CN113107675A - 一种基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法 - Google Patents

一种基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于发动机设计技术领域，涉及一种基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，所述方法包括：步骤S1、获取台架测量参数：压气机进口总温、压气机出口总温、压气机中间级引气总温、涡轮出口总温及燃油流量；步骤S2、获取台架计算参数：压气机进口流量及压气机中间级引气流量百分比；步骤S3、获取输入的设计参数：压气机出口引气流量与压气机进口流量的比值、压气机和涡轮的功率比值机械效率；步骤S4、计算涡轮导向器进口流量；步骤S5、确定涡轮进口焓值；步骤S6、确定涡轮进口温度。本申请基于功率平衡方法，在有限测点的情况下，避免迭代，快速计算出核心机试车环境下的涡轮进口温度，能够避免燃油流量的测量偏差带来的计算结果偏离的问题。

Description

一种基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法
技术领域
本申请属于发动机设计技术领域，特别涉及一种基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法。
背景技术
受制于测试方式和测试技术，目前在核心机试车中无法对涡轮前温度进行测试，因此无法对叶片的工作状态进行实时监控，因此需要开展有限测点下的核心机涡轮前温度的实时计算，实时了解核心机工作状态。
现有的核心机试验中存在以下问题：
1)高压涡轮进口平均温度非常高，受限于测试技术和结构形式难以直接测量；
2)通常核心机试验时要通过测量高压涡轮出口温度来监控核心机的工作状态，不能直接获得涡轮的工作状态；
3)目前台架一般通过燃油使用量来对涡轮前温度进行快速计算，需要燃油量测量的准确度很高，而核心机的工作范围很宽广，燃油流量计很难在全范围内均具有一个较高的精度，实际使用偏差很大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，主要包括：
步骤S1、获取台架测量参数：压气机进口总温T25、压气机出口总温T3、压气机中间级引气总温Tk30、涡轮出口总温T42及燃油流量Wf；
步骤S2、获取台架计算参数：压气机进口流量W25及压气机中间级引气流量百分比W27占比；
步骤S3、获取输入的设计参数：压气机出口引气流量与压气机进口流量的比值a、压气机和涡轮的功率比值机械效率b；
步骤S4、计算涡轮导向器进口流量W4；
步骤S5、确定涡轮进口焓值H4；
步骤S6、确定涡轮进口温度T4计算。
优选的是，步骤S4中，根据压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比、压气机出口引气流量与压气机进口流量的比值a及燃油流量Wf确定涡轮导向器进口流量W4，包括：
W4＝W25-(W27占比)/100×W25-aW25+Wf/3600。
优选的是，步骤S5中，计算涡轮进口焓值H4包括：
Figure BDA0003044722400000021
其中，H42为涡轮出口焓值，W42为涡轮出口流量，LHPC为压气机功，H3为压气机出口焓值，W25为压气机进口流量，W4为涡轮导向器进口流量。
优选的是，步骤S5中，根据压气机出口总温T3确定压气机出口焓值H3，包括：
H3＝1000T3(0.0134(T3/1000)4-0.0885(T3/1000)3+0.1916(T3/1000)2-0.076(T3/1000)+1.0129)。
优选的是，步骤S5中，根据涡轮出口总温T42、燃油流量Wf确定涡轮出口焓值H42，包括：
H42＝H42a(1+(0.0213(T42/1000)+0.0488)(Wf/3600/W42)/0.06)；
其中，H42a＝1000T42(0.0134(T42/1000)4-0.0885(T42/1000)3+0.1916(T42/1000)2-0.076(T42/1000)+1.0129)。
优选的是，步骤S5中，根据压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比及燃油流量Wf确定涡轮出口流量W42，包括：
W42＝W25-(W27占比)/100×W25+Wf/3600。
优选的是，步骤S5中，根据压气机出口焓值H3、压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比、压气机进口焓值H25、压气机中间级引气焓值Hbleed确定压气机功LHPC，包括：
LHPC＝H3(W25-Wbleed)+Hbleed(W27占比/100)W25-H25W25。
优选的是，步骤S5中，根据压气机进口总温T25确定压气机进口焓值H25，包括：
H25＝1000T25(0.0134(T25/1000)4-0.0885(T25/1000)3+0.1916(T25/1000)2-0.076(T25/1000)+1.0129)。
优选的是，步骤S5中，根据压气机中间级引气总温Tk30确定压气机中间级引气焓值Hbleed，包括：
Hbleed＝1000Tk30(0.0134(Tk30/1000)4-0.0885(Tk30/1000)3+0.1916(Tk30/1000)2-0.076(Tk30/1000)+1.0129)。
优选的是，步骤S6中，确定涡轮进口温度T4计算包括：
常温常压计算公式：
T4计算＝1000(0.847(H4/1000000)(1-0.079/0.06(Wf/3600/W4))+0.1067(1+0.025/0.06(Wf/3600/W4)))；
加温加压计算公式：
T4计算＝1000(0.803(H4/1000000)(1-0.0822/0.06(Wf/3600/W4))+0.173(1+0.03/0.06(Wf/3600/W4)))。
本申请基于功率平衡方法，在有限测点的情况下，避免迭代，快速计算出核心机试车环境下的涡轮进口温度。基于本申请能够实时监控涡轮的工作环境，保障试验安全。本申请能够避免燃油流量的测量偏差带来的计算结果偏离的问题。
附图说明
图1是本申请基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法的一优选实施例的流程图。
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。
本申请基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，主要包括：
步骤S1、获取台架测量参数：压气机进口总温T25、压气机出口总温T3、压气机中间级引气总温Tk30、涡轮出口总温T42及燃油流量Wf；
步骤S2、获取台架计算参数：压气机进口流量W25及压气机中间级引气流量百分比W27占比；
步骤S3、获取输入的设计参数：压气机出口引气流量与压气机进口流量的比值a、压气机和涡轮的功率比值机械效率b；
步骤S4、计算涡轮导向器进口流量W4；
步骤S5、确定涡轮进口焓值H4；
步骤S6、确定涡轮进口温度T4计算。
附图1给出了本申请的上述步骤涉及的具体流程，本申请通过步骤S1获取相关参数后，经计算，最终获得涡轮进口温度，即图1中最右侧的涡轮前温度。
参考图1，本申请首计算过程如下：
1)根据压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比、压气机出口引气流量与压气机进口流量的比值a及燃油流量Wf确定涡轮导向器进口流量W4(kg/s)：
W4＝W25-(W27占比)/100×W25-aW25+Wf/3600。
2)根据压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比、压气机进口流量W25及燃油流量Wf确定涡轮出口流量W42(kg/s)：
W42＝W25-(W27占比)/100×W25+Wf/3600。
3)根据压气机进口总温T25确定压气机进口焓值H25(J/kg)：
H25＝1000T25(0.0134(T25/1000)4-0.0885(T25/1000)3+0.1916(T25/1000)2-0.076(T25/1000)+1.0129)。
4)根据压气机出口总温T3确定压气机出口焓值H3(J/kg)：
H3＝1000T3(0.0134(T3/1000)4-0.0885(T3/1000)3+0.1916(T3/1000)2-0.076(T3/1000)+1.0129)。
5)根据压气机中间级引气总温Tk30确定压气机中间级引气焓值Hbleed(J/kg)：
Hbleed＝1000Tk30(0.0134(Tk30/1000)4-0.0885(Tk30/1000)3+0.1916(Tk30/1000)2-0.076(Tk30/1000)+1.0129)。
6)根据涡轮出口总温T42、燃油流量Wf确定涡轮出口焓值H42(J/kg)：
H42a＝1000T42(0.0134(T42/1000)4-0.0885(T42/1000)3+0.1916(T42/1000)2-0.076(T42/1000)+1.0129)；
H42＝H42a(1+(0.0213(T42/1000)+0.0488)(Wf/3600/W42)/0.06)。
7)根据压气机出口焓值H3、压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比、压气机进口焓值H25、压气机中间级引气焓值Hbleed确定压气机功LHPC(W)：
LHPC＝H3(W25-Wbleed)+Hbleed(W27占比/100)W25-H25W25。
8)计算涡轮进口焓值H4(J/kg)：
Figure BDA0003044722400000041
其中，H42为涡轮出口焓值，W42为涡轮出口流量，LHPC为压气机功，H3为压气机出口焓值，W25为压气机进口流量，W4为涡轮导向器进口流量。
9)最后计算涡轮进口温度T4计算(K)：
常温常压计算公式：
T4计算＝1000(0.847(H4/1000000)(1-0.079/0.06(Wf/3600/W4))+0.1067(1+0.025/0.06(Wf/3600/W4)))；
加温加压计算公式：
T4计算＝1000(0.803(H4/1000000)(1-0.0822/0.06(Wf/3600/W4))+0.173(1+0.03/0.06(Wf/3600/W4)))。
本专利提出的基于功率平衡的核心机涡轮前温度实时计算方法，解决了以下问题：
1)可以基于有限测点，无需对核心机进行大量改装，减小了试车风险；
2)能够在前期科研试车阶段获得核心机部件工作状态和全流程参数，缩短科研周期；
3)解决了试车过程中高压涡轮进口温度无法测试造成的核心机状态监控问题；
4)能够获得核心机整机环境下的部件特性及部件真实工作情况。
本申请对于获得核心机整机环境下的部件真实工作状态和试验安全具有重大意义。
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 (10)

1.一种基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，包括：
步骤S1、获取台架测量参数：压气机进口总温T25、压气机出口总温T3、压气机中间级引气总温Tk30、涡轮出口总温T42及燃油流量Wf；
步骤S2、获取台架计算参数：压气机进口流量W25及压气机中间级引气流量百分比W27占比；
步骤S3、获取输入的设计参数：压气机出口引气流量与压气机进口流量的比值a、压气机和涡轮的功率比值机械效率b；
步骤S4、计算涡轮导向器进口流量W4；
步骤S5、确定涡轮进口焓值H4；
步骤S6、确定涡轮进口温度T4计算。
2.如权利要求1所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S4中，根据压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比、压气机出口引气流量与压气机进口流量的比值a及燃油流量Wf确定涡轮导向器进口流量W4，包括：
W4＝W25-(W27占比)/100×W25-aW25+Wf/3600。
3.如权利要求1所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S5中，计算涡轮进口焓值H4包括：
Figure FDA0003044722390000011
其中，H42为涡轮出口焓值，W42为涡轮出口流量，LHPC为压气机功，H3为压气机出口焓值，W25为压气机进口流量，W4为涡轮导向器进口流量。
4.如权利要求3所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S5中，根据压气机出口总温T3确定压气机出口焓值H3，包括：
H3＝1000T3(0.0134(T3/1000)4-0.0885(T3/1000)3+0.1916(T3/1000)2-0.076(T3/1000)+1.0129)。
5.如权利要求3所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S5中，根据涡轮出口总温T42、燃油流量Wf确定涡轮出口焓值H42，包括：
H42＝H42a(1+(0.0213(T42/1000)+0.0488)(Wf/3600/W42)/0.06)；
其中，H42a＝1000T42(0.0134(T42/1000)4-0.0885(T42/1000)3+0.1916(T42/1000)2-0.076(T42/1000)+1.0129)。
6.如权利要求3所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S5中，根据压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比及燃油流量Wf确定涡轮出口流量W42，包括：
W42＝W25-(W27占比)/100×W25+Wf/3600。
7.如权利要求3所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S5中，根据压气机出口焓值H3、压气机进口流量W25、压气机中间级引气流量百分比W27占比、压气机进口焓值H25、压气机中间级引气焓值Hbleed确定压气机功LHPC，包括：
LHPC＝H3(W25-Wbleed)+Hbleed(W27占比/100)W25-H25W25。
8.如权利要求7所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S5中，根据压气机进口总温T25确定压气机进口焓值H25，包括：
H25＝1000T25(0.0134(T25/1000)4-0.0885(T25/1000)3+0.1916(T25/1000)2-0.076(T25/1000)+1.0129)。
9.如权利要求7所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S5中，根据压气机中间级引气总温Tk30确定压气机中间级引气焓值Hbleed，包括：
Hbleed＝1000Tk30(0.0134(Tk30/1000)4-0.0885(Tk30/1000)3+0.1916(Tk30/1000)2-0.076(Tk30/1000)+1.0129)。
10.如权利要求1所述的基于功率平衡的核心机涡轮前温度确定方法，其特征在于，步骤S6中，确定涡轮进口温度T4计算包括：
常温常压计算公式：
T4计算＝1000(0.847(H4/1000000)(1-0.079/0.06(Wf/3600/W4))+0.1067(1+0.025/0.06(Wf/3600/W4)))；
加温加压计算公式：
T4计算＝1000(0.803(H4/1000000)(1-0.0822/0.06(Wf/3600/W4))+0.173(1+0.03/0.06(Wf/3600/W4)))。
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