CN115356122A - 一种压气机的加温加压试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压气机的加温加压试验方法，包括S1、根据试验工况，设定加温加压试验的预设进口温度和预设进口压力；S2、逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至达到预设进口温度和预设进口压力；S3、根据某一测试工况，调节试验件达到该工况要求的状态（包括进口压力、进口温度等），同时调节轴承所受轴向力，采集试验件运行状态参数；S4、重复步骤S3，直至所有测试工况要求的试验件运行状态参数均采集完成；S5、逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至达到常压常温状态后停机。本发明设计的方法可安全可靠地获取进气加温加压工况下的压气机特性参数，为发动机研制提供有力支撑。

Description

一种压气机的加温加压试验方法

技术领域

本发明属于航空发动机或燃气轮机试验技术领域，涉及一种压气机的加温加压试验方法。

背景技术

压气机是航空发动机的三大关键部件之一，为研制高性能的压气机，在发动机研制的不同阶段进行地面条件和飞行条件下的压气机部件全尺寸模拟试验和模型考核试验。

随着高压压气机技术的发展，常规试验以及进口压力畸变、级间引气试验、压气机级间参数测量试验等特征试验不断应用到发动机性能测试中。目前我国已建有不同功率级、不同转速档次和转向的压气机试验装置，为航空发动机仿制定型、新机预研做了大量的验证性工作，但压气机试验器只能进行地面大气进气条件下的压气机性能试验研究，无法开展进气加温加压条件下的试验研究，也无法对压气机装机后的结构强度和振动特性作出预先评估。

发明内容

为了实现压气机试验研究能够在进气加温加压条件下进行，本发明设计了一种压气机的加温加压试验方法。

实现发明目的的技术方案如下：一种压气机的加温加压试验方法，包括以下步骤：

S1、根据试验工况，设定加温加压试验的预设进口温度和预设进口压力；

S2、逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至试验件进口达到预设进口温度和预设进口压力；

S3、根据某一测试工况，调节试验件状态达到该工况要求的进口压力、进口温度，同时调节轴承所受的轴向力，采集试验件运行状态参数；

S4、重复步骤S3，直至所有测试工况的试验件运行状态参数均采集完成；

S5、逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至试验件进口达到常压常温状态后停机。

进一步的，预设进口温度小于各工况的试验进口温度，预设进口压力小于各工况的试验进口压力。

进一步的，步骤S2中，逐渐调节试验件的进口压力及进口温度的方法为：逐步增大加温加压系统的进气流量，且逐步减少大气进气管路的进气流量，直至试验件达到预设进口温度和预设进口压力。

进一步的，步骤S3中，试验件状态调节还包括调节压气机转速、压气机静叶角度、出口总压、放气流量。

进一步的，步骤S3中，轴向力调节方法为：采用轴向力平衡装置向试验件转子输出反向轴向力，调节轴承所受轴向力小于轴承许用值。

进一步的，步骤S5中，逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至达到常压常温状态的方法为：逐步增大大气进气管路的进气流量，且逐步减少加温加压系统的进气流量，直至试验件进口达到常温常压状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明设计的压气机的加温加压试验方法是依据进气加温加压条件下的压气机试验的自身特点进行设计的，可以较真实地模拟高压压气机的进口条件，以获取压气机性能、失速边界及气动稳定性参数气动；压气机静叶调节性能和优化特性；压气机转子、静子叶片的动应力特性；压气机转子、静子叶片径向间隙及其影响特性；开展较完整的高压压气机结构特性试验研究，锁定高压压气机技术状态，为发动机整机研制打下坚实的部件基础。其可以准确、安全、可靠地获取近似发动机状态的压气机的特性参数，其通过大气进气与加温加压进气两种方式配合，可有效地降低进口压力、温度变化对试验件的冲击，同时采用轴向力平衡装置来平衡试验件轴承轴向力，可防止轴承轴向力超限导致试验件损坏，同时大大降低试验件设计难度，使试验件结构更加接近发动机状态的压气机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明压气机的加温加压试验方法的流程图；

图2为具体实施方式中加温加压试验器的结构框图；

图3为具体实施方式中某压气机试验件加温加压的试验的流程图；

其中，1、加温加压进气系统；2、大气进气管路；3、稳压箱；4、流量测量装置；5、压气机试验件；6、测扭器；7、增速器；8、动力电机；9、放气系统；10、排气系统；11、变频系统；12、冷却水系统；13、润滑液压系统；14、辅助空气系统；15、电气监视控制系统；16、测试数采系统。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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创造和简化描述，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创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本具体实施方式提供了一种压气机的加温加压试验方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、根据试验工况，设定加温加压试验的预设进口温度和预设进口压力。

本步骤中，预设进口温度和预设进口压力是根据试验件各个试验工况的进口压力和进口温度进行设计的，其需要保证预设进口温度小于各工况的试验进口温度，预设进口压力小于各工况的试验进口压力。

同时，为了确保试验件在正式测试前处于一个稳定的工作状态，还需要根据试验件各个试验工况的转速设计预设转速，使试验前的转速达到预设转速，同时预设转速在设计时需小于各个试验工况的转速。

S2、逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至试验件进口达到预设进口温度和预设进口压力。

本实施例中，在调节试验件逐渐达到预设进口温度和预设进口压力的同时，还应该控制试验件转速沿共同工作线上升至预设转速，保持现状稳定运行至热平衡，为试验件各个工况测试前提供一个稳定的环境。

本步骤中，逐调节试验件的进口压力及进口温度的一种方法为：逐步增大加温加压系统的进气流量，且逐步减少大气进气管路2的进气流量，直至试验件达到预设进口温度和预设进口压力。

S3、根据某一测试工况，调节试验件状态达到该工况要求的进口压力、进口温度，同时调节轴承所受的轴向力，采集试验件运行状态参数。

在一个改进实施例中，试验件的试验状态除了进口温度、进口压力外，还包括压气机转速、压气机静叶角度、出口总压、放气流量等，因此在进行进口温度和进口压力调节时，还对压气机转速、压气机静叶角度、出口总压、放气流量等进行调节，以使试验件运行在状态点（即测试工况）附近，调节过程中应使试验件运行在试验件运行包线范围内，防止发生喘振和堵塞。

本步骤中，轴向力的一种调节方法为：采用轴向力平衡装置向试验件转子输出反向轴向力，调节轴承所受轴向力小于轴承许用值。

S4、重复步骤S3，直至所有测试工况的试验件运行状态参数均采集完成。

S5、逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至试验件进口达到常压常温状态后停机。

本步骤中，逐渐调节试验件的压力及温度，直至达到常压常温状态的方法为：逐步增大大气进气管路2的进气流量，且逐步减少加温加压系统的进气流量，直至试验件达到常温常压状态。

以下通过具体的实例对上述压气机的加温加压试验方法进行说明，本实例中，采用加温加压试验器进行压气机多个工况的运行状态参数采集，其中，如图2所示，加温加压试验器包括加温加压进气系统1、大气进气管路2、稳压箱3、流量测量装置4、排气系统10、放气系统9、增速器7、动力电机8、测扭器6、电气监视控制系统15、测试数采系统16、变频系统11、冷却水系统12、润滑液压系统13、辅助空气系统14等组成。其中加温加压进气系统1分别连接高温气源和常温气源，两个气源供给的高温空气和常温空气在本系统内掺混后形成加温加压空气；动力电机8由电机、增速箱、变频器等组成；测扭器6上集成了轴向力平衡装置。

某压气机试验件5在加温加压试验器上开展进气加温加压的试验中，要求录取工况1、工况2、工况3、……、工况n的特性参数，参见图3所示，试验过程实施如下：

第一步，根据n个工况的进口压力、进口温度（或进口压力、进口温度、转速），设计预设进口温度、预设进口压力（或预设进口温度、预设进口压力、预设转速）。

第二步，设备启动及准备；按顺序依次启动电气监视控制系统15、测试数采系统16、冷却水系统12、润滑液压系统13、辅助空气系统14、放气系统9、排气系统10、大气进气管路2、动力电机8和加温加压进气系统1，完成水、电、油、气等的准备。

第三步，试验状态调节，逐步增大加温加压进气系统1的进气流量，减少大气进气管路2的进气流量，使试验件进口总压保持在预设进口压力和预设进口温度，同时控制试验件转速沿共同工作线上升至预设转速，保持现状稳定运行至热平衡；

第四步，试验状态调节，依次完成进口温度、转速、静叶角度、进口压力、出口总压、放气流量调节等，使试验件运行在测试工况附近，调节过程中应使试验件运行在试验件运行包线范围内，防止发生喘振和堵塞；

同时，进行轴向力调节：在试验状态调节全过程中，电气监视控制系统15自动调节轴向力平衡装置，使试验件轴承所受轴向力保持在许用范围内，进行该工况下试验件运行状态的数据采集；

调节试验状态并采集数据，直至完成n个工况的试验件运行状态参数采集。

第五步，退出试验器：调节加温加压进气系统1、排气系统10的阀门开度，使试验件进口总压降至预设压力；打开大气进气管路2，关闭加温加压进气系统1的进气阀，同时调节试验件转速沿共同工作线下降至预设转速；通知气源站供气退出；设备退出：按顺序依次退出加温加压进气系统、动力电机8、大气进气管路2、排气系统10、放气系统9、润滑液压系统13、辅助空气系统14、冷却水系统12、测试数采系统16、电气监视控制系统15。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

此外，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种压气机的加温加压试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据试验工况，设定加温加压试验的预设进口温度和预设进口压力；

S2、逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至试验件进口达到预设进口温度和预设进口压力；

S3、根据某一测试工况，调节试验件状态达到该工况要求的进口压力、进口温度，同时调节轴承所受的轴向力，采集试验件运行状态参数；

S4、重复步骤S3，直至所有测试工况的试验件运行状态参数均采集完成；

S5、逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至试验件进口达到常压常温状态后停机。

2.根据权利要求1所述的压气机的加温加压试验方法，其特征在于：预设进口温度小于各工况的试验进口温度，预设进口压力小于各工况的试验进口压力。

3.根据权利要求1所述的压气机的加温加压试验方法，其特征在于：步骤S2中，逐渐调节试验件的进口压力及进口温度的方法为：逐步增大加温加压系统的进气流量，且逐步减少大气进气管路的进气流量，直至试验件达到预设进口温度和预设进口压力。

4.根据权利要求1所述的压气机的加温加压试验方法，其特征在于：步骤S3中，试验件状态调节还包括调节压气机转速、压气机静叶角度、出口总压、放气流量。

5.根据权利要求1所述的压气机的加温加压试验方法，其特征在于：步骤S3中，轴向力调节方法为：采用轴向力平衡装置向试验件转子输出反向轴向力，调节轴承所受轴向力小于轴承许用值。

6.根据权利要求1所述的压气机的加温加压试验方法，其特征在于：步骤S5中，逐渐调节试验件的进口压力及进口温度，直至达到常压常温状态的方法为：逐步增大大气进气管路的进气流量，且逐步减少加温加压系统的进气流量，直至试验件进口达到常温常压状态。

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