CN111426485B - 批量化涡流器流量测量装置、测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种批量化涡流器流量测量装置、测量系统及测量方法，包括测量支架、安装于测量支架上的涡流器底座、用于将气源装置提供的气流稳定输送至涡流器内的稳压筒以及安装于测量支架上并与稳压筒连接的用于带动稳压筒沿水平方向和竖直方向移动调节的运动机构，涡流器底座上设有用于安装涡流器的安装孔，涡流器的出气端伸入安装孔中且涡流器的安装边抵接于安装孔周围，测量支架上沿水平面安装有多个涡流器底座，以将多个待试验的涡流器一一对应安装于多个涡流底座上，通过运动机构带动稳压筒依次移动至不同的涡流器处并使稳压筒的出气端与涡流器底座的进气端密封连接以构成涡流器流量试验环境，从而批量化对多个涡流器依次进行流量试验。

Description

批量化涡流器流量测量装置、测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，特别地，涉及一种批量化涡流器流量测量装置、测量系统及测量方法。

背景技术

在航空发动机研制过程中，燃烧室结构研究是重要组成部分，其中燃烧室头部结构方式是燃烧室结构研究的主要对象。它能够很大程度上影响燃烧室性能，并且，需要大量的试验进行结构研究与验证。涡流器结构是航空发动机燃烧室头部结构采取的主要特征结构，在研制生产中，需要批量进行涡流器的流量、流量系数等试验。在对燃气涡轮发动机燃烧室的涡流器进行性能试验时，由于燃烧室单个涡流器的流量一般只有10g/s左右，因此，在进行燃烧室涡流器流量实验时，涡流器前方的空气流速越缓慢，稳压筒内空气总压和静压越趋于一致，压力就越稳定，压力波动也就随之降低，这样才能保证通过涡流器的空气流量稳定，流量测试准确。在做同一批次的涡流器流量试验时，需要在设定压力下逐个测试每一个涡流器的流量，只有涡流器前的压力稳定、波动不大时，才能控制好每个涡流器前的空气压力接近设定压力。因为涡流器前压力越接近设定压力，流量计测试的空气流量可比性越强。这样才能为检验和挑选涡流器提供可靠的依据。此时，涡流器更换方式为人工手动拆装。现有技术是人工手动更换涡流器，其缺点在于：(1)安装效率低：受人为的影响很大，人的体力、操作熟练程度等方面严重影响试验效率；(2)安装精度不高：受人为的影响，人工装配存在装配误差，且不容易控制；(3)试验效率低：涡流器流量试验呈批量化，试验持续时间长，实验环境恶劣，采用人工手动更换涡流器的方式，试验时长严重受到人工工作时长限制。

发明内容

本发明提供了一种批量化涡流器流量测量装置、测量系统及测量方法，以解决涡流器流量试验批量化试验的试验效率低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种批量化涡流器流量测量装置，涡流器包括设有气流通道的主体、设于主体外壁面上的安装边以及设于主体内的喷嘴安装孔，批量化涡流器流量测量装置包括测量支架、安装于测量支架上的涡流器底座、用于将气源装置提供的气流稳定输送至涡流器内的稳压筒以及安装于测量支架上并与稳压筒连接的用于带动稳压筒沿水平方向和竖直方向移动调节的运动机构，涡流器底座上设有用于安装涡流器的安装孔，涡流器的出气端伸入安装孔中且涡流器的安装边抵接于安装孔周围，测量支架上沿水平面安装有多个涡流器底座，且涡流器底座位于稳压筒的下方，以将多个待试验的涡流器一一对应安装于多个涡流底座上，通过运动机构带动稳压筒依次移动至不同的涡流器处并使稳压筒的出气端与涡流器底座密封连接以构成涡流器流量试验环境，从而批量化对多个涡流器依次进行流量试验。

进一步地，稳压筒的出气端设有与涡流器底座密封连接的第一密封连接机构以及用于堵封喷嘴安装孔的堵封机构，涡流器底座的安装孔的周围设有与安装边密封连接的第二密封连接机构，从而使稳压筒与涡流器的气流通道之间形成密封环境。

进一步地，第一密封连接机构包括大径端安装于稳压筒的出气端上的锥形塞以及设于锥形塞小径端的外壁面上的密封层，涡流器底座上设有与锥形塞的小径端相配合的锥形槽。

进一步地，堵封机构包括安装于稳压筒内的支撑板、内伸端穿设于支撑板并伸入至稳压筒内腔中的支撑杆、安装于支撑杆的外伸端上的堵头以及套设于支撑杆上的弹簧，弹簧的第一端顶抵于支撑杆的外周台阶面上，弹簧的第二端顶抵于支撑板的板面上，通过运动机构带动稳压筒移动至待试验的涡流器处，使堵头塞入待试验的涡流器的喷嘴安装孔中，并通过弹簧的弹性回复力将堵头弹性下压，从而确保堵头将喷嘴安装孔堵封。

进一步地，稳压筒的进气端设有整流板，通过整流板对进入稳压筒内的气流进行整流，使稳压筒的内腔与涡流器的气流通道形成均匀气流流场。

进一步地，稳压筒的进气端安装有用于与气源装置连接的进气波纹管，进气波纹管与稳压筒的进气端通过密封法兰密封连接。

进一步地，运动机构包括X轴直线运动模块、Y轴直线运动模块以及Z轴直线运动模块，Y轴直线运动模块的固定端安装于测量支架上，X轴直线运动模块的固定端安装于Y轴直线运动模块的活动端上，Z轴直线运动模块的固定端安装于X轴直线运动模块的活动端上，稳压筒上设有用于安装于Z轴直线运动模块的活动端上的安装座，通过Y轴直线运动模块带动X轴直线运动模块、并带动Z轴直线运动模块和稳压筒在Y方向来回运动，通过X轴直线运动模块带动Z轴直线运动模块和稳压筒在X方向上来回运动，通过Z轴直线运动模块带动稳压筒在Z轴方向上下运动，从而将稳压筒移动至三维空间区域内的任意涡流器处。

根据本发明的另一方面，还提供一种涡流器流量测量系统，包括上述批量化涡流器流量测量装置，涡流器流量测量系统还包括与稳压筒的进气端连接的气源装置、用于获取稳压筒内气动参数的数据采集模块以及与数据采集模块连接的用于控制运动机构移动和控制气源装置输送气流的控制模块。

根据本发明的另一方面，还提供一种涡流器流量测量方法，采用权利要求上述涡流器流量测量系统，将多个涡流器一一对应地安装于涡流器底座上，测量方法包括以下步骤：通过控制模块控制运动机构，使运动机构带动稳压筒移动至第一个待试验的涡流器处并使稳压筒的出气端与涡流器底座的进气端密封连接；通过控制模块控制气源装置向稳压筒内输送气流；通过数据采集模块获取稳压筒内的气动参数，并通过控制模块根据稳压筒内的气动参数调整气源装置输送的气流的气动参数，直至稳压筒内的压力达到涡流器流量试验的设定压力且维持稳定，从而通过数据采集模块采集并记录涡流器的流量测量值；通过控制模块控制气源装置停止输送气流，完成该涡流器的流量试验；以上述相同的步骤，逐个完成所有涡流器的流量试验。

进一步地，通过数据采集模块获取稳压筒内的气动参数包括气流的压力、温度以及流量，稳压筒内的压力达到涡流器流量试验的设定压力且维持稳定30秒后通过数据采集模块采集并记录涡流器的流量测量值。

本发明具有以下有益效果：

本发明的批量化涡流器流量测量装置，通过运动机构带动稳压筒移动至涡流器处并使稳压筒的出气端与涡流器底座密封连接，以构成涡流器流量试验环境，通过稳压筒将气源装置提供的气流稳定输送至涡流器底座并从涡流器输出，使稳压筒和涡流器底座以及涡流器之间形成稳定的流场，从而对涡流器进行流量试验，通过在测量支架上设置多个涡流器底座，并将多个待试验的涡流器一一对应安装于涡流器底座上，从而通过控制运动机构带动稳压筒依次移动至不同的涡流器处并以相同的方式逐个完成多个涡流器的流量试验，从而完成涡流器的批量化流量试验，试验效率高，且无需人工手动更换涡流器，涡流器的安装精度高，提高了试验结果的一致性和准确性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的批量化涡流器流量测量装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的稳压筒的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的批量化涡流器流量测量装置的结构示意图。

图例说明：

1、测量支架；2、运动机构；3、进气波纹管；4、密封法兰；5、稳压筒；51、整流板；52、安装座；53、支撑板；54、支撑杆；55、弹簧；56、堵头；6、锥形塞；61、密封层；7、涡流器底座；8、涡流器；81、主体；82、安装边；83、喷嘴安装孔；9、支架底板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的批量化涡流器流量测量装置的结构示意图；图2是本发明优选实施例的稳压筒的结构示意图；图3是本发明优选实施例的批量化涡流器流量测量装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例的批量化涡流器流量测量装置，涡流器8包括设有气流通道的主体81、设于主体81外壁面上的安装边82以及设于主体81内的喷嘴安装孔83，批量化涡流器流量测量装置包括测量支架1、安装于测量支架1上的涡流器底座7、用于将气源装置提供的气流稳定输送至涡流器8内的稳压筒5以及安装于测量支架1上并与稳压筒5连接的用于带动稳压筒5沿水平方向和竖直方向移动调节的运动机构2，涡流器底座7上设有用于安装涡流器8的安装孔，涡流器8的出气端伸入安装孔中且涡流器的安装边82抵接于安装孔周围，测量支架1上沿水平面安装有多个涡流器底座7，且涡流器底座7位于稳压筒5的下方，以将多个待试验的涡流器8一一对应安装于多个涡流底座上，通过运动机构2带动稳压筒5依次移动至不同的涡流器8处并使稳压筒5的出气端与涡流器底座7密封连接以构成涡流器流量试验环境，从而分别对多个涡流器8依次进行流量试验。本发明的批量化涡流器流量测量装置，通过运动机构2带动稳压筒5移动至涡流器8处并使稳压筒5的出气端与涡流器底座7密封连接，以构成涡流器8流量试验环境，通过稳压筒5将气源装置提供的气流稳定输送至涡流器底座7并从涡流器8输出，使稳压筒5和涡流器底座7以及涡流器8之间形成稳定的流场，从而对涡流器8进行流量试验，通过在测量支架1上设置多个涡流器底座7，并将多个待试验的涡流器8一一对应安装于涡流器底座7上，从而通过控制运动机构2带动稳压筒5依次移动至涡流器8处并以相同的方式逐个完成多个涡流器8的流量试验，从而完成涡流器8的批量化流量试验，试验效率高，且无需人工手动更换涡流器8，提高了涡流器8试验结果的一致性和准确性。

如图2所示，稳压筒5的出气端设有与涡流器底座7密封连接的第一密封连接机构以及用于堵封喷嘴安装孔83的堵封机构，涡流器底座7的安装孔的周围设有与安装边82密封连接的第二密封连接机构，从而使稳压筒5与涡流器8的气流通道之间形成密封环境。气源装置提供的气流经稳压筒5稳定输出至涡流器8的气流通道内，避免一部分气流从稳压筒5的出气端与涡流器底座7之间的间隙以及涡流器8的喷嘴安装孔83漏出而影响涡流器8流量试验结果的准确性。可选地，稳压筒5的出气端未设置堵封机构。将多个涡流器8分别安装于多个涡流器底座7上之后，将多个堵头56分别塞入多个涡流器8的喷嘴安装孔83中。

如图2和图3所示，第一密封连接机构包括大径端安装于稳压筒5的出气端上的锥形塞6以及设于锥形塞6小径端的外壁面上的密封层61，涡流器底座7上设有与锥形塞6的小径端相配合的锥形槽。堵封机构包括安装于稳压筒5内的支撑板53、内伸端穿设于支撑板53并伸入至稳压筒5内腔中的支撑杆54、安装于支撑杆54的外伸端上的堵头56以及套设于支撑杆54上的弹簧55，弹簧55的第一端顶抵于支撑杆54的外周台阶面上，弹簧55的第二端顶抵于支撑板53的板面上，通过运动机构2带动稳压筒5移动至待试验的涡流器8处，使堵头56塞入待试验的涡流器8的喷嘴安装孔83中，并通过弹簧55的弹性回复力将堵头56弹性下压，从而确保堵头56将喷嘴安装孔83堵封。第二密封连接机构为铺设于涡流器8安装边82下方的密封垫。可选地，堵头56为锥形状，堵头56的大径端固定于支撑杆54的外伸端的端部，堵头56的小径端塞入喷嘴安装孔83中，试验时因吸力的存在堵头56会与喷嘴安装孔83贴合的更加紧密。堵头56的大径端设有挡圈，以防止了防止试验过程中堵头56被全部吸入喷嘴安装孔83内。试验前，首先通过运动机构2带动稳压筒5水平移动至涡流器8的正上方，再通过运动机构2带动稳压筒5下降，从而将锥形塞6塞入锥形槽内，堵头56塞于涡流器8的喷嘴安装孔83内，并将密封层61以及密封垫下压压紧，从而使稳压筒5与涡流器8的气流通道之间形成密封环境。

如图2所示，稳压筒5内设有整流板51，通过整流板51对进入稳压筒5内的气流进行整流，使稳压筒5内与涡流器底座7内以及涡流器8的气流通道内形成均匀气流流场。整流板51上均匀布设有整流孔。

如图1所示，稳压筒5的进气端安装有用于与气源装置连接的进气波纹管3。进气波纹管3与稳压筒5的进气端通过密封法兰4密封连接。运动机构2带动稳压筒5升降移动时，进气波纹管3适应性地伸长和缩短。

如图1所示，运动机构2包括X轴直线运动模块、Y轴直线运动模块以及Z轴直线运动模块，Y轴直线运动模块的固定端安装于测量支架1上，X轴直线运动模块的固定端安装于Y轴直线运动模块的活动端上，Z轴直线运动模块的固定端安装于X轴直线运动模块的活动端上，稳压筒5上设有用于安装于Z轴直线运动模块的活动端上的安装座52，通过Y轴直线运动模块带动X轴直线运动模块、并带动Z轴直线运动模块和稳压筒5在Y方向来回运动，通过X轴直线运动模块带动Z轴直线运动模块和稳压筒5在X方向上来回运动，通过Z轴直线运动模块带动稳压筒5在Z轴方向上下运动，从而将稳压筒5移动至三维空间区域内的任意涡流器8处。Y轴直线运动模块包括沿Y轴方向布设于测量支架1上的Y轴滑轨、与Y轴滑轨滑动连接的Y轴滑块、安装于Y轴滑轨一端的Y轴伺服电机以及用于将Y轴伺服电机与Y轴滑块连接的Y轴传动结构，通过Y轴伺服电机驱动Y轴滑块在Y轴滑轨上来回滑动。X轴直线运动模块包括沿X轴方向布设于Y轴滑块上的X轴滑轨、与X轴滑轨滑动连接的X轴滑块、安装于X轴滑轨一端的X轴伺服电机以及用于将X轴伺服电机与X轴滑块连接的X轴传动结构，通过X轴伺服电机驱动X轴滑块在X轴滑轨上来回滑动。Z轴直线运动模块包括沿Z轴方向布设于X轴滑块上的Z轴滑轨、与Z轴滑轨滑动连接的Z轴滑块、安装于Z轴滑轨一端的Z轴伺服电机以及用于将Z轴伺服电机与Z轴滑块连接的Z轴传动结构，通过Z轴伺服电机驱动Z轴滑块在Z轴滑轨上来回滑动。测量支架1内设有支架底板9，支架底板9上沿X轴方向和Y轴方向设有多个用于装配涡流器底座7的装配孔。两个Y轴直线运动模块关于支架底板9对称布设有测量支架1上。X轴滑轨的两端分别安装于两个Y轴直线运动模块的Y轴滑块上。

本实施例的涡流器流量测量系统，包括上述批量化涡流器流量测量装置，涡流器流量测量系统还包括与稳压筒5的进气端连接的气源装置、用于获取稳压筒5内气动参数的数据采集模块以及与数据采集模块连接的用于控制运动机构2移动和控制气源装置输送气流的控制模块。在本实施例中，控制模块包括用于控制气源装置向稳压筒5内输送气流流量的进气阀门以及用于控制X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机的运动控制模块。

本实施例的涡流器流量测量方法，采用上述涡流器流量测量系统，将多个涡流器8一一对应地安装于涡流器底座7上，测量方法包括以下步骤：通过控制模块控制运动机构2，使运动机构2带动稳压筒5移动至第一个待试验的涡流器8处并使稳压筒5的出气端与涡流器底座7的进气端密封连接；通过控制模块控制气源装置向稳压筒5内输送气流；通过数据采集模块获取稳压筒5内的气动参数，并通过控制模块根据稳压筒5内的气动参数调整气源装置输送的气流的气动参数，直至稳压筒5内的压力达到涡流器8流量试验的设定压力且维持稳定，从而通过数据采集模块采集并记录涡流器8的流量测量值；通过控制模块控制气源装置停止输送气流，完成该涡流器8的流量试验；以上述相同的步骤，逐个完成所有涡流器8的流量试验。

通过数据采集模块获取稳压筒5内的气动参数包括气流的压力、温度以及流量，稳压筒5内的压力达到涡流器8流量试验的设定压力且维持稳定30秒后通过数据采集模块采集并记录涡流器8的流量测量值。

记采集到的稳压筒5内的压力为P(Pa)、温度为T(k)、流量为M(g/s)，通过检测P值，然后依据P值的大小调节涡流器8流量试验进气参数直至达到设定的压力参数，此时，所测得的涡流器8流量记为Ma(g/s)，有：Ma＝e*M，其中，e为温度造成的流量修正系数。由此，即可获得涡流器8的所测流量值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种批量化涡流器流量测量装置，涡流器(8)包括设有气流通道的主体(81)、设于主体(81)外壁面上的安装边(82)以及设于主体(81)内的喷嘴安装孔(83)，其特征在于，

批量化涡流器流量测量装置包括测量支架(1)、安装于测量支架(1)上的涡流器底座(7)、用于将气源装置提供的气流稳定输送至涡流器(8)内的稳压筒(5)以及安装于测量支架(1)上并与稳压筒(5)连接的用于带动稳压筒(5)沿水平方向和竖直方向移动调节的运动机构(2)，

涡流器底座(7)上设有用于安装涡流器(8)的安装孔，涡流器(8)的出气端伸入安装孔中且涡流器(8)的安装边(82)抵接于安装孔周围，测量支架(1)上沿水平面安装有多个涡流器底座(7)，且涡流器底座(7)位于稳压筒(5)的下方，以将多个待试验的涡流器(8)一一对应安装于多个涡流器 底座上，

通过运动机构(2)带动稳压筒(5)依次移动至不同的涡流器(8)处并使稳压筒(5)的出气端与涡流器底座(7)密封连接以构成涡流器流量试验环境，从而批量化对多个涡流器(8)依次进行流量试验，

稳压筒(5)的出气端设有与涡流器底座(7)密封连接的第一密封连接机构以及用于堵封喷嘴安装孔(83)的堵封机构，涡流器底座(7)的安装孔的周围设有与安装边(82)密封连接的第二密封连接机构，从而使稳压筒(5)与涡流器(8)的气流通道之间形成密封环境，

堵封机构包括安装于稳压筒(5)内的支撑板(53)、内伸端穿设于支撑板(53)并伸入至稳压筒(5)内腔中的支撑杆(54)、安装于支撑杆(54)的外伸端上的堵头(56)以及套设于支撑杆(54)上的弹簧(55)，弹簧(55)的第一端顶抵于支撑杆(54)的外周台阶面上，弹簧(55)的第二端顶抵于支撑板(53)的板面上，

通过运动机构(2)带动稳压筒(5)移动至待试验的涡流器(8)处，使堵头(56)塞入待试验的涡流器(8)的喷嘴安装孔(83)中，并通过弹簧(55)的弹性回复力将堵头(56)弹性下压，从而确保堵头(56)将喷嘴安装孔(83)堵封。

2.根据权利要求1所述的批量化涡流器流量测量装置，其特征在于，

第一密封连接机构包括大径端安装于稳压筒(5)的出气端上的锥形塞(6)以及设于锥形塞(6)小径端的外壁面上的密封层(61)，涡流器底座(7)上设有与锥形塞(6)的小径端相配合的锥形槽。

3.根据权利要求1所述的批量化涡流器流量测量装置，其特征在于，

稳压筒(5)的进气端设有整流板(51)，通过整流板(51)对进入稳压筒(5)内的气流进行整流，使稳压筒(5)的内腔与涡流器(8)的气流通道形成均匀气流流场。

4.根据权利要求1所述的批量化涡流器流量测量装置，其特征在于，

稳压筒(5)的进气端安装有用于与气源装置连接的进气波纹管(3)，进气波纹管(3) 与稳压筒(5)的进气端通过密封法兰(4)密封连接。

5.根据权利要求1所述的批量化涡流器流量测量装置，其特征在于，

运动机构(2)包括X轴直线运动模块、Y轴直线运动模块以及Z轴直线运动模块，Y轴直线运动模块的固定端安装于测量支架(1)上，X轴直线运动模块的固定端安装于Y轴直线运动模块的活动端上，Z轴直线运动模块的固定端安装于X轴直线运动模块的活动端上，稳压筒(5)上设有用于安装于Z轴直线运动模块的活动端上的安装座(52)，通过Y轴直线运动模块带动X轴直线运动模块、并带动Z轴直线运动模块和稳压筒(5)在Y方向来回运动，通过X轴直线运动模块带动Z轴直线运动模块和稳压筒(5)在X方向上来回运动，通过Z轴直线运动模块带动稳压筒(5)在Z轴方向上下运动，从而将稳压筒(5)移动至三维空间区域内的任意涡流器(8)处。

6.一种涡流器流量测量系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的批量化涡流器流量测量装置，

涡流器流量测量系统还包括与稳压筒(5)的进气端连接的气源装置、用于获取稳压筒(5)内气动参数的数据采集模块以及与数据采集模块连接的用于控制运动机构(2)移动和控制气源装置输送气流的控制模块。

7.一种涡流器流量测量方法，其特征在于，采用权利要求6所述的涡流器流量测量系统，将多个涡流器(8)一一对应地安装于涡流器底座(7)上，

测量方法包括以下步骤：

通过控制模块控制运动机构(2)，使运动机构(2)带动稳压筒(5)移动至第一个待试验的涡流器(8)处并使稳压筒(5)的出气端与涡流器底座(7)的进气端密封连接；

通过控制模块控制气源装置向稳压筒(5)内输送气流；

通过数据采集模块获取稳压筒(5)内的气动参数，并通过控制模块根据稳压筒(5)内的气动参数调整气源装置输送的气流的气动参数，直至稳压筒(5)内的压力达到涡流器(8)流量试验的设定压力且维持稳定，从而通过数据采集模块采集并记录涡流器(8)的流量测量值；

通过控制模块控制气源装置停止输送气流，完成该涡流器(8)的流量试验；

以上述相同的步骤，逐个完成所有涡流器(8)的流量试验。

8.根据权利要求7所述的涡流器流量测量方法，其特征在于，

通过数据采集模块获取稳压筒(5)内的气动参数包括气流的压力、温度以及流量，

稳压筒(5)内的压力达到涡流器(8)流量试验的设定压力且维持稳定30秒后通过数据采集模块采集并记录涡流器(8)的流量测量值。

Images