CN116659769A - 一种用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，包括依次进行的静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析、出口根部流场变化分析和封严腔泄漏流量测量六部分内容；每个检测步骤都预设有阀域，如果测试结果不符合阀域则判断为故障并输出结果；所述静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析均用于判断是否存在泄流，所述出口根部流场变化分析和封严腔泄漏流量测量判断泄流位置与流量。相比现有技术，本方法能够提高压气机气动性能试验测试的真实性和效率。
Description
技术领域
本发明公开一种用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，涉及轴流压气机泄漏检测技术领域。
背景技术
压气机是航空发动机的核心部件，其效率对总体性能和功能指标有重要影响。压气机试验通过获取真实的物理参数，评估设计指标，为验证设计结果和确认改进方向提供依据。扭矩法可以通过测量压气机传动轴机械扭矩变化，评估压气机效率。但是，扭矩法测量时需要考虑多种环境影响因素，如鼓风损失、机械损失、标定等。因此，绝热效率高精度试验测量面临着多种限制。
目前，国内进行压气机性能参数试验测试时，依据相关行业标准执行。然而，现行标准对于压气机性能试验过程中的影响因素检测与控制未做出明确的规定，操作性不强。特别是针对高空长航时航空发动机，由于处于负压力低密度工作环境，容易因密封结构失效而诱发气流泄漏，若不考虑泄漏流的影响，将会导致试验测量结果严重失真。
具体而言，国内开展压气机性能参数试验测试存在以下问题：1.行业标准对于压气机性能试验过程中的影响因素检测与控制缺乏明确严格的规定；2.缺乏轴承封严腔泄漏流对压气机效率参数测量影响的研究基础；3.高空长航时航空发动机的气流泄漏问题未得到充分考虑。可见现有技术中缺乏一套系统、全面的测试方法，导致压气机性能试验中影响因素的检测、控制和评估不足，可能导致试验结果失真。
本发明内容
本发明目的在于，提供一种用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，提供一种系统、全面的轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测方法。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，发明是通过以下技术方案实现：
一种用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，包括：依次进行的静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析、出口根部流场变化分析和封严腔泄漏流量测量六部分内容；
每个检测步骤都预设有阀域，如果测试结果不符合阀域则判断为故障并输出结果；
所述静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析均用于判断是否存在泄流，所述出口根部流场变化分析和封严腔泄漏流量测量判断泄流位置与流量。
进一步的，所述静态密封性检测具体为使用堵板对进口和出口流道进行密封，并通过外部供气装置加压，供气加压至约200kPa确保压力下降速率小于300Pa/min。
进一步的，所述压气机封严腔进/出口压差分析具体为测量封严腔压力和转子/轮毂间隙出口压力，并对比两者，判断是否存在泄漏流；
前述偏差包括大于10kPa/20kPa，说明压气机内部存在封严腔泄漏流。
进一步的，所述进/出口流量变化分析具体为通过调节试验设备的进气节流装置或辅助供气系统，测量进口和出口质量流量的偏差变化，以确认泄漏流的存在；
具体而言，控制节流比变化范围在0.5～1.0，高压气机封严腔供气压力范围在0～50kPa。
进一步的，所述效率特性变化分析具体为测量扭矩效率和温升效率随进气节流比或封严腔供气压力的变化，判断泄漏流对性能的影响，控制节流比变化范围在0.5～1.0，高压气机封严腔供气压力范围在0～50kPa，如果扭矩效率衰减程度明显大于温升效率，则表明存在封严腔泄漏流。
进一步的，所述出口根部流场变化分析具体为测量出口压力径向分布随进气节流比或封严腔供气压力的变化，以确定泄漏流位置
控制节流比变化范围在0.5～1.0，高压气机封严腔供气压力范围在0～50kPa，观察压气机出口压力参数沿径向分布，如果近轮毂位置的压力衰减程度明显大于其余径向位置，则表明存在封严腔泄漏流；
测量出口压力径向分布时，发现在近轮毂位置的压力衰减程度明显大于其余径向位置，那么可以初步判定在近轮毂位置存在封严腔泄漏流。
进一步的，结合静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析结果，综合判断泄漏流的位置
有益效果：
本发明提出了一种适用于轴流压气机的封严腔泄漏流在线识别与有效检测的试验方法，能够在试验过程中准确识别封严腔泄漏作用并测量流道内部封严腔泄漏流量，为评估封严腔泄漏流对压气机性能参数的影响提供技术支持，无需改造现有压气机设备系统组成和控制程序，适用于地面敞开吸气式压气机试验设备上的气动性能试验。相比现有技术，本方法能够提高压气机气动性能试验测试的真实性和效率，具有广泛的应用前景。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法的实现逻辑图；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本实施例所述的一种适用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的试验方法，通过静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析、出口根部流场变化分析和封严腔泄漏流量测量，进而实现压气机封严腔泄漏特性的识别和检测。
实际上每个检测步骤都预设有阀域，如果测试结果不符合阀域则判断为故障并输出结果。
所述静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析均用于判断是否存在泄流，如果判断为泄流则直接进行出口根部流场变化分析和封严腔泄漏流量测量判断泄流位置与流量。
结合图1进行理解，本实施例的步骤具体包括：
步骤1、在压气机上台安装前，采用堵板对压气机流道进口和出口进行密闭封堵，通过外部供气装置对压气机流道进行供气加压至约200kPa,观测压气机流道内部压力随时间变化情况，确保压力下降速率小于300Pa/min。
步骤2、将压气机稳定运行在某个工作转速，分别测量封严腔压力(如果没有布置压力测点，可以采用封严腔供气压力代替)和压气机转子/轮毂间隙出口压力(如果无法布置压力测点，可以采用压气机流道进口压力代替)；对比封严腔压力和压气机转子/轮毂间隙出口压力，如果封严腔压力与转子/轮毂间隙出口压力偏差大于10kPa，或者封严腔供气压力与转子/轮毂间隙出口压力偏差大于20kPa，则认为压气机内部存在封严腔泄漏流，后续试验中需要考虑封严腔泄漏流对压气机性能试验结果的影响；反之，则不用考虑封严腔泄漏流影响。
步骤3、将压气机稳定运行在某个工作转速，通过调节试验设备进气节流装置减小压气机进气节流比(节流比变化范围控制在0.5～1.0)，或者通过调节试验设备辅助供气系统提高压气机封严腔供气压力(压力变化范围控制在0～50kPa)，测量压气机出口质量流量与进口质量流量的偏差变化，如果出口质量流量与进口质量流量的偏差值随着进气节流比减小而增大，或者随着封严腔供气压力增大而增大，则认为压气机内部存在封严腔泄漏流，后续试验中需要考虑封严腔泄漏流对压气机性能试验结果的影响；如果出口质量流量与进口质量流量的偏差值不随进气节流比或封严腔供气压力变化而变化，则不用考虑封严腔泄漏流影响。
步骤4、将压气机稳定运行在某个工作转速，通过调节试验设备进气节流装置减小压气机进气节流比(节流比变化范围控制在0.5～1.0)，或者通过调节试验设备辅助供气系统提高压气机封严腔供气压力(压力变化范围控制在0～50kPa)，分别测量压气机扭矩效率和温升效率随进气节流比或封严腔供气压力的变化，如果扭矩效率的衰减程度明显大于温升效率，则认为压气机内部存在封严腔泄漏流，后续试验中需要考虑封严腔泄漏流对压气机性能试验结果的影响。
步骤5、将压气机稳定运行在某个工作转速，通过调节试验设备进气节流装置减小压气机进气节流比(节流比变化范围控制在0.5～1.0)，或者通过调节试验设备辅助供气系统提高压气机封严腔供气压力(压力变化范围控制在0～50kPa)，测量压气机出口压力径向分布随进气节流比或封严腔供气压力的变化，如果压气机出口近轮毂位置的压力衰减程度明显大于其余径向位置，则认为压气机内部存在封严腔泄漏流，后续试验中需要考虑封严腔泄漏流对压气机性能试验结果的影响。
步骤6、将压气机稳定运行在某个工作转速，采用超声波泄漏检测仪重点针对压气机出口机匣安装边和探针安装位置进行在线检测，确保相应检测位置无气流泄漏。通过压气机封严腔外部供气管路上安装的高精度质量流量计(测量误差不大于1.0％)测量空气流量，此时封严腔外部供气管路上测量的空气流量即为封严腔泄漏流量。
结合步骤6采用了超声波泄漏检测仪在线检测压气机出口机匣安装边和探针安装位置，并通过质量流量计测量空气流量，实现了对封严腔泄漏流量的在线检测，避免了停机检测和拆卸设备的不便，提高了检测的实时性和便捷性。实际上对应其他各项测试结果获得的结果在实际飞机运行过程中也应当能够起到辅助作用。
结合步骤1-6可见本发明的检测方法相比现有技术对轴流气压机进行的测试方法具有以下优点：
1、综合利用多种方法：客户的技术方案综合利用了多种方法进行封严腔泄漏流的识别与检测，包括堵板密封、压力测量、质量流量测量和超声波泄漏检测仪等，从不同的角度对封严腔泄漏流进行评估，提高了泄漏流识别的准确性和可靠性。
2、考虑多种环境因素：客户的技术方案考虑了多种环境因素，如压力下降速率、进气节流比、封严腔供气压力等，通过对这些因素的测量和分析，能够更加准确地判断封严腔泄漏流的存在与程度，提供了更全面的评估指标。
3、在线检测方法：客户的技术方案采用了超声波泄漏检测仪在线检测压气机出口机匣安装边和探针安装位置，并通过质量流量计测量空气流量，实现了对封严腔泄漏流量的在线检测，避免了停机检测和拆卸设备的不便，提高了检测的实时性和便捷性。
4、综合评估指标：客户的技术方案通过测量压气机扭矩效率、温升效率、出口压力径向分布等多个参数的变化，综合评估了封严腔泄漏流的存在与程度，从不同的角度对压气机性能进行评估，为验证设计结果和确认改进方向提供了更全面的依据。
5、高灵敏度与高精度：客户的技术方案通过测量压力、质量流量等参数的变化，采用了高灵敏度的测量设备，并通过对比不同位置的参数值，实现了对小流量泄漏流的高精度检测，提高了泄漏流检测的灵敏性和准确性。
总的来说，本发明的检测方法是一种系统、全面的轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测方法。
在一具体实施例中，将压气机稳定运行在95％设计转速，应用本实施例发明的方法进行测试，1)压气机上台安装前，采用堵板对压气机流道进/出口、封严腔供气孔、卸荷腔排气孔、探针安装孔、壁面静压孔等进行封堵，在压气机原有进口或出口测量机匣上安装1支总压探针并转接数据采集系统，采用空压机设备对压气机进行供气加压至约200kPa,观测压气机流道内部压力随时间下降情况，确保压力下降速率小于300Pa/min。
2)在自然节流条件下(节流比约为0.94)测量封严腔内压力和压气机流道进口压力，此时封严腔压力与压气机流道进口压力偏差约为12.5kPa，初步认为该工作状态存在封严腔空气通过篦齿间隙向流道内发生泄漏的可能。由于其泄漏情况不明确，继续进行测试。
3)通过调节试验设备进气节流阀门，将压气机进气节流比逐步减小至0.51，分别测量压气机进口质量流量和出口质量流量随进气节流比的变化，测量结果发现出口质量流量与进口质量流量的偏差值随着进气节流比的减小而不断增大(当节流比为0.51时，出口质量流量比进口质量流量约偏大3.2％)，判定封严腔泄漏流是引起出口质量流量与进口质量流量偏差的原因。
4)通过调节试验设备进气节流阀门，将压气机进气节流比逐步减小至0.51，分别测量压气机扭矩效率和温升效率随进气节流比的变化，测量结果发现扭矩效率的衰减程度要明显大于温升效率，判定封严腔泄漏流是引起上述现象的原因，压气机内部存在封严腔泄漏流。
5)通过调节试验设备进气节流阀门，将压气机进气节流比逐步减小至0.51，测量压气机出口压力径向分布随进气节流比的变化，测量结果发现压气机出口近轮毂位置的压力衰减程度明显大于其余径向位置，可进一步佐证压气机内部存在封严腔泄漏流，后续试验中需要考虑封严腔泄漏流对压气机性能试验结果的影响。
6)通过压气机封严腔外部供气管路上安装的高精度质量流量计(测量误差不大于1.0％)测量空气流量，此时封严腔外部供气管路上测量的空气流量即为封严腔泄漏流量。为了保证封严腔泄漏流量测量结果的准确性，试验中可采用超声波泄漏检测仪重点针对压气机出口机匣安装边和探针安装位置进行在线检测，相应检测位置应无气流泄漏。
以上仅是该申请的实施例部分，并非对该申请做任何形式上的限制。对以上实施例所做的任何简单的修改、等同变化及修饰，仍属于该申请技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，其特征在于，包括：依次进行的静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析、出口根部流场变化分析和封严腔泄漏流量测量六部分内容；
每个检测步骤都预设有阀域，如果测试结果不符合阀域则判断为故障并输出结果；
所述静态密封性检测、压气机封严腔进/出口压差分析、进/出口流量变化分析、效率特性变化分析均用于判断是否存在泄流，所述出口根部流场变化分析和封严腔泄漏流量测量判断泄流位置与流量。
2.根据权利要求1所述的用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，其特征在于，所述静态密封性检测具体为使用堵板对进口和出口流道进行密封，并通过外部供气装置加压，供气加压至约200kPa确保压力下降速率小于300Pa/min。
3.根据权利要求2所述的用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，其特征在于，所述压气机封严腔进/出口压差分析具体为测量封严腔压力和转子/轮毂间隙出口压力，并对比两者，判断是否存在泄漏流；
前述偏差包括大于10kPa/20kPa，说明压气机内部存在封严腔泄漏流。
4.根据权利要求3所述的用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，其特征在于，所述进/出口流量变化分析具体为通过调节试验设备的进气节流装置或辅助供气系统，测量进口和出口质量流量的偏差变化，以确认泄漏流的存在；
具体而言，控制节流比变化范围在0.5～1.0，高压气机封严腔供气压力范围在0～50kPa。
5.根据权利要求4所述的用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，其特征在于，所述效率特性变化分析具体为测量扭矩效率和温升效率随进气节流比或封严腔供气压力的变化，判断泄漏流对性能的影响，控制节流比变化范围在0.5～1.0，高压气机封严腔供气压力范围在0～50kPa，如果扭矩效率衰减程度明显大于温升效率，则表明存在封严腔泄漏流。
6.根据权利要求5所述的用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，其特征在于，所述出口根部流场变化分析具体为测量出口压力径向分布随进气节流比或封严腔供气压力的变化，以确定泄漏流位置；
控制节流比变化范围在0.5～1.0，高压气机封严腔供气压力范围在0～50kPa，观察压气机出口压力参数沿径向分布，如果近轮毂位置的压力衰减程度明显大于其余径向位置，则表明存在封严腔泄漏流；
测量出口压力径向分布时，发现在近轮毂位置的压力衰减程度明显大于其余径向位置，那么可以初步判定在近轮毂位置存在封严腔泄漏流。
7.根据权利要求6所述的用于轴流压气机封严腔泄漏流识别与检测的方法，其特征在于，使用超声波泄漏检测仪在线检测安装边和探针位置，并通过质量流量计测量外部供气管路上的空气流量，从而获取封严腔泄漏流量。
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