CN202326150U - 一种轴流压气机的综合特性试验系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种轴流压气机的综合特性试验系统，可以进行综合特性的研究分析。本试验系统包括：压气机试验装置、电机驱动系统和测量控制系统，压气机试验装置主要由压气机进气道、压气机和节气装置依次连接组成；电机驱动系统由变频控制器、驱动电机、联轴器和测扭仪组成，变频控制器调节驱动电机转速，驱动电机通过联轴器带动测扭仪，测扭仪通过联轴器带动压气机的转子旋转；测量控制系统由工业控制计算机、测试分析仪器和传感器组成。通过本试验系统，可以完成压气机特性曲线测量；压气机非稳定边界点和流动现象的测试分析；研究压气机喘振失速等不稳定情况；研究分析使用中出现的故障；研究特殊环境条件下，压气机特性的变化等等。

Description

一种轴流压气机的综合特性试验系统
技术领域
本实用新型涉及一种轴流压气机的综合特性试验系统，主要用于能源动力和国防军工领域中各种燃气涡轮机械系统中的轴流压气机综合特性试验、测量和研究分析。 
背景技术
轴流压气机是能源动力领域中航空燃气轮机、地面燃气轮机和车辆船舶燃气轮机系统中大量采用的关键压缩部件，主要作用是通过压气机叶轮旋转，对燃气轮机进口轴向吸入的空气进行压缩，为燃气轮机做功提供压缩空气。 
轴流压气机作为燃气轮机三大关键部件之一，其综合特性的研究一直是理论与实验研究关注的焦点问题。随着压气机负荷的变化，其压比、流量和效率等参数的变化情况；工况变化时，压气机出现喘振和失速等不稳定情况；特殊环境条件下，研究压气机参数的变化情况等，都是综合特性研究所关注的主要问题。由于轴流压气机结构和使用条件的复杂性，单纯的数值计算分析会有较大误差，必须通过试验系统进行试验验证。 
目前，国内工业部门和科研院所已有部分轴流压气机试验台，多数是与燃气轮机连接在一起的整机试验台，或是进行若干参数测试的试验台，存在功能单一、结构复杂、笨重等缺点，在综合特性测试分析方面能力不足。 
发明内容
本实用新型的目的是针对目前轴流压气机综合试验测试系统的不足，提供一种轴流压气机的综合特性试验系统，进行综合特性的研究分析。通过本试验系统，可以完成压气机特性曲线测量；压气机非稳定边界点和流动现象的测试分析；研究压气机喘振失速等不稳定情况；研究分析使用中出现的故障；研究特殊环境条件下，压气机特性的变化等等。 
本实用新型的技术方案是：一种轴流压气机的综合特性试验系统，包括：压气机试验装置、电机驱动系统和测量控制系统，其特征是：所述压气机试验装置主要由压气机进气道、压气机和节气装置依次连接组成；所述电机驱动系统由变频控制器、驱动电机、联轴器和测扭仪组成，变频控制器调节驱动电机转速，驱动电机通过联轴器带动测扭仪，测扭仪通过联轴器带动压气机的转子旋转；所述测量控制系统由工业控制计算机、数据采集和分析仪器和传感器组成。 
上述方案中，在所述压气机中选择进口、级间和出口三个位置作为测量截面，设置静压传感器、动压传感器、温度传感器或三孔探针，用以提高测量效率和准确性。 
上述方案中，所述测量控制系统采用计算机测控技术，传感器(包括：压力、温度、转 速传感器等)实时采集试验过程的各种参数，通过控制运算、D/A模块与D/O通道经变频控制器对压气机转速进行控制。确保系统高精度、高稳定性。实现了压气机-计算机-测试仪器-传感器-变频控制器的有机结合。 
上述方案中，所述驱动电机转速由变频控制器无级调节，调速范围300-4500rpm。 
本实用新型的有益效果是：本系统可以完成压气机特性曲线测量；压气机非稳定边界点和流动现象的测试分析；研究压气机喘振失速等不稳定情况；特殊环境条件下压气机特性的变化等等。可以满足能源动力和国防军工领域中，各种燃气涡轮机械系统中的轴流压气机综合特性试验、测量和研究分析的需要，也可为大专院校、研究单位和工业部门的教学科研和人员培训提供技术支持。 
附图说明
图1是轴流压气机的综合特性试验系统的示意图。 
图2是轴流压气机的综合特性试验系统中压气机试验装置的示意图。 
图3是测量控制系统的压气机进口截面测量点位置分布的示意图。 
图4是测量控制系统的压气机级间截面测量点位置分布的示意图。 
图5是测量控制系统的压气机出口截面测量点位置分布的示意图。 
其中，1-压气机进气道，2-进气网，3-压气机，4-压气机进口测量点，5-压气机进气导向器，6-转子，7-静子，8-压气机级间测量点，9-压气机出口测量点，10-节流装置，11-联轴器，12-测扭仪，13-驱动电机，14-计算机，15-数据采集和分析仪器，16-传感器，17-变频控制器，P1-P5表示压力测点，根据试验需要，分别安装静压或动压传感器；T1-T2代表温度测点，根据试验需要分别安装温度传感器或三孔探针。 
具体实施方式
参见图1和图2，轴流压气机的综合特性试验系统包括：压气机试验装置、电机驱动系统和测量控制系统三个部分。 
在压气机试验装置中，驱动电机13通过联轴器11带动测扭仪12，测扭仪12通过联轴器11带动轴流压气机3的转子6旋转。气流经进口集流器轴向吸入压气机进气道1，通过进气网2进入压气机3。集流器用来保证进气的均匀性并用来对进气流量进行测量。气流经试验级的压缩后进入压气机排气段，排气段中装有节流装置10，用来调节流量。在压气机3中的进口、级间和出口位置设置有测量点4、8、9，安装各种压力传感器、温度传感器或测速传感器，用以测量压气机的流动参数。 
电机驱动系统主要完成对驱动电机13的启动、停车、调速控制以及整个试验系统的供电等功能。本系统由变频控制器及附件、控制台控制面板及附件、试验台配电(箱)柜等部 分组成。驱动电机转速由变频控制器无级调节，调速范围300-4500rpm，转速的控制精度为2％。变频控制器可以选用三菱、松下或西门子公司产品，输出功率为30KW。 
测量控制系统采用工业控制计算机14、数据采集和分析仪器15、多种传感器16等多种测控设备，可以实现测试与控制的一体化。一是可以通过计算机和数据采集和分析仪器的D/A模块与D/O通道对变频控制器17进行控制，实现驱动电机13的启动、停车和调速；二是通过数据采集和分析仪器、计算机和传感器的集成，可以满足试验数据的测试、记录和分析，确保系统的高精度、高稳定性。满足了测试控制一体化的需求，提高了准确性，测控简捷方便。传感器16主要用于将所需测量点的物理参数转变为数据采集和分析仪器15所需要的电压(电流)信号，包括探针、压力传感器、温度传感器、转速传感器、安装座等。数据采集和分析仪器主要完成试验数据的记录、存储以及显示、打印、绘图、回放、生成试验报告等功能。 
在一个具体的压气机试验装置中，压气机采用单级轴流压气机，设计压比1.03-1.05，消耗功率＜30KW，设计效率0.80，设计流量2.4-4.5kg/s，驱动电机设计转速0-4500rpm连续可调，导流叶片数目28，转子叶片数目30，静子叶片数目44，转子叶片平均半径处安装角42°54’，静子叶片平均半径处安装角13°48’。 
压气机外径450mm，内径300mm，进气段轴向长度1500mm，试验段轴向长度600mm，排气段轴向长度1900mm。外机壳壁厚10mm，支板轴向长度20mm，整流支板轴向长度8mm，叶片轴向尺寸：40mm。 
测量控制系统的采样率：100k/s，分辨率12位，精度0.1％，在压气机级间和出口截面采用三孔压力探针2支，探针直径5mm，稳态压力传感器共5只，精度优于0.2％，动态压力传感器共8只，传感器频率响应不小于2KHz，精度优于2％；温度探针共2支，采用PT100热电阻式(B级，分辨率为0.2度)。 
测量控制系统的测量点位置分布的示意图如图3-图5所示分别表示压气机进口截面、压气机级间截面和压气机出口截面；P1-P5表示压力测点，根据试验需要，分别安装静压或动压传感器；T1-T2代表温度测点，根据试验需要分别安装温度传感器或三孔探针。 
在图3中，根据试验需要，沿着周向分别设置P1～P5一共5个测点，P1、P3、P4和P5分别位于周向的0°、90°、180°和270°位置，P2位于周向30°位置，P1和P2测点安装动压传感器；P3-P5测点安装静压传感器。 
在图4中，沿着周向分别设置P1～P4和T1、T2一共6个压力测点，P1、P2、P3和P4分别位于周向的330°、45°、135°和225°位置，P1～P3测点安装动压传感器；P4测点安装静压传感器；T1测点位于周向0°位置，设置三孔探针；T2测点位于周向30°位置，设 置温度传感器。 
在图5中，沿着周向分别设置P1～P4和T1、T2一共6个压力测点，P1、P2、P3和P4分别位于周向的330°、45°、90°和225°位置，P1～P3测点安装动压传感器；P4测点安装静压传感器；T1测点位于周向0°位置，设置三孔探针；T2测点位于周向30°位置，设置温度传感器。 

Claims (4)

1.一种轴流压气机的综合特性试验系统，包括：压气机试验装置、电机驱动系统和测量控制系统，其特征是：所述压气机试验装置主要由压气机进气道、压气机和节气装置依次连接组成；所述电机驱动系统由变频控制器、驱动电机、联轴器和测扭仪组成，变频控制器调节驱动电机转速，驱动电机通过联轴器带动测扭仪，测扭仪通过联轴器带动压气机的转子旋转；所述测量控制系统由工业控制计算机、数据采集和分析仪器和传感器组成。
2.根据权利要求1 所述的综合特性试验系统，其特征是：在所述压气机中选择进口、级间和出口三个位置作为测量截面，设置静压传感器、动压传感器、温度传感器或三孔探针。
3.根据权利要求1或2 所述的综合特性试验系统，其特征是：所述测量控制系统采用计算机测控技术，传感器实时采集试验过程的各种参数，通过控制运算、D/A模块与D/O通道经变频控制器对压气机转速进行控制。
4.根据权利要求3所述的综合特性试验系统，其特征是：所述驱动电机转速由变频控制器无级调节，调速范围300-4500rpm。
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