CN211668741U - 一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于流场测试技术领域，具体涉及一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置，由头部、支杆、压力感受孔、温度传感器、绝热绝缘密封件、引压通道、引压管、温度传感器线缆组成。装置头部为圆柱形，沿轴向在表面开有中间疏两端密的压力感受孔，压力感受孔与引压通道的连接采用微损光顺的结构设计，各压力感受孔相对的头部背面开有一段平面凹槽，温度传感器从平面槽的一侧伸出，位于相对的压力感受孔中心线上。本发明能够实现叶轮机械流道内叶片排进口、出口、级间流场多点稳态总温、总压的同时测量，具有测量气流不敏感角大，测量精度高，可靠性高及空间分辨率高的特点。

Description

一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置

技术领域

本发明属于流场总温、总压测试技术领域，具体涉及一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置， 适用于叶轮机械流道内叶片排进口、出口、级间流场中多点稳态总温、总压的同时精确测量。

背景技术

压气机、涡轮、泵、风机、风扇等叶轮机械装置在实验时通常需要同时测量流道内叶片排进口、出口、 级间多点的稳态总温、总压，而叶片排间沿叶高分布的主流方向变化很大，总温、总压变化也很大，因此 想要同时测量沿叶高方向的多点稳态总温、总压非常困难。现有的测量技术存在如下几个问题：

1、采用单点总压探针，借助安装在机匣上的位移机构进行不同位置的总压测量，还需要采用单点总 温探针，同样借助安装在机匣上的位移机构前往流线同一位置进行总温测量。当单独使用单点总压探针和 单点总温探针时，一方面测量时间长，试验成本高，更重要的是来流工况可能会发生一定的变化，另一方 面不同探针的测点位置受位移机构定位的影响会导致两次测量的位置不同，两次探针所测的流场参数不是 同一条流线上的，导致极大的误差。

2、现有的多点稳态压力测量装置主要有总压梳，一般是由朝向相同的总压管组成，对于来流方向变 化很大的流场测量误差大，且不能同时实现总温的测量。

3、现有的稳态压力测量装置，其压力感受孔没有做到光滑过渡，当来流角度较大时产生流动分离， 造成一定的总压损失，导致测量结果不准确。

4、现有的稳态温度压力组合探针为单点测量，无法实现多点同时测量；而且温度传感器和压力感受 孔均布置在探针迎风面正对来流，但这样需要占据探针表面比较大的空间，导致流场测量的空间分辨率较 差，而且温度、压力测点不在同一条流线上，会导致较大的测量误差。此外，温度传感器直接被流体冲刷， 极易损坏；容易受到流场内油污、灰尘的影响；气流不敏感角较小，当待测来流的俯仰角或偏转角较大时， 气流无法实现充分滞止；同时温度传感器表面热交换不充分，总温测量误差较大。

由于存在上述问题，导致现有的测量技术无法实现叶轮机械流道内叶片排进口、出口、级间流场多点 稳态总温、总压的测量，而研究人员希望能同时获得这些参数用于验证设计和诊断，以便设计改进。因此， 急需一种多点稳态总温、总压测量装置，实现流道内叶片排进口、出口、级间多点稳态总温、总压的同时 精确测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：单点测量耗时较长、实验成本高，无法保证稳态总温、总压测点在一条 流线上；现有的多点测量装置仅能实现稳态总压的测量，不能同时测量多点稳态总温；现有的压力测量装 置压力感受孔结构不合理，气流不敏感角小，总压测量损失大；现有的稳态温度压力组合探针尺寸较大， 空间分辨率低，不能测量同一条流线上的稳态总温、总压，引起测量误差；温度传感器正对主流，易损坏， 容易受到流场内油污、灰尘的影响，气流不敏感角较小，当待测来流的俯仰角或偏转角较大时，气流无法 实现充分滞止，同时温度传感器表面热交换不充分，总温测量误差较大。

本发明对温度传感器和压力感受孔的位置、尺寸进行合理设计，可以实现多点稳态总温、总压的同时 测量；总压孔采用微损光顺的结构设计，在较宽的来流角度范围内减小总压损失，提高测量精度；摒弃传 统的总温装置设计理念，没有按照温度传感器正对主流、采用滞止罩使气流滞止以实现总温测量的方法进 行设计，而是基于申请人多年的研究，创造性地提出了温度传感器背对主流、置于装置头部背风面的布局 和结构设计，并且温度传感器正对压力感受孔，能够保证同一流线的稳态总温、总压测量；有效减小了气 流对温度传感器的冲刷及气流中夹杂的油滴、灰尘等对温度传感器的影响，提高了温度传感器的使用寿命； 有效减小了头部尺寸，提高了空间分辨率；加强了气流与温度传感器的对流换热，在较大的偏转角范围内 温度恢复系数高且稳定。

本发明的技术解决方案是：

1、一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置，由头部(1)、支杆(2)、压力感受孔(3)、温 度传感器(4)、绝热绝缘密封件(5)、引压通道(6)、引压管(7)、温度传感器线缆(8)组成，其特征 在于：头部(1)圆柱表面开有多个轴向位置不同的压力感受孔(3)，其方向分别朝向预计来流方向，且 与头部(1)中的引压通道(6)相连,引压通道(6)与引压管(7)封装在头部(1)的一端各自连通，另 一端经支杆(2)从尾端引出；与每个压力感受孔(3)相对的圆柱背面开有一段平面凹槽，温度传感器(4) 从平面槽的一侧伸出，位于相对应的压力感受孔(3)中心线上，背对来流，温度传感器线缆(8)从支杆 (2)尾端伸出；绝热绝缘密封件(5)用于固定温度传感器(4)，并起到隔热绝缘密封的作用。

2、进一步，头部(1)直径为2毫米至8毫米，压力感受孔(3)的外径为头部(1)直径的1/5至1/2， 引压通道(6)直径为0.2毫米至1毫米，不大于压力感受孔(3)外径。

3、进一步，压力感受孔(3)沿头部(1)轴向为中间疏两端密的分布，最靠近头部(1)两端的压力 感受孔(3)中心线距离两端面均为压力感受孔(3)外径的一半，靠近端部第一个压力感受孔(3)和第 二个压力感受孔(3)中心线之间的轴向距离为1～4mm，其余相邻两孔中心线之间的轴向距离为2～6mm； 各孔的中心线方向不尽相同。

4、进一步，压力感受孔(3)与引压通道(6)的连接采用球窝加圆角过渡的设计方案，减小总压损 失，球窝直径为压力感受孔(3)外径，过渡圆角直径为球窝直径的1/2，中心线与头部(1)中心线正交。

5、进一步，平面凹槽的深度为头部(1)直径的1/5至1/2，且三个面离温度传感器(4)的距离不小 于0.5毫米，温度传感器(4)位于压力感受孔(3)的中心线上，可选用热电偶或者热电阻。

6进一步，经过风洞校准实验，确定不同马赫数、不同偏转角的总温和总压的标定曲线，对实际测量 获得的温度、压力信号进行数据处理，实现叶轮机械流道内叶片排进口、出口、级间多点稳态总温、总 压的同时精确测量，增加了温度传感器寿命和气流不敏感角范围，提高了测量空间分辨率和测量精度。

本发明的有益效果是：

1、与现有的稳态总温、总压装置相比，本发明能够准确、同时测量叶片排间沿叶高分布的多点稳态 总温、总压分布，实现不同来流方向更大来流角度范围的测量，兼顾流道端壁附面层内稳态总温、总压的 测量。

2、与现有的温度压力组合探针相比，本发明将总温测量与总压测量背向布置，并且温度感受器正对 压力感受中孔，能够保证同一流线的多参数测量；减小装置尺寸，提高空间分辨率，适用于小间隙内总温 与总压同时测量。

3、与现有的总压装置相比，本发明的总压孔采用微损光顺的结构设计，在宽来流角度范围内无流动 分离，减小总压损失，提高测量精度。

4、测温端背对来流，有效减小了气流对温度传感器的冲刷及气流中夹杂的油滴、灰尘等对温度传感 器的影响，提高了温度传感器的使用寿命；有效减小了头部尺寸，提高了空间分辨率；加强了气流与温度 传感器的对流换热，在较大的偏转角范围内温度恢复系数高且稳定。

附图说明

图1是本发明实施案例一结构示意图。

图2是图1的右视图。

图3是本发明实施案例一的A-A剖面图。

其中：1-装置头部，2-装置支杆，3-压力感受孔，4-温度传感器，5-绝热密封件，6-引压通道，7-引压 管，8-温度传感器线缆。

图4是实施案例一用于测量压气机级间流场的示意图。

图5是实施案例一附面层测量示意图。

其中：1-机匣壁面，2-静子，3-转子，4-静子，5-轮毂壁面，6-本发明装置，7-附面层速度型。

图6是本发明实施案例二结构示意图。

其中：1-装置头部，2-装置支杆，3-压力感受孔，4-温度传感器，5-绝热密封件，6-引压通道，7-引压 管，8-温度传感器线缆。

图7是实施案例二用于测量涡轮级间流场的示意图。

其中：1-机匣壁面，2-静子，3-转子，4-静子，5-轮毂壁面，6-本发明装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术 人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一：

对于压气机级间沿同叶高稳态总温、总压分布的测量，其测量空间狭窄、附面层较薄、主流沿叶高方 向变化较大，但是速度相对较低。为了保证空间分辨率，应选择较小的装置头部横向尺寸及测压孔直径， 温度感传感器可采用尺寸更小的裸丝热电偶，以保证精细化测量，提高测量精度，因此可采用下述实施方 式：

如图1～3所示，是本发明创造的一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置示意图。图4是本发 明装置用于测量压气机级间流场的示意图。图5是压气机附面层测量示意图。本实施例子介绍了一种总温 总压测点背向布置的多点稳态测量装置，由头部(1)、支杆(2)、压力感受孔(3)、热电偶(4)、绝热绝 缘密封件(5)、引压通道(6)、引压管(7)、温度传感器线缆(8)组成，其特征在于：头部(1)的圆柱 表面开有5个轴向位置不同的压力感受孔(3)，其方向分别朝向预计来流方向，且与头部(1)中的引压 通道(6)相连,引压通道(6)与引压管(7)封装在头部(1)的一端各自连通，另一端经支杆(2)从尾 端引出；与每个压力感受孔(3)相对的圆柱背面开有一段平面凹槽，热电偶(4)从平面槽的一侧伸出， 位于相对应的压力感受孔(3)中心线上，背对来流，温度传感器线缆(8)从支杆(2)尾端伸出；绝热 绝缘密封件(5)用于固定热电偶(4)，并起到隔热绝缘密封的作用。

头部(1)直径为2毫米，压力感受孔(3)的外径为1毫米，引压通道(6)直径为0.2毫米。

压力感受孔(3)沿头部(1)轴向为中间疏两端密的分布，最靠近头部(1)两端的压力感受孔(3) 中心线距离两端面均为1毫米，靠近端部第一个压力感受孔(3)和第二个压力感受孔(3)中心线之间的 轴向距离为1毫米，其余相邻两孔中心线之间的轴向距离为2mm；各孔的中心线方向不尽相同。

压力感受孔(3)与引压通道(6)的连接采用半径0.5毫米球窝加半径0.2毫米圆角过渡的方式，减 小损失，压力感受孔(3)中心线与装置头部(1)中心线正交。

平面凹槽的深度为0.5毫米，且三个面离热电偶(4)的距离均为0.2毫米，热电偶(4)位于压力感 受孔(3)的中心线上。

本发明一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置可实现压气机级间多点稳态总温、总压的同时 精确测量。具体使用方法如下：

第一步：在已知来流马赫数和温度的校准风洞中，使来流流过装置头部。

第二步：测量不同工况下装置迎风侧表面压力感受孔的压力和背风侧温度传感器的温度。

第三步：根据校准获得的数据通过数据处理确定不同马赫数下、不同偏转角的总温和总压的标定曲线。

第四步：使用时将本发明装置插入被测流场，对实际测量获得的压力、温度信号进行数据处理，实现 叶轮机械流道内叶片排进口、出口、级间多点稳态总温、总压的同时精确测量。

实施例二：

对于涡轮级间沿同叶高稳态总温、总压分布的测量，主流速度相对较高。为了保证测量装置的强度， 应选择较大的装置头部横向尺寸及测压孔直径，温度感传感器可采用铠装热电阻，以保证精细化测量，提 高强度，因此可采用下述实施方式：

图6是本发明实施案例二结构示意图。图7是本发明装置用于测量涡轮级间流场的示意图。本实施例 子介绍了一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置，由头部(1)、支杆(2)、压力感受孔(3)、铠 装热电阻(4)、绝热绝缘密封件(5)、引压通道(6)、引压管(7)、温度传感器线缆(8)组成，其特征 在于：头部(1)的圆柱表面开有7个轴向位置不同的压力感受孔(3)，其方向分别朝向预计来流方向， 且与头部(1)中的引压通道(6)相连,引压通道(6)与引压管(7)封装在头部(1)的一端各自连通， 另一端经支杆(2)从尾端引出；与每个压力感受孔(3)相对的圆柱背面开有一段平面凹槽，铠装热电阻 (4)从平面槽的一侧伸出，位于相对应的压力感受孔(3)中心线上，背对来流，温度传感器线缆(8) 从支杆(2)尾端伸出；绝热绝缘密封件(5)用于固定铠装热电阻(4)，并起到隔热绝缘密封的作用。

头部(1)直径为4毫米，压力感受孔(3)的外径为头部(1)直径的1/2，引压通道(6)直径为1 毫米。

压力感受孔(3)沿头部(1)轴向为中间疏两端密的分布，最靠近头部(1)两端的压力感受孔(3) 中心线距离两端面均为压力感受孔(3)外径的一半，靠近端部第一个压力感受孔(3)和第二个压力感受 孔(3)中心线之间的轴向距离为2mm，其余相邻两孔中心线之间的轴向距离为4mm；各孔的中心线方向 不尽相同。

压力感受孔(3)与引压通道(6)的连接采用半径1毫米球窝加半径0.5毫米圆角过渡的方式，减小 损失，压力感受孔(3)中心线与装置头部(1)中心线正交。

平面凹槽的深度为1毫米，且三个面离铠装热电阻(4)的距离均为0.5毫米，铠装热电阻(4)位于 压力感受孔(3)的中心线上。

经过风洞校准实验，获得标定数据，进行数据处理得到稳态总温、总压和马赫数以及来流方向的关系， 能够实现涡轮级间多点稳态总温、总压的同时精确测量。

虽然描述了优选实施例，但是可对实施例进行各种改动或者替换，而不偏离本发明的精神和范围。因 此，可以理解本发明是以示例性方式而不是限制性方式进行描述。

Claims (1)

1.一种总温总压测点背向布置的多点稳态测量装置，由头部(1)、支杆(2)、压力感受孔(3)、温度传感器(4)、绝热绝缘密封件(5)、引压通道(6)、引压管(7)、温度传感器线缆(8)组成，其特征在于：头部(1)圆柱表面开有多个轴向位置不同的压力感受孔(3)，其方向分别朝向预计来流方向，且与头部(1)中的引压通道(6)相连,引压通道(6)与引压管(7)封装在头部(1)的一端各自连通，另一端经支杆(2)从尾端引出；与每个压力感受孔(3)相对的圆柱背面开有一段平面凹槽，温度传感器(4)从平面槽的一侧伸出，位于相对应的压力感受孔(3)中心线上，背对来流，温度传感器线缆(8)从支杆(2)尾端伸出；绝热绝缘密封件(5)用于固定温度传感器(4)，并起到隔热绝缘密封的作用；

头部(1)直径为1毫米至8毫米，压力感受孔(3)的外径为头部(1)直径的1/8至1/2，引压通道(6)直径为0.2毫米至1毫米，不大于压力感受孔(3)的外径；

压力感受孔(3)沿头部(1)轴向为中间疏两端密的分布，最靠近头部(1)两端的压力感受孔(3)中心线距离两端面均为压力感受孔(3)外径的一半，靠近端部第一个压力感受孔(3)和第二个压力感受孔(3)中心线之间的轴向距离为1～4mm，其余相邻两孔中心线之间的轴向距离为2～6mm，各孔的中心线方向不尽相同；

压力感受孔(3)与引压通道(6)的连接采用球窝加圆角过渡的设计方案，减小总压损失，球窝直径为压力感受孔(3)外径，过渡圆角直径为球窝直径的1/2，中心线与头部(1)中心线正交；

平面凹槽的深度为头部(1)直径的1/5至1/2，且三个面离温度传感器(4)的距离不小于0.5毫米,温度传感器(4)位于压力感受孔(3)的中心线上，可选用热电偶或者热电阻；

经过风洞校准实验，确定不同马赫数、不同偏转角的总温和总压的标定曲线，对实际测量获得的温度、压力信号进行数据处理，实现叶轮机械流道内叶片排进口、出口、级间多点稳态总温、总压的同时精确测量，增加了温度传感器寿命和气流不敏感角范围，提高了测量空间分辨率和测量精度。

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