必须选在空间狭小的位置，否则会导致二氧化碳掺混不均匀，测量精度降低。
具体结构包括：
第一引气腔6，其内设置有区别于所述静子腔3内空气的纯净气体，所述涡轮盘腔1在所述第一篦齿组21的篦齿之间开孔，以连通所述第一引气腔6；
第二引气腔7，其内设置有区别于所述静子腔3内空气的纯净气体，所述涡轮盘腔1在所述第二篦齿组22的篦齿之间开孔，以连通所述第二引气腔7；
所述第一腔室4及第二腔室5内设置有分别检测所述纯净气体浓度的装置，所述第一腔室4及第二腔室5内设置有检测供气流量及体积的流量计，所述静子腔3内设置有测量出入口空气总流量的流量计。
在一些可选实施方式中，所述纯净气体包括二氧化碳，所述检测所述纯净气体浓度的装置为二氧化碳浓度红外分析仪器。
在一些可选实施方式中，所述二氧化碳浓度红外分析仪器设置在第一腔室4及第二腔室5内的气体混合均匀的位置。
本申请第二方面提供了一种多支路涡轮盘腔流量测量方法，采用如上所述的多支路涡轮盘腔流量测量结构，所述方法包括：
获取第一腔室4内的混合气体的体积率，并计算第一腔室4内由涡轮盘腔1流入的空气质量；
同理，获取第二腔室5内的混合气体的体积率，并计算第二腔室5由涡轮盘腔1流入的空气质量；
计算涡轮盘腔1内空气自所述涡轮盘中心出口流出的质量。
以所述纯净气体为二氧化碳为例进行说明，通过流量计测出入口空气总流量M(单位：kg/s)，测出二氧化碳供气体积率Vco21、Vco22(单位：m3/s)、供气流量Mco21、Mco22，测出监测点二氧化碳体积浓度C1、C2(无量纲数)。混合后空气体积率分别为Vair1、Vair2(单位：m3/s)，空气密度为ρair。
已知：M、Vco21、Vco22、Mco21、Mco22、C1、C2。
C1＝Vco21/Vair1求：混合后的体积率Vair1(单位：m3/s)
M1＝ρair*Vair1-Mco21体积率乘密度就是质量流量。
C2＝Vco22/Vair2同理M2＝ρair*Vair2-Mco22
M1+M2+M3＝M求中间一路出口的质量流量。
通过以上公式即可求出各支路流量，M1、M2、M3。
本申请提供的基于二氧化碳浓度法的多支路涡轮盘腔流量测量结构及方法，能够在航空发动机涡轮盘腔部件试验中快速得到各条流路的空气流量。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多支路涡轮盘腔流量测量结构，其特征在于，所述涡轮盘腔(1)内设置有涡轮盘(2)，涡轮盘腔(1)通过入口通道连接静子腔(3)，所述涡轮盘(2)分别通过第一篦齿组(21)及第二篦齿组(22)连接涡轮盘腔(1)内壁，所述涡轮盘腔内的部分气体自所述第一篦齿组(21)流入第一腔室(4)后，通过涡轮盘前缘出口流出，所述涡轮盘腔内的另一部分气体自所述第二篦齿组(22)流入第二腔室(5)后，通过涡轮盘后缘出口流出，所述涡轮盘腔内的还一部分气体还通过涡轮盘中心出口流出，其特征在于，所述测量结构包括：
第一引气腔(6)，其内设置有区别于所述静子腔(3)内空气的纯净气体，所述涡轮盘腔(1)在所述第一篦齿组(21)的篦齿之间开孔，以连通所述第一引气腔(6)；
第二引气腔(7)，其内设置有区别于所述静子腔(3)内空气的纯净气体，所述涡轮盘腔(1)在所述第二篦齿组(22)的篦齿之间开孔，以连通所述第二引气腔(7)；
所述第一腔室(4)及第二腔室(5)内设置有分别检测所述纯净气体浓度的装置，所述第一腔室(4)及第二腔室(5)内设置有检测供气流量及体积的流量计，所述静子腔(3)内设置有测量出入口空气总流量的流量计。
2.如权利要求1所述的多支路涡轮盘腔流量测量结构，其特征在于，所述纯净气体包括二氧化碳，所述检测所述纯净气体浓度的装置为二氧化碳浓度红外分析仪器。
3.如权利要求2所述的多支路涡轮盘腔流量测量结构，其特征在于，所述二氧化碳浓度红外分析仪器设置在第一腔室(4)及第二腔室(5)内的气体混合均匀的位置。
4.一种多支路涡轮盘腔流量测量方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的多支路涡轮盘腔流量测量结构，所述方法包括：
获取第一腔室(4)内的混合气体的体积率，并计算第一腔室(4)内由涡轮盘腔(1)流入的空气质量；
同理，获取第二腔室(5)内的混合气体的体积率，并计算第二腔室(5)由涡轮盘腔(1)流入的空气质量；
计算涡轮盘腔(1)内空气自所述涡轮盘中心出口流出的质量。
5.如权利要求4所述的多支路涡轮盘腔流量测量方法，其特征在于，所述获取第一腔室(4)内的混合气体的体积率包括：
获取由第一腔室(4)内检测所述纯净气体浓度的装置给出的浓度C1；
获取由第一腔室(4)内流量计检测的纯净气体供气体积率Vco21；
根据C1＝Vco21/Vair1计算混合后的体积率Vair1。
6.如权利要求5所述的多支路涡轮盘腔流量测量方法，其特征在于，所述计算第一腔室(4)内由涡轮盘腔(1)流入的空气质量M1包括：
M1＝ρair*Vair1-Mco21，其中ρair为空气密度，Mco21为第一腔室(4)内流量计检测的纯净气体供气质量。
7.如权利要求4所述的多支路涡轮盘腔流量测量方法，其特征在于，所述获取第二腔室(5)内的混合气体的体积率包括：
获取由第二腔室(5)内检测所述纯净气体浓度的装置给出的浓度C2；
获取由第二腔室(5)内流量计检测的纯净气体供气体积率Vco22；
根据C2＝Vco22/Vair2计算混合后的体积率Vair2。
8.如权利要求7所述的多支路涡轮盘腔流量测量方法，其特征在于，所述计算第二腔室(5)内由涡轮盘腔(1)流入的空气质量M2包括：
M2＝ρair*Vair2-Mco22，其中ρair为空气密度，Mco22为第二腔室(5)内流量计检测的纯净气体供气质量。
CN201910964732.5A 2019-10-11 2019-10-11 一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法 Active CN110726690B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910964732.5A CN110726690B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910964732.5A CN110726690B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110726690A true CN110726690A (zh) 2020-01-24
CN110726690B CN110726690B (zh) 2022-05-06

Family

ID=69220980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910964732.5A Active CN110726690B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110726690B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113123879A (zh) * 2021-03-26 2021-07-16 北京航空航天大学 一种减弱篦齿盘前方耗散涡的引气布局

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020159880A1 (en) * 2001-04-26 2002-10-31 Honeywell International, Inc. Gas turbine disk cavity ingestion inhibitor
CN105387977A (zh) * 2015-09-14 2016-03-09 沈阳航空航天大学 一种针对航空发动机的两腔室三压力区结构安装边泄漏检测系统及方法
CN106677903A (zh) * 2015-04-30 2017-05-17 中国科学院工程热物理研究所 肋板控涡结构、旋转盘腔系统、燃气轮机

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020159880A1 (en) * 2001-04-26 2002-10-31 Honeywell International, Inc. Gas turbine disk cavity ingestion inhibitor
CN106677903A (zh) * 2015-04-30 2017-05-17 中国科学院工程热物理研究所 肋板控涡结构、旋转盘腔系统、燃气轮机
CN105387977A (zh) * 2015-09-14 2016-03-09 沈阳航空航天大学 一种针对航空发动机的两腔室三压力区结构安装边泄漏检测系统及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113123879A (zh) * 2021-03-26 2021-07-16 北京航空航天大学 一种减弱篦齿盘前方耗散涡的引气布局
CN113123879B (zh) * 2021-03-26 2022-06-28 北京航空航天大学 一种减弱篦齿盘前方耗散涡的引气布局

Also Published As

Publication number Publication date
CN110726690B (zh) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110726690B (zh) 一种多支路涡轮盘腔流量测量结构及测量方法
WO2011074382A1 (ja) 排ガスサンプリング装置
EP1106983A2 (en) Exhaust gas analyzing system
WO2012014632A1 (ja) 流量測定用構造体および流量測定装置
CA2489944A1 (en) Venturi augmented flow meter
DE102014100481A1 (de) Systeme und Verfahren zur Messung eines Strömungsprofils im Strömungsweg einer Turbine
CN102353410B (zh) 一种利用示踪气体测量风道风量的方法及装置
EP3088861B1 (en) Exhaust gas measurement system and method
US20080087107A1 (en) Particulate sampler and dilution gas flow device arrangement for an exhaust sampling system
JPH04231868A (ja) 排ガス分析装置
ITRM20000121A1 (it) Procedimento per la regolazione della frazione della miscela gassosa di scarico rialimentata ad un motore a combustione interna.
WO2006012433A2 (en) Fast operating dilution flow control system and method for sampling exhaust analysis
CN202266402U (zh) 风室式进排气通用风机性能测试系统
CN103185771A (zh) 样品液体气化系统、诊断系统及诊断方法
CN205562227U (zh) 一种非均匀流场的烟气成分测量装置
CN102607658A (zh) 一种基于浓度法的复杂结构通道内气体流量测量方法
Ruck et al. Flow separation over the inclined step
CN103900665B (zh) 容器组合及换向阀式pVTt法气体流量装置
CN108982111B (zh) 基于音速喷嘴的发动机涡轮叶片冷却空气流量计及方法
CN110656984A (zh) 一种涡轮盘盘缘位置出口气流流量的测量装置及方法
Evans Free-stream turbulence effects on the turbulent boundary layer
CN206515101U (zh) 一种高准确率耐用型烟气取样与混合装置
Schüler et al. Experimental investigations of pressure loss and heat transfer in a 180 bend of a ribbed two-pass internal cooling channel with engine-similar cross-sections
US20210394140A1 (en) Gas mixing device for linearizing or calibrating gas analyzers
CN114777857B (zh) 一种基于静压的风机风量在线精确测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant