一种用于轴向转动孔流量系数测量的装置及不转动法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种用于轴向转动孔流量系数测量的不转动法，首先将进气气流的绝对进气角度转化为相对进气角度，将轴向转动孔变为静止孔。其次在轴向转动孔前设置预旋喷嘴，预旋角按照气流相对进气角度给定，使气流通过预旋喷嘴预旋后再进入轴向转动孔，最后，将热电偶粘在预旋喷嘴进口，引出补偿导线到采集板卡对预旋喷嘴入口绝对总温进行测量；通过引压管连接到差压表等压力测量仪器对预旋喷嘴出口和轴向转动孔出口静压进行测量；从而通过理想流量的计算公式得到理想流量，通过流量计对通过孔的流量进行测量，得到通过孔的实际流量，从而得到流量系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空发动机空气系统领域，具体地说，涉及一种用于轴向转动孔流量系数测量的装置及不转动法。
技术介绍
目前，航空发动机推重比的提高意味着需要相应提升涡轮进口前燃气温度，每提高55℃，发动机的推力约可提高10％。现代航空发动机涡轮前温度已经高达2000K，远大于发动机金属材料的耐温上限，单纯的提高金属材料的耐温极限已经难以满足发动机性能的提升，更多的是需要从压气机抽取空气并通过内流空气系统对高温部件进行有效的冷却。在现代涡轮喷气发动机中，空气系统内的气体流量约占发动机总流量的20％～30％，并主要具有冷却发动机高温部件、封严、轴承轴向负载的控制、防止燃气入侵与轮缘封严等作用，直接影响着发动机工作的可靠性以及其工作寿命。然而，空气系统的流路结构十分复杂，冷却空气必须通过各种流动结构元件(如管道、孔、封严、盘腔等)才能到达目标结构，完成相应的功能。孔是空气系统中常见的限流和损失元件，其类型多种多样，如涡轮叶片上的气膜孔、转盘上的轴向转动孔、发动机轴上的径向转动孔等。准确把握各类孔结构的流量系数及压力和温度变化，对于空气系统设计具有十分重要的意义。目前现有的轴向转动孔实验测量方法需要测量孔进口的相对总压、相对总温，孔出口的静压以及通过孔的流量，国内外进行了大量的数值与实验研究，得到了不同几何尺寸和气动工况下轴向转动孔的流量系数，但这种实验方法存在两个显著缺点：1.由于孔是转动的，实验模拟和实验测量难度和成本很大。2.实验研究中未对通过封严篦齿的泄漏流量进行测量，从而导致转动孔流量系数的实验结果误差较大。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：为了克服现有测量方法准确度低，测量难度大，成本高的问题，本专利技术提出一种用于轴向转动孔流量系数测量的不转动法。本专利技术的技术方案是：一种用于轴向转动孔流量系数测量的装置，包括预旋喷嘴3和第一外环体4；预旋喷嘴3在第一外环体4内周向均布，预旋喷嘴3开有通孔，且通孔轴线与第一外环体4的轴线存在夹角；气流通过预旋喷嘴3的通孔预旋后，进入轴向转动孔。本专利技术进一步的技术方案是：一种基于上述装置对轴向转动孔流量系数测量的不转动法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将绝对进气角度转换为相对进气角度；轴向转动孔(1)与第二外环体(2)以相同速度进行轴向转动，进气气流与轴向转动孔(1)的轴线形成绝对进气角度θ；将θ转换为相对于第二外环体(2)的相对进气角度θr，公式为其中，为来流速度V的周向分量，U为轴向转动孔与第二固体的转动速度，Vz为来流速度V的轴向分量；步骤二：预旋喷嘴以及预旋角的设定；停止第二固体和轴向转动孔的转动，保持轴向转动孔静止；在轴向转动孔前设置预旋喷嘴，使进气气流通过预旋喷嘴预旋后再进入轴向转动孔；预旋喷嘴中的预旋角计算如下：θ0＝90°-θr步骤三：实验工况调节和温度、压力、流量的测量；在预旋喷嘴进口处设置温度测点，通过热电偶测量进气气流的绝对总温；在预旋喷嘴的出口和轴向转动孔的出口处均设置静压测点，通过差压表等压力测量仪表对预旋喷嘴出口和轴向转动孔出口静压进行测量；进气气流通过孔后进入流量计，对气流的流量进行测量；通过调节气源的压力和进气阀门的开度控制进气气流的流量和压力，通过调节加热器的功率控制进气气流的温度，(上面喷嘴前后的测点测温度、压力、流量，如果跟相应的实际工况不相同，通过调气源、阀门和加热器达到目标值)从而保证进气气流的绝对总温与相应实际工况进气气流的相对总温相同；轴向转动孔的出口的静压与相应实际工况的静压相同，通过孔的流量与相应实际工况相同。步骤四：流量系数计算；通过步骤二确定的预旋角θ0和步骤三测量得到气流的流量计算进入轴向转动孔气流的周向速度和轴向速度Vz，如下式： V z = m · a c t u a l ρA 0 ]]>其中A0为预旋喷嘴出口轴向横截面积，ρ为气流密度；通过步骤三测量得到为预旋喷嘴进口绝对总温计算进入轴向转动孔气流的静温T1，由下式确定：其中cp为气流定压比热；通过步骤三测量得到预旋喷嘴出口静压P1，计算进入轴向转动孔气流的总压由下式确定：其中γ为气流比热比；最后由进气气流的总温总压和孔出口测得的静压P2，计算轴向转动孔的流量系数，由下式确定： C d = m · a c t u a l m · i d e a l = m · a c t u a l P 1 * A 2 γ γ - 1 1 R g T 0 * [ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于轴向转动孔流量系数测量的装置，其特征在于，包括预旋喷嘴(3)和第一外环体(4)；预旋喷嘴(3)在第一外环体(4)内周向均布，预旋喷嘴(3)开有通孔，且通孔轴线与第一外环体(4)的轴线存在夹角；气流通过预旋喷嘴(3)的通孔预旋后，进入轴向转动孔。2、一种基于上述装置对轴向转动孔流量系数测量的不转动法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将绝对进气角度转换为相对进气角度；轴向转动孔(1)与第二外环体(2)以相同速度进行轴向转动，进气气流与轴向转动孔(1)的轴线形成绝对进气角度θ；将θ转换为相对于第二外环体(2)的相对进气角度θr，公式为其中，为来流速度V的周向分量，U为轴向转动孔与第二固体的转动速度，Vz为来流速度V的轴向分量；步骤二：预旋喷嘴以及预旋角的设定；停止第二固体和轴向转动孔的转动，保持轴向转动孔静止；在轴向转动孔前设置预旋喷嘴，使进气气流通过预旋喷嘴预旋后再进入轴向转动孔；预旋喷嘴中的预旋角计算如下：θ0＝90°‑θr步骤三：实验工况调节和温度、压力、流量的测量；在预旋喷嘴进口处设置温度测点，通过热电偶测量进气气流的绝对总温；在预旋喷嘴的出口和轴向转动孔的出口处均设置静压测点，通过差压表等压力测量仪表对预旋喷嘴出口和轴向转动孔出口静压进行测量；进气气流通过孔后进入流量计，对气流的流量进行测量；通过调节气源的压力和进气阀门的开度控制进气气流的流量和压力，通过调节加热器的功率控制进气气流的温度，从而保证进气气流的绝对总温与相应实际工况进气气流的相对总温相同；轴向转动孔的出口的静压与相应实际工况的静压相同，通过孔的流量与相应实际工况相同。步骤四：流量系数计算；通过步骤二确定的预旋角θ0和步骤三测量得到气流的流量计算进入轴向转动孔气流的周向速度和轴向速度Vz，如下式：Vz=m·actualρA0]]>其中A0为预旋喷嘴出口轴向横截面积，ρ为气流密度；通过步骤三测量得到为预旋喷嘴进口绝对总温计算进入轴向转动孔气流的静温T1，由下式确定：其中cp为气流定压比热；通过步骤三测量得到预旋喷嘴出口静压P1，计算进入轴向转动孔气流的总压由下式确定：其中γ为气流比热比；最后由进气气流的总温总压和孔出口测得的静压P2，计算轴向转动孔的流量系数，由下式确定：Cd=m·actualm·ideal=m·actualP1*A2γγ-11RgT0*[(P2P1*)2γ-(P2P1*)γ+1γ]]]>其中Rg为气体常数。...

【技术特征摘要】
1.一种用于轴向转动孔流量系数测量的装置，其特征在于，包括预旋喷嘴(3)和第一外环体(4)；预旋喷嘴(3)在第一外环体(4)内周向均布，预旋喷嘴(3)开有通孔，且通孔轴线与第一外环体(4)的轴线存在夹角；气流通过预旋喷嘴(3)的通孔预旋后，进入轴向转动孔。2、一种基于上述装置对轴向转动孔流量系数测量的不转动法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将绝对进气角度转换为相对进气角度；轴向转动孔(1)与第二外环体(2)以相同速度进行轴向转动，进气气流与轴向转动孔(1)的轴线形成绝对进气角度θ；将θ转换为相对于第二外环体(2)的相对进气角度θr，公式为其中，为来流速度V的周向分量，U为轴向转动孔与第二固体的转动速度，Vz为来流速度V的轴向分量；步骤二：预旋喷嘴以及预旋角的设定；停止第二固体和轴向转动孔的转动，保持轴向转动孔静止；在轴向转动孔前设置预旋喷嘴，使进气气流通过预旋喷嘴预旋后再进入轴向转动孔；预旋喷嘴中的预旋角计算如下：θ0＝90°-θr步骤三：实验工况调节和温度、压力、流量的测量；在预旋喷嘴进口处设置温度测点，通过热电偶测量进气气流的绝对总温；在预旋喷嘴的出口和轴向转动孔的出口处均设置静压测点，通过差压表等压力测量仪表对预旋喷嘴出口和轴向转动孔出口静压进行测量；进气气流通过孔后进入流量计，对气流的流量进行测量；通过调节气源的压力和进气阀门的开度控制进气气流的流量和压力，通过调节加热器的功率控制进气气流的温度，从而保证进气气流的绝对总温与相应实际工况进气气流的相对总温相同；轴向转动孔的出口的静压与相应实际工况的静压相同，通过孔的流量与相应实际工况相同。步骤四：流量系数计算；通过步骤二确定的预旋角θ0和步骤三测量得到气流的流量计算进入轴向转动孔气流的周向速度和轴向速度Vz，如下式： V z = m · a c t u a l ρA 0 ]]>其中A0为预旋喷嘴出口轴向横截面积，ρ为气流密度；通过步骤三测量得到为预旋喷嘴进口绝对总温计算进入轴向转动孔气流的静温T1，由下式确定：其中cp为气流定压比热；通过步骤三测量得到预旋喷嘴出口静压P1，计算进入轴向转动孔气流的总压由下式确定：其中γ为气流比热比；最后由进气气流的总温总压和孔出口测得的静压P2，计算轴向转动孔的流量系数，由下式确定： C d = m · a c t u a l m · i d e a l = m · a c t u a l...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高文，牛嘉嘉，李伯，孙科，叶丹，吴衡，刘育心，冯磊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61