CN110954334B - 一种试验件气动性能试验装置 - Google Patents

Abstract

一种试验件气动性能试验装置，包括试验件安装系统，风机，主气流管路系统；所述试验件安装系统包括顺次连接的环形直管段、试验件安装机构、旋转测量机构、排气直管段和扩张段，所述环形直管段包括进气整流罩和设置在内部的进气锥构成；所述试验件安装机构用于安装试验件；所述旋转测量机构和排气直管段依次连接形成直管，内部安装排气锥组件，所述旋转测量机构上设有总压探针和静压测量孔；所述排气直管段后部连接扩张段；所述试验件安装系统后部连接主气流管路系统和风机，用于从试验件抽取空气，所述主气流管路上设有流量调节阀。该装置具有气流测试精准，测量效率高的优点。

Description

一种试验件气动性能试验装置

技术领域

本发明涉及一种航空发动机部件的试验系统，尤其涉及一种粒子分离器试验台。

背景技术

航空发动机的工作条件非常苛刻，处于高温、高压和高速转动的工作状态，为了提升航空发动机的性能、可靠性以及寿命等，要充分掌握航空发动机在不同工况下的温度、压力、腐蚀、间隙以及应力等情况。为了掌握以上数据，通常需要将航空发动机在试验台上进行试车，包括零部件和系统试验、整机试车等。

粒子分离器是安装在航空发动机入口处的重要部件，防止由于吸入粒子造成发动机部件的损伤、耗油率增加以及发动机寿命降低。为了掌握粒子分离器的技术指标，需要对其总压损失、总压畸变等气动性能进行测试，确定是否符合设计要求。现有的试验装置存在测试不够准确，测试效率低的问题。

发明内容

本发明提供一种航空发动机试验件气动性能的试验装置，尤其是粒子分离器的试验装置，解决现有试验台存在的测试不够准确，测试效率不高的问题。

该发明采取的技术方案是：

一种试验件气动性能试验装置，包括试验件安装系统，风机，主气流管路系统；所述试验件安装系统包括顺次连接的环形直管段、试验件安装机构、旋转测量机构、排气直管段和扩张段，所述环形直管段包括进气整流罩和设置在内部的进气锥构成；所述试验件安装机构用于安装试验件；所述旋转测量机构和排气直管段依次连接形成直管，内部安装排气锥组件，所述旋转测量机构上设有总压探针和静压测量孔；所述排气直管段后部连接扩张段；所述试验件安装系统后部连接主气流管路系统和风机，用于从试验件抽取空气，所述主气流管路上设有流量调节阀。

进一步地，所述旋转测量机构包括小齿轮、大齿轮、测量圆环，所述小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮连接测量圆环，小齿轮在伺服电机驱动下，带动大齿轮转动，大齿轮带动测量圆环转动，所述测量圆环上均布多支多测点总压探针，和多个静压测量孔，测量圆环转动，实现多支探针和静压测量孔360°覆盖整个排气环形通道。

进一步地，所述主气流管路有管道和所述管道上设置的流量计、调节阀、整流器及附件构成，主气流管道端部连接风机，所述风机为离心风机。

进一步地，所述旋转测量机构上设置3支5测点总压探针，每支探针之间以120°均布，总压探针测点按等截面积进行布置；还设有3个静压测量孔。

进一步地，所述离心风机口部设有排气消声器。

进一步地，所述离心风机还连接有冷却水泵和冷却风机，冷却水泵为离心风机的轴承座提供冷却水，冷却风机为离心风机提供冷却气流。

进一步地，所述调节阀设有两个，所述两个调节阀并联设置在管道上。

进一步地，所述离心风机、冷却水泵和冷却风机为一键同时启/停。

进一步地，所述旋转测量机构设有控制系统，包括PLC、伺服控制器。

与现有技术相比，该发明的有益效果是：

该试验装置完整真实的模拟了航空发动机粒子分离器的工作状态，还原了航空发动机的工作环境，测量数值准确；采用旋转测量机构，上面设有平均分布的多个测量通道，在旋转一定角度后即可360°覆盖整个截面，可以达到控制精度0.1°，测试精度高；主气流通道上设有多个电动调节阀，通过变频电机和电动调节阀的开度协同调节，实现试验件空气流量多种流量状态下的测试，测试范围大，测试效率高。

附图说明

图1为试验件启动性能试验装置结构图；

图2为试验件安装系统图；

图3为进气锥和排气锥位置关系图；

图4为旋转测量机构图；

图5为试验件安装机构图；

图6为排气消声器结构图；

图7为旋转测量机构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

实施例1

一种试验件气动性能试验装置，本实施例中，包括试验件安装系统1，离心风机3，主气流管路系统2。

如图2所示，试验件安装系统包括试验件安装机构12、进气导流罩11、进气锥组件13、排气锥组件14、排气直管16、旋转测量机构15和扩张段17，以及安装上述部件的安装支座18。进气导流罩、试验件安装机构12、旋转测量机构15、排气直管16和扩张段17依次连接形成圆形管状，进气锥组件13和排气锥组件14设置在管内。其前部的整流罩11和进气锥组件13形成一个环形直管段；后部排气锥组件14与旋转测量机构15、排气直管16形成一个直管段，避免气流进入和排出试验件时产生气流分离，旋转测量机构和排气直管段连接形成圆管，排气锥组件设置在圆管内。

进气导流罩11主体采用铝合金制作，流道型面为双扭线，在进气导流罩上布置有4支3点总压探针、4个静压测量孔和6支温度传感器，用于测量试验件进口气流总压、静压和温度。在进行试验时，导流罩与试验件采用快卸环进行连接，导流罩以悬臂状态由试验件支撑。没有试验件时，导流罩放置在进气导流罩移动支座上，可随支座18前后移动，为试验件上下台提供操作空间。

如图3，进气锥组件13和排气锥组件14主体均为铝合金材质。进气锥组件13包括进气锥、进气锥安装座、进气锥拉杆。排气锥组件14包括排气锥、拉板和排气锥拉杆，尾椎平直段长度不小于5倍流道高度。

如图2，排气直管16、旋转测量机构15、排气锥组件14组成具有一定长度的环形排气通道，使试验件出口流场更加稳定，便于排气流场的压力测量。扩张段用于将流道直径从198mm左右以7°的扩张角扩大至414mm，以降低空气流速，减小沿程流阻。

如图5，试验件安装机构12包括可调立柱121、支撑臂122、安装节123等部件。支撑臂122通过销子安装在可调立柱121上，两个支撑臂之间安装有滑动销，这种机构能够保证左右两个支撑臂上部的安装接口可以对称移动，保证试验件在安装时与旋转测量机构之间的左右偏差在允许范围内，方便试验件的上台安装。

旋转测量装置15用于测量试验件主气流出口的总压、静压分布，其结构包括机械和控制两部分：机械部分主要由伺服电机、小齿轮151、大齿轮152、测量圆环153以及前后转接段155和桥架组成；控制部分包括PLC（与电气系统共用）、伺服控制器等设备。旋转测量机构的工作原理：小齿轮由伺服电机驱动带动大齿轮旋转，大齿轮带动测量圆环旋转。在测量圆环上安装有3支5测点总压探针154，每支探针之间以120°均布，另外还布置有3个静压测量孔，总计18个测量压力测量通道，测量系统预留3个总压测量通道和1个静压测量通道。总压探针测点按等截面积进行布置。测量圆环旋转角度为120℃，实现 3支探针和3个静压测量孔可360°覆盖整个排气环形通道。驱动电机配置编码器的分辨率为1024，大小齿轮传动比为9，测量角度的分辨率为0.04°，控制精度0.1°。旋转测量机构的测量圆环与前后转接段之间采用聚四氟乙烯材质作为滑槽，采用O型圈进行密封。前后转接段与试验件、排气直管段之间采用O型圈进行密封。控制部分包括PLC、伺服控制器、伺服电机等设备，为优化电气控制系统的结构，提高试验器的电磁兼容性，伺服控制器选用西门子总线控制型，安装于交流控制柜，通过以太网通讯由PLC控制柜内的S7-1500型PLC统一控制。

主气流管路系统2一端安装在试验件安装系统后部，另一端连接离心风机3。离心风机3和主气流管路系统2的作用是从试验件抽取空气模拟其工作状态，对抽气流量进行调节，并将气流导出。主气流管路系统包括流量计22（Q1）、调节阀23（KD1）、调节阀23（KD2）、整流器21、管路及附件，在主气流管路的排气口安装有消声器4。离心风机3选由变频电机、轴承座、叶轮和蜗壳等组成。风机采用分体式设计，电机、轴承座、蜗壳分别安装在同一个基础上。轴承座采用水冷形式，用于轴承降温。离心风机出口方向可根据安装现场情况进行方向调整。

冷却系统包括冷却水系统5和冷却风机。冷却水系统5用于为离心风机的轴承座提供冷却水，降低轴承座温度。冷却水系统由水池51、水泵54、水滤53、阀门52、压力表、压力变送器、管路及附件组成。水泵抽取水池51中自来水通过管道输送至离心风机轴承座，水泵上端和靠近离心风机轴承座上端均安装水滤，保证进入轴承座冷却水的清洁度。只有在冷却水泵、冷却风机正常工作后，离心风机才允许启动，因此，冷却水泵、冷却风机、离心风机采用一键启/停方式，即同时启动工作，确保设备运行安全。

排气消声器4设置在离心风机出风口处，采用整体式排气消声器。如图6所示，整体式排气消声器是内衬吸声材料的承力外筒体41，内部中轴加设导弹外形的吸声芯圆柱42构成，吸声芯柱体内部填充的优质硅酸铝棉或岩棉，棉外包裹优质硅氧布，表面护面板为微穿孔版。吸声柱体与外筒体之间为气流通道，柱体的端头用矩形管钢骨架与外筒体可膨胀连接进行支撑。

该启动性能试验装置还设有电气控制系统，用于控制试验装置运行。主要包括变频器、交流控制柜、PLC控制柜、操控系统、UPS电源、电缆、操纵台和电气辅件等设备。主要控制离心风机转速、KD1/KD2电动调节阀的开度等，采用现有的电气控制技术即可实现本发明的工作。

在进行试验件气动性能测量试验时，对试验件的空气流量Q1进行控制，通过进气温度、静压和总压测量，以及通过旋转测量装置，对试验件出口整个流场压力的测量，可以获得试验件在不同流量状况下工作参数，在通过计算即可获得总压损失σ以及试验件出口压力场的总压畸变指数DC₆₀性能参数。本装置测量准确的气流参数，即可通过公式进行计算。

该试验装置的工作流程为：

（1）首先将试验件安装在试验装置的试验件安装机构上，该系统构成了航空发动机粒子分离器气动性能试验系统；

（2）旋转测量装置的测量环调整到初始位；

（3）打开冷却水阀门和水泵电源，冷却系统启动工作；

（4）开启主气流抽气风机电源，调节风机变频电机的转速，使主气流流量达到指定的流量状态；

（5）旋转测量装置的测量环首先在‘0’位测量一次压力流场，然后按顺时针方向（顺气流看）转动11次，每间隔10°测量一次压力流场；

（6）每个角度位置应保持试验状态稳定运行3min，数据采集系统采集试验件各截面及试验设备的测量参数，包括大气压力、大气温度、流量、压力等参数；

（7）按照计算公式计算出总压恢复系数和畸变指数，计算方式采用现有公式即可。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种试验件气动性能试验装置，其特征在于，包括试验件安装系统，风机，主气流管路系统；所述试验件安装系统包括顺次连接的环形直管段、试验件安装机构、旋转测量机构、排气直管段和扩张段，所述环形直管段包括进气整流罩和设置在内部的进气锥构成；所述试验件安装机构用于安装试验件；所述旋转测量机构和排气直管段依次连接形成直管，内部安装排气锥组件，所述旋转测量机构上设有测量圆环，所述测量圆环上设有总压探针和静压测量孔，所述测量圆环与前后转接段之间设有滑槽，滑槽采用密封圈密封，前后转接段与试验件和排气直管段之间采用密封圈密封；所述排气直管段后部连接扩张段；所述试验件安装系统后部连接主气流管路系统和风机，用于从试验件抽取空气，所述主气流管路上设有流量调节阀；

试验件安装机构包括可调立柱、支撑臂和安装节，所述支撑臂安装在可调立柱上，两个支撑臂之间安装有滑动销，导流罩放置在移动支座上，可随移动支座前后移动，在进行试验时，导流罩以悬臂状态由试验件支撑。

2.根据权利要求1所述试验件气动性能试验装置，其特征在于，所述旋转测量机构包括小齿轮、大齿轮、测量圆环，所述小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮连接测量圆环，小齿轮在伺服电机驱动下，带动大齿轮转动，大齿轮带动测量圆环转动，所述测量圆环上均布多支多测点总压探针，和多个静压测量孔，测量圆环转动，实现多支探针和静压测量孔360°覆盖整个排气环形通道。

3.根据权利要求1所述试验件气动性能试验装置，其特征在于，所述主气流管路包括管道和所述管道上设置的流量计、调节阀、整流器及附件，主气流管道端部连接风机，所述风机为离心风机。

4.根据权利要求2所述试验件气动性能试验装置，其特征在于，所述旋转测量机构上设置3支5测点总压探针，每支探针之间以120°均布，总压探针测点按等截面积进行布置；还设有3个静压测量孔。

5.根据权利要求3所述试验件气动性能试验装置，其特征在于，所述离心风机口部设有排气消声器。

6.根据权利要求3所述试验件气动性能试验装置，其特征在于，所述离心风机还连接有冷却水泵和冷却风机，冷却水泵为离心风机的轴承座提供冷却水，冷却风机为离心风机提供冷却气流。

7.根据权利要求3所述试验件气动性能试验装置，其特征在于，所述调节阀设有两个，所述两个调节阀并联设置在管道上。

8.根据权利要求6所述试验件气动性能试验装置，其特征在于，所述离心风机、冷却水泵和冷却风机为一键同时启/停。

9.根据权利要求2所述试验件气动性能试验装置，其特征在于，所述旋转测量机构设有控制系统，包括PLC、伺服控制器。

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