CN218822920U - 一种测量风扇进出口流场的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于流场压力测试技术领域。公开了一种测量风扇进出口流场的装置，其特征在于：包含四孔探针、四孔探针下孔、四孔探针中孔、四孔探针上孔、四孔探针右孔、三孔探针、三孔探针左孔、三孔探针中孔、三孔探针右孔；所述四孔探针头部在根部和尖区分别朝向预计的来流方向；所述四孔探针和三孔探针通过在探针梳支杆内开设的专用槽道进行固定；引压管封装于探针梳支杆和安装座内部，从安装座顶端引出。与现有探针梳相比，本发明通过对各探针头部精准设计，减少引压管个数，减小探针头部和探针梳支杆尺寸，提高了测试空间分辨率，简化了试验操作，降低了测试成本，同时减弱探针梳支杆对被测流场的干扰，增加探针梳对端壁二次流的测量范围。
Description
技术领域
本发明属于流场压力测试技术领域，涉及流场压力、速度等气动参数的测量装置，具体涉及一种测量风扇进出口流场的装置。
背景技术
目前在内流试验测试中，比如对压气机风扇的进出口三维流场参数，包括来流俯仰角、偏转角、总压、静压和马赫数等沿叶片高度方向的分布进行测量时，一般采用三孔、四孔或五孔压力探针梳。
压力探针梳，因其灵敏有效的特点而被使用。但是，多孔压力探针梳需要的引压管个数较多，尤其沿高度方向测点数目增多时，造成探针梳支杆的尺寸增大。而探针梳支杆会对被测流场产生一定的干扰，造成流动掺混损失、流动堵塞，严重时甚至影响试验件的正常运行。例如，当压力探针梳插入小尺寸压气机风扇进口进行测量时，支杆尾迹会造成相对严重的尾迹。产生堵塞效应，对被测流场产生干扰，影响下游流场参数的测量。此外，压力探针梳各探针头部安装角均对准主流方向，而风扇进口气流受机匣和轮毂型线的影响，气流的俯仰角较大，端壁处二次流强度较高，这种布置方法难以实现端壁处流场的精准测量。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：利用插入式多孔探针梳测量压气机风扇进出口流场参数时，引压管数目较多，探针梳尺寸较大，探针梳支杆的尾迹产生的堵塞效应，会对被测流场产生干扰，影响下游流场参数的测量，同时两侧端壁处气流俯仰角较大，流场测量精度不高。本发明是一种测量风扇进出口流场的装置，对沿风扇进口叶高方向各探针头部进行精准设计，中间叶高处气流俯仰角接近为零，采用三孔探针，探针头部对准主流方向；两侧端壁附近气流三维性较强，采用四孔探针，探针头部分别朝向预计的来流方向，既缩减引压管个数和测量装置的尺寸，又能实现对风扇进出口端壁流场的精准测量。
为了解决上述技术难题，本发明的设计方案为：
1.包含四孔探针(1)、四孔探针下孔(2)、四孔探针中孔(3)、四孔探针上孔(4)、四孔探针右孔(5)、三孔探针(6)、三孔探针左孔(7)、三孔探针中孔(8)、三孔探针右孔(9)；所述四孔探针(1)通过在探针梳支杆(10)内开设的四孔探针专用槽道(12)进行封装和固定；所述四孔探针(1)头部在根部和尖区分别朝向预计的来流方向；所述三孔探针(6)通过在探针梳支杆(10)内开设的三孔探针专用槽道(11)进行固定；所述探针梳支杆(10)与安装座(13)焊接；引压管(14)封装于探针梳支杆(10)和安装座(13)内部，从安装座(13)顶端引出。
2.进一步，四孔探针(1)和三孔探针(6)也可只保留的探针头部，探针头部与探针梳支杆(10)焊接，引压管(14)从探针梳支杆(10)的内部槽道中伸出。
3.进一步，四孔探针(1)的探针头部的安装角不尽相同，两侧端壁的探针头部的中心线方向可分别朝向预计来流方向，增加四孔探针测量端壁二次流的测量范围，实现对三维流场各气流参数的精确测量，减小测量误差。
4.进一步，四孔探针(1)和三孔探针(6)探头个数可以依测量情况而定，探头沿叶高方向可采用两端加密、中间主流区变稀的布置方案，可按照等环面、切比雪夫积分法和对数线性法布置。
5.进一步，四孔探针(1)探头和三孔探针(6)探头可以为圆台形，也可以为楔形、棱柱形和半球头形。
6.进一步，探针梳支杆(10)的迎风面是上部分宽、下部分窄的收缩形状，也可按照等强度精确设计；截面为圆形、圆角矩形、腰形、尖劈形结构。
7.进一步，探针梳支杆(10)内部可以是全部或者局部空心结构，通过内部填充对探针支杆或者引压管(14)实现固定。
本发明可以减小引压管的数目和探针梳的尺寸，减弱探针梳支杆对被测流场的干扰，简化了试验操作，降低了试验测试成本，提高试验测试精度。经过校准实验，可同时测量压气机风扇进出口不同径向位置的三维稳态流场的总压、静压、马赫数、偏转角、俯仰角。
与以往技术相比，本发明可以达到的有益效果是：
一、本发明一种测量风扇进出口流场的装置可同时测量风扇进出口不同径向位置处的总压、静压、马赫数、偏转角、俯仰角；
二、对探针孔数进行精准设计，端壁处二次流强度较高，气流三维性较强，采用四孔探针，而中间叶高位置处气流俯仰角较小，采用三孔探针，这种组合布置方式有效地减少了所使用的引压管个数，减小探针头部尺寸和探针梳支杆的尺寸，从而提高了测试的空间分辨率，简化了试验操作，降低了试验测试成本，同时减弱探针梳支杆对被测流场的干扰；
三、对探针头部的安装角进行精准设计，端壁处四孔探针的探针头部中心线分别朝向预计来流方向，增加探针梳对端壁二次流的测量范围，减小测量误差。
本发明一种测量风扇进出口流场的装置，具有尺寸相对较小、空间分辨率高、可靠性高、测量范围广、测量精度高的特点。可应用于压气机风扇、涡轮等叶轮机内部流场参数的测量，也可用于管道、外流流场的测量。
附图说明
图1是本发明一种测量风扇进出口流场的装置的结构示意图；
图2是图1的A-A断面图。
图3是图1的右视图。
图4是图1所示的四孔探头进一步偏转的示意图。
其中：1.四孔探针；2.四孔探针下孔；3.四孔探针中孔；4.四孔探针上孔；5.四孔探针右孔；6.三孔探针；7.三孔探针左孔；8.三孔探针中孔；9.三孔探针右孔；10.探针梳支杆；11.三孔探针专用槽道；12.四孔探针专用槽道；13.安装座；14.引压管。
图5是本发明探针用于测量压气机风扇进口三维流场的示意图。
其中：1-机匣壁面，2-轮毂壁面，3-风扇叶片，4-本发明探针梳，5-气流方向。
图6是本发明探针用于测量压气机风扇出口三维流场的示意图。
其中：1-机匣壁面，2-轮毂壁面，3-风扇叶片，4-本发明探针梳，5-气流方向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细阐述。
实施例
如图1所示，本实施例中介绍了一种测量风扇进出口流场的装置，其特征在于：包含四孔探针(1)、四孔探针下孔(2)、四孔探针中孔(3)、四孔探针上孔(4)、四孔探针右孔(5)、三孔探针(6)、三孔探针左孔(7)、三孔探针中孔(8)、三孔探针右孔(9)；所述四孔探针(1)通过在探针梳支杆(10)内开设的四孔探针专用槽道(12)进行封装和固定；所述四孔探针(1)头部在根部和尖区分别朝向预计的来流方向；所述三孔探针(6)通过在探针梳支杆(10)内开设的三孔探针专用槽道(11)进行固定；所述探针梳支杆(10)与安装座(13)焊接；引压管(14)封装于探针梳支杆(10)和安装座(13)内部，从安装座(13)顶端引出。
本实施例中，四孔探针(1)个数为2个，三孔探针(6)个数为4个，各探针沿径向等环面布置；探针梳支杆(10)为腰形杆，径向长度为330mm，粗细沿径向等强度设计，背部开槽便于四孔探针探针(1)和三孔探针(6)安装；四孔探针(1)的圆柱支杆直径为5mm，探头伸出长度为10mm,与探针梳支杆的夹角为60°；三孔探针(6)的圆柱支杆直径为3mm，探头伸出长度为10mm，与探针梳支杆的夹角为90°；
本发明一种测量风扇进出口流场的装置可同时测量压气机风扇、涡轮进出口不同径向位置的三维稳态流场的总压、静压、马赫数、偏转角、俯仰角。具体使用方法如下：
使用前需对本发明探针进行校准，获得探针的气动校准曲线。所述的四孔探针校准在校准风洞中进行，在校准范围内，分别在不同马赫数下改变四孔探针偏转角和俯仰角，经气动校准确定四孔探针偏转角系数、俯仰角系数、总压系数、静压系数分别随俯仰角和偏转角变化的曲线；所述偏转角系数、俯仰角系数、总压系数、静压系数定义如下：
其中，Cpy为偏转角系数，Cpp为俯仰角系数，Cpt为总压系数，Cps为静压系数，Pt和Ps分别为校准风洞总压和静压，P2、P3、P4和P5分别为四孔探针(1)的下孔(2)、中孔(3)、上孔(4)和右孔(5)测得的压力值。
所述的三孔探针校准在校准风洞中进行，在校准范围内，分别在不同马赫数下改变三孔探针偏转角，经气动校准确定三孔探针偏转角系数、总压系数、静压系数分别随偏转角变化的曲线；所述偏转角系数、总压系数、静压系数定义如下：
其中，Cpy为偏转角系数，Cpt为总压系数，Cps为静压系数，Pt和Ps分别为校准风洞总压和静压，P7、P8、P9分别为三孔探针(6)的左孔(7)、中孔(8)和右孔(9)测得的压力值。
使用时将本发明装置插入被测流场，获得各个测压孔测得的压力，根据已知的校准系数曲线，结合如下公式，得到三维稳态流场的总压、静压、马赫数、偏转角、俯仰角。
其中，Pt和Ps是待测流场的总压和静压，γ是流场的绝热指数，Ma是流场马赫数。
Claims (1)
1.一种测量风扇进出口流场的装置，其特征在于：
包含四孔探针(1)、四孔探针下孔(2)、四孔探针中孔(3)、四孔探针上孔(4)、四孔探针右孔(5)、三孔探针(6)、三孔探针左孔(7)、三孔探针中孔(8)、三孔探针右孔(9)；所述四孔探针(1)通过在探针梳支杆(10)内开设的四孔探针专用槽道(12)进行封装和固定；所述四孔探针(1)头部在根部和尖区分别朝向预计的来流方向；所述三孔探针(6)通过在探针梳支杆(10)内开设的三孔探针专用槽道(11)进行固定；所述探针梳支杆(10)与安装座(13)焊接；引压管(14)封装于探针梳支杆(10)和安装座(13)内部，从安装座(13)顶端引出；
四孔探针(1)和三孔探针(6)也可只保留的探针头部，探针头部与探针梳支杆(10)焊接，引压管(14)从探针梳支杆(10)的内部槽道中伸出；
四孔探针(1)的探针头部的安装角不尽相同，两侧端壁的探针头部的中心线方向可分别朝向预计来流方向，增加四孔探针测量端壁二次流的测量范围，实现对三维流场各气流参数的精确测量，减小测量误差；
四孔探针(1)和三孔探针(6)探头个数可以依测量情况而定，探头沿叶高方向可采用两端加密、中间主流区变稀的布置方案，可按照等环面、切比雪夫积分法和对数线性法布置；
四孔探针(1)探头和三孔探针(6)探头可以为圆台形，也可以为楔形、棱柱形和半球头形；
探针梳支杆(10)的迎风面是上部分宽、下部分窄的收缩形状，也可按照等强度精确设计。
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