CN113588233B - 一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，用于涡轮试验段，包括：引射气路，燃气路和排气消声装置；所述燃气路通过排气蜗壳的进气端与所述涡轮试验段连通；所述排气蜗壳通过排气转接段与排气管的第一支口连通；所述引射气路与所述排气管的第二支口连通；所述排气管的汇总支路与所述排气消声装置固定连接。本发明通过设置引射气路和燃气路实现了涡轮试验台大范围低成本地调整排气系统的背压，解决了现有技术中涡轮试验台背压模拟，冷却消声的难题，为研究不同工况下涡轮工作状态提供了试验保障。

Description

一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统及方法

技术领域

本发明涉及涡轮试验台技术领域，特别是涉及一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统及方法。

背景技术

航空发动机的性能决定了飞机的性能，被称为飞机的心脏，随着航空发动机不断的发展，不仅要提高它的推力，同时可靠性、寿命也同样重要。在航空发动机各部件中，涡轮的工作环境最恶劣，所以必须对其在各种环境下展开试验。

涡轮试验台是对涡轮工作状态进行检测的重要设备，它需要模拟出飞机在不同高度飞行时的温度、背压条件，飞行高度越高，背压就越低。高于一个标准大气压称之为正压，一旦低于一个标准大气压就称之为负压，所以涡轮试验台需要能模拟出从正压到负压宽广的压力范围。通常涡轮试验台的排气系统需要排气扩压器，排气冷却器，抽气泵及各种串并连接管道及阀门等许多部件配合工作匹配，才能模拟出不同的背压。除此之外，它还有电，水和油系统，控制，数据采集系统等，试验台的这些设备都需要电力驱动，试验时耗电量惊人，是名副其实的电老虎。

如上所述，目前涡轮试验台建造成本和运行成本高，技术难度大，国内外只有少数研究所和公司拥有，无法大规模普及，排气系统是其中的降成本减难度的关键。降成本说的是尽量减少大功率用电设备，依靠气体本身的性质产生不同的背压环境；减难度说的是尽可能减小设备数量和互相之间匹配调试过程。这两个难点阻碍和限制了涡轮试验台的推广和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现大范围低成本地调整涡轮试验台排气系统的背压。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，用于涡轮试验段，包括：引射气路，燃气路和排气消声装置；所述燃气路上通过排气蜗壳的进气端与所述涡轮试验段连通；所述排气蜗壳通过排气转接段与排气管的第一支口连通；所述引射气路与所述排气管的第二支口连通；所述排气管的汇总支路与所述排气消声装置固定连接。

优选的，所述排气蜗壳用于将高温燃气收集整流；所述排气蜗壳为等流速结构设计，截面为圆形结构；所述排气蜗壳内部气体流速不大于60m/s。

优选的，所述引射气路包括高压气罐，所述高压气罐通过流量调节装置与临界喷管的一端连通；所述临界喷管的另一端固定连接有引射器；所述引射器与所述排气管的第二支口连通。

进一步的，引射供气从所述引射器中高速射出，根据引射器原理，会在排气管内产生一定程度的负压。

优选的，所述流量调节装置包括流量调节阀和流量计；所述流量调节阀靠近所述高压气罐设置。

进一步的，所述流量计设置于靠近临界喷管的一端。

优选的，所述引射器安装于所述排气管的第二支口中心。

优选的，所述排气管的汇总支路上安装有压力表。

进一步的，设置所述压力表，当引射供气流量较大时，会使得所述排气管内发生壅塞，压力随之升高，从而形成正压，通过所述压力表测量背压。

优选的，所述排气消声装置包括排气消声塔和排气消声片。

一种适用于涡轮试验台的排气方法，包括如下步骤：

所述排气蜗壳将所述涡轮试验段排出的高温燃气收集整流，所述排气管与所述排气蜗壳通过排气转接段端连接，将整流后的均匀气流输送至所述排气管内；

所述高压气罐产生高压气体，所述高压气体经所述流量调节阀和流量计调节，在所述临界喷管内加速减压，经所述引射器喷射入所述排气管内，通过引射效应产生负压；

进一步的，引射气路的气体从所述引射器中高速射出，根据引射器原理，会在排气管内产生一定程度的负压，从而实现背压调节的功能。

优选的，引射器是利用高速高能流(液流、气流或其他物质流)来传递能量和质量的真空获得装置；引射效应是基于引射器采用有一定压力的高速高能流通过对称均布成一定侧斜度的喷嘴喷出，聚合在一个焦点上。由于喷射气流速特别高，将压力能转变为速度能，使排气管连接区压力降低产生真空。

两束气体在所述排气管内混合，并最终进入所述排气消声装置内进行消声处理后排入大气。

优选的，当引射气路气体流量大时，所述排气管内发生壅塞，压力升高，所述排气管内通过气堵效应产生正压，通过所述压力表测量背压。

气堵效应就是气体流量超过排气管的最大能通过的流量，就是发生堵塞，导致压力升高。

本发明公开了以下技术效果：通过设置引射气路和燃气路实现了涡轮试验台大范围低成本地调整排气系统的背压，解决了现有技术中涡轮试验台背压模拟，冷却消声的难题，为研究不同工况下涡轮工作状态提供了试验保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明安装位置示意图；

图2为本发明排气蜗壳结构示意图；

图3为本发明排气转接段结构示意图；

图4为本发明背压为负压模拟示意图；

图5为本发明背压为正压模拟示意图；

其中，1、排气蜗壳；2、排气转接段；3、排气管；4、临界喷管；5、流量调节阀；6、流量计；7、压力表；8、引射器；9、排气消声装置；10、高压气罐；11、涡轮试验段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，用于涡轮试验段11，包括：引射气路，燃气路和排气消声装置9；燃气路上通过排气蜗壳1的进气端与涡轮试验段11连通；排气蜗壳1通过排气转接段2与排气管3的第一支口连通；引射气路与排气管3的第二支口连通；排气管3的汇总支路与排气消声装置9固定连接。

排气蜗壳1用于将高温燃气收集整流；排气蜗壳1为等流速结构设计，截面为圆形结构；排气蜗壳1内部气体流速不大于60m/s。

引射气路包括高压气罐10，高压气罐10通过流量调节装置与临界喷管4的一端连通；临界喷管4的另一端固定连接有引射器8；引射器8与排气管3的第二支口连通。

流量调节装置包括流量调节阀5和流量计6；流量调节阀5靠近高压气罐10设置。

引射器8安装于排气管3的第二支口中心。

排气管3的汇总支路上安装有压力表7。

排气消声装置9包括排气消声塔和排气消声片。

一种适用于涡轮试验台的排气方法，包括如下步骤：

排气蜗壳1将涡轮试验段11排出的高温燃气收集整流，排气管3与排气蜗壳1通过排气转接段2连接，将整流后的均匀气流输送至排气管3内；

高压气罐10产生高压气体，高压气体经流量调节阀5和流量计6调节，在临界喷管4内加速减压，经引射器8喷射入排气管3内；

两束气体在排气管3内混合，并最终进入排气消声装置9内进行消声处理后排入大气。

当引射气路气体流量大时，排气管3内发生壅塞，压力升高，排气管3内通过气堵效应产生正压，通过压力表7测量背压。

在本发明的一个实施例中，如图2，设计环形的排气蜗壳1，排气蜗壳1的一端开设有环形近似椭圆的出气口，出气口周测设置加强肋；出气口中部设置有分隔板。

进一步的，排气蜗壳1上还设有环形肋；环形肋等间距设置有若干个；排气蜗壳1的出气口上方还开设有调节孔，用于调节分隔板的角度；加强肋还设置于与出气口相对的一侧；加强肋包括加强板和肋条；肋条设置有三根，互相平行设置，且肋条与分隔板互相垂直。

进一步的，排气蜗壳1上还设置有便于固定的安装块。

在本发明的一个实施例中，如图3，排气转接段2一端与出气口连接，另一端面积逐渐变大，且与排气管3连通；排气转接段2中部设置有与出气口中部位置对应的分隔板，且与出气口处的分隔板固定连接。

进一步的，于排气转接段2外侧还开设有调节孔；调节孔用于调节分隔板的偏移角度；排气转接段2的一端形状与排气蜗壳1的出气口形状适配；排气转接段2的另一端为圆形结构，用于与排气管3连通。

在本发明的一个实施例中，如图4和图5，分别为本发明模拟出的背压为负压和正压时的情况。

在本发明的一个实施例中，在特殊的设计工况下，通过匹配燃气和引射气流量的大小，兼顾实现引射效果，达到负压模拟的要求。该设计既成功避免了进口高温阀的卡脖子情况，也实现了试验台落压比模拟及燃气掺混冷却的功能，更使试验台具备高空模拟能力。

在本发明的一个实施例中，排气蜗壳1将涡轮实验段11排出的燃气收集整流，所述排气管3与所述排气蜗壳1中间通过所述排气转接段2连接，同时所述引射器8安装在所述排气管3中间；所述引射器8前面安装有所述流量调节阀5和所述流量计6，然后经过所述临界喷管4加速，得到流量和压力匹配的引射供气；所述排气管3尾部装有所述压力表7，当引射供气流量较大时，会使得所述排气管3内发生壅塞，压力随之升高，从而形成正压，用所述压力表7测量背压；引射供气和燃气在所述排气管3掺混后排入所述排气消声装置9，经过消音处理后排入大气。本发明提供的方法和系统，实现了涡轮试验台大范围低成本地调整排气系统的背压，解决了现有技术中涡轮试验台背压模拟，冷却消声的难题，为研究不同工况下涡轮工作状态提供了试验保障。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，用于涡轮试验段（11），其特征在于，包括：引射气路，燃气路和排气消声装置（9）；所述燃气路上通过排气蜗壳（1）的进气端与所述涡轮试验段（11）连通；所述排气蜗壳（1）通过排气转接段（2）与排气管（3）的第一支口连通；所述引射气路与所述排气管（3）的第二支口连通；所述排气管（3）的汇总支路与所述排气消声装置（9）固定连接；所述引射气路包括高压气罐（10），所述高压气罐（10）通过流量调节装置与临界喷管（4）的一端连通；所述临界喷管（4）的另一端固定连接有引射器（8）；所述引射器（8）与所述排气管（3）的第二支口连通。

2.根据权利要求1所述的一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，其特征在于：所述排气蜗壳（1）用于将高温燃气收集整流；所述排气蜗壳（1）为等流速结构设计，截面为圆形结构；所述排气蜗壳（1）内部气体流速不大于60m/s。

3.根据权利要求2所述的一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，其特征在于：所述流量调节装置包括流量调节阀（5）和流量计（6）；所述流量调节阀（5）靠近所述高压气罐（10）设置。

4.根据权利要求3所述的一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，其特征在于：所述引射器（8）安装于所述排气管（3）的第二支口中心。

5.根据权利要求1所述的一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，其特征在于：所述排气管（3）的汇总支路上安装有压力表（7）。

6.根据权利要求1所述的一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，其特征在于：所述排气消声装置（9）包括排气消声塔和排气消声片。

7.一种适用于涡轮试验台的排气方法，包括任一权利要求1-6所述的一种适用于涡轮试验台的排气背压调节系统，其特征在于，包括如下步骤：

所述排气蜗壳将所述涡轮试验段排出的高温燃气收集整流，所述排气管与所述排气蜗壳通过排气转接段连接，将整流后的均匀气流输送至所述排气管内；

所述高压气罐产生高压气体，所述高压气体经流量调节阀和流量计调节，在所述临界喷管内加速减压，经所述引射器喷射入所述排气管内，通过引射效应产生负压；

气体在所述排气管内混合，并最终进入所述排气消声装置内进行消声处理后排入大气。

8.根据权利要求7所述的一种适用于涡轮试验台的排气方法，其特征在于：当引射气路气体流量大时，所述排气管（3）内发生壅塞，压力升高，所述排气管（3）内通过气堵效应产生正压，通过所述排气管（3）的汇总支路上的压力表（7）测量背压。

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