一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于叶轮机测试技术领域，具体涉及一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，包括一种用于精确测量压气机级温升效率的装置和一种用于精确测量压气机级温升效率的方法。本发明专利技术测量装置通过校准风洞标定后，可获得校准曲线；实际测量中，基于五个测压孔和温度传感器测得的数据，再根据校准风洞标定获得的校准系数曲线及公式，通过数据处理，可以同时得到被测三维稳态流场的总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度参数，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；测量方法通过优化测点布局和质量加权求平均值的方法，能够准确测量多级压气机单级的温升效率。

A device and method for accurately measuring the temperature rise efficiency of compressor stage

【技术实现步骤摘要】
一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法
本专利技术属于叶轮机测试
，具体涉及一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，能在最大限度减弱对被测流场干扰的前提下实现叶轮机压气机单级温升效率的准确测量。
技术介绍
叶轮机是一种复杂机械，压气机是叶轮机最主要的组成部件之一，压气机温升效率直接决定了叶轮机的整体效率，因此不断提升压气机温升效率是发展叶轮机技术的重要途径。提高压气机的温升效率，首先需要对其进行准确的测量，而现有技术的测量误差太大，已经超出了压气机效率改进的量值。压气机温升效率的计算公式如下：式中：——试验压气机进口总温，K——试验压气机出口总温，K为试验压气机出口总压，Pa为试验压气机进口总压，Paγ——比热比由上述公式可知，为测得压气机温升效率，需要测得试验压气机的进口总温出口总温进口总压出口总压现有测量方法在测量进口总温时，仅在进气系统中气流速度最低的部位布置一个测点。但在进口位置上，流场也是存在不均匀度的，只用一个测点进行测量会忽略这种不均匀度带来的影响，从而使最终测量误差增大。现有测量方法在测量出口总温时，用耙形总温探针或6～8支多点总温探针测量出口温度。用算数平均法计算出口总温平均值。计算各测量温度时，按温度探针形式选取相应的温度恢复系数。在出口流场中，各点的流速并不是均匀的，采用算数平均法计算出口总温平均值忽略了这种不均匀性，会使测量误差增大。现有测量方法在测量进口总压时，用四支多点总压探针测量进口总压，用面积平均方法计算进口总压平均值。由于流场流速的不均匀性，使用面积平均方法计算总压平均值会带来额外的计算误差，进而降低整个试验测试的精度。现有测量方法在测量出口总压时，有三种方式：(1)用一支沿径向移动耙形总压探针或者多支(10～12支)多点总压探针测量出口总压时，多点多支总压探针沿周向布置应考虑栅距方向的总压不均匀因素。(2)用位移机构或者旋转机匣带动单点组合探针测量覆盖1.2倍栅距的扇形面内的总压。(3)用多支耙形总压探针测量出口总压，每支耙形总压探针分别置于出口测量截面等环面的平均半径上。总压测量方式同样忽略了各点流速不均匀的问题，进而使得测量误差增大。现有测量只能测得多级压气机进出口的参数，而不能测得多级压气机级间参数，因此对于多级压气机来说，现有技术只能测得多级压气机整体效率，而不能测得压气机单级效率。现有温度测量装置大多数都是按照温度传感器正对主流的要求设计的，温度测量装置头部采用滞止罩结构，收集来流，温度传感器放在滞止罩内，其缺点是，第一，温度传感器直接被流体冲刷，易受气流中夹杂的油滴、灰尘等的影响，易损坏；第二，通常通过增大温度传感器的尺寸来提高传感器的强度，再加上滞止罩的尺寸，故测量装置尺寸较大，这样会使得其空间分辨率较差；第三，气流不敏感角较小，当待测来流的偏转角较大时，气流无法实现充分滞止，同时导致温度传感器表面热交换不充分，总温测量误差较大。此外，现有测量装置在进行压气机参数测量时，大多使用单独的压力测量装置和温度测量装置分别对压力和温度进行测量，这就使得压力、温度不能同时同点测量，且测量参数并不来自于同一流线，而压气机中的流动具有很强的非定常性和空间不均匀性，这就会令最终的测量结果产生额外的误差。另外，探针在伸入压气机流场中进行测量时，不可避免的会对被测流场产生干扰，而现有技术中由于采用单独的压力测量装置和温度测量装置进行测量，使用的探针数量过多，会对被测流场造成较大的干扰，最终使得测量误差增大。因此，现有测量装置及方法已无法满足压气机温升效率准确测量的需求，急需一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法实现对压气机温升效率准确测量。
技术实现思路
本专利技术的一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，其测量装置不同于以往的单独的压力测量装置和温度测量装置，本专利技术装置为压力温度组合测量装置，即能通过单个装置实现气流总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度的全参数测量。本专利技术的装置摒弃了传统的总温测量装置的设计思路，而是基于申请人多年的研究，创造性的提出了将温度感受器放置在探针头部背风面的布局和结构设计，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，延长了温度传感器的使用寿命；有效减小了测量装置头部尺寸，提高了测量装置空间分辨率；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。本专利技术的一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，其测量方法不同于现有的测量方法。现有方法中使用单独的温度测量装置和压力测量装置分别测量压气机进出口的总温、总压，而本专利技术中的测量方法则是利用本专利技术中的测量装置进行多参数同步测量，这就减少了测量装置使用的数量，同时简化的试验过程。现有方法中在获得测试点的总温、总压参数后，通过算数平均或面积平均的方法求得测量截面的总温、总压，而本专利技术创造性的提出使用质量加权的方式求得测量截面的总温、总压，极大减小了系统误差，提高了温升效率测试精度。对于多级压气机来说，现有测量方法只能测得其整体温升效率，而本专利技术中的测量方法可以通过新的测量截面和测点布局实现对多级压气机的一级温升效率的测量。本专利技术提供了一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，要解决的技术问题是：第一，现有的测量装置无法同时测量流场总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、俯仰角、速度、密度等全参数的问题；第二，现有的温度测量装置总温恢复系数低、不敏感角小，温度传感器易损坏、寿命短的问题；第三，现有测量方法无法实现多参数同时同点测量，使用测量装置过多的问题；第四，现有测量方法求得的测量截面总温、总压结果不准确的问题；第五，现有测量方法无法实现多级压气机中间级温升效率测量的问题。本专利技术解决的技术方案是：一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，包括一种用于精确测量压气机级温升效率的装置和一种用于精确测量压气机级温升效率的方法；一种用于精确测量压气机级温升效率的装置，由装置头部(1)、装置支杆(2)、温度传感器(3)、绝热绝缘固定件(4)、温度传感器线缆引出通道(5)、测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)、引压管通道(11)、温度传感器线缆(12)、引压管(13)、前侧面(14)、后侧面(15)、内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)组成，其特征在于：装置头部(1)为圆柱，迎风面为前侧面(14)、内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)，背风面为后侧面(15)，测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)分别开在内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，包括一种用于精确测量压气机级温升效率的装置和一种用于精确测量压气机级温升效率的方法；/n一种用于精确测量压气机级温升效率的装置，由装置头部(1)、装置支杆(2)、温度传感器(3)、绝热绝缘固定件(4)、温度传感器线缆引出通道(5)、测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)、引压管通道(11)、温度传感器线缆(12)、引压管(13)、前侧面(14)、后侧面(15)、内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)组成，其特征在于：装置头部(1)为圆柱，迎风面为前侧面(14)、内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)，背风面为后侧面(15)，测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)分别开在内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)上，背对测压中孔(6)的装置头部(1)的后侧面(15)侧装有温度传感器(3)；/n装置头部(1)圆柱直径为2～8毫米，高度为5～30毫米，内部沿轴向开设有5个互不相通的圆形引压管通道(11)和一个圆形温度传感器线缆引出通道(5)，5个圆形引压管通道(11)分别与测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)连通，并分别与封装在装置头部(1)与装置支杆(2)连接处的五根引压管(13)连通，引压管(13)通过装置支杆(2)内的引压管通道(11)引出装置支杆(2)尾部；/n装置头部(1)前侧面(14)开有一内凹正四棱台，内凹正四棱台顶面(16)上边与装置头部(1)圆柱轴线垂直，长度为0.5～3毫米，内凹正四棱台顶面(16)距离装置头部(1)圆柱轴线0.5～2毫米，且不大于0.25倍装置头部(1)圆柱直径，内凹正四棱台底面与装置头部(1)圆柱表面相切，内凹正四棱台底面与内凹正四棱台左侧面(17)夹角为30～60度；内凹正四棱台上侧面(19)与装置头部(1)圆柱的相贯线最高点距离装置头部(1)顶0.5～2毫米；测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)轴线分别与内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)垂直且分别经过内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)的中点；测压中孔(6)为圆形，直径为0.1～1毫米，测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)均为圆形，直径为0.05～0.8毫米，且小于测压中孔(6)的直径；/n后侧面(15)正对内凹正四棱台顶面(16)开有一边长为0.5～3毫米的正方形浅凹槽，深度为0.3～1毫米，在凹槽内开有一边长为0.3～2毫米且小于浅凹槽的正方形深凹槽，与浅凹槽共心且深度相同；绝热绝缘固定件(4)尺寸与浅凹槽相同并装入浅凹槽内；温度传感器(3)为薄膜热电阻或薄膜热电偶，尺寸与绝热绝缘固定件(4)相同并粘接在绝热绝缘固定件(4)表面，温度传感器线缆(12)通过装置内的温度传感器线缆引出通道(5)引出装置支杆(2)尾部；/n装置支杆(2)为圆柱形，直径为3～10毫米，装置支杆(2)轴线与装置头部(1)圆柱轴线重合；/n对一种用于精确测量压气机级温升效率的装置进行标定，在已知来流马赫数和速度的标准风洞中，使来流流过测量装置；记录测量装置迎风面表面5个测压孔的压力，记录测量装置背风面温度传感器温度；根据校准获得的数据通过数据处理确定不同马赫数下、不同偏转角和俯仰角下的总压系数、静压系数、偏转角系数和总温恢复系数的标定曲线，所述偏转角系数、俯仰角系数、总压系数、静压系数和温度恢复系数定义如下：/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于精确测量压气机级温升效率的装置及方法，包括一种用于精确测量压气机级温升效率的装置和一种用于精确测量压气机级温升效率的方法；
一种用于精确测量压气机级温升效率的装置，由装置头部(1)、装置支杆(2)、温度传感器(3)、绝热绝缘固定件(4)、温度传感器线缆引出通道(5)、测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)、引压管通道(11)、温度传感器线缆(12)、引压管(13)、前侧面(14)、后侧面(15)、内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)组成，其特征在于：装置头部(1)为圆柱，迎风面为前侧面(14)、内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)，背风面为后侧面(15)，测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)分别开在内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)上，背对测压中孔(6)的装置头部(1)的后侧面(15)侧装有温度传感器(3)；
装置头部(1)圆柱直径为2～8毫米，高度为5～30毫米，内部沿轴向开设有5个互不相通的圆形引压管通道(11)和一个圆形温度传感器线缆引出通道(5)，5个圆形引压管通道(11)分别与测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)连通，并分别与封装在装置头部(1)与装置支杆(2)连接处的五根引压管(13)连通，引压管(13)通过装置支杆(2)内的引压管通道(11)引出装置支杆(2)尾部；
装置头部(1)前侧面(14)开有一内凹正四棱台，内凹正四棱台顶面(16)上边与装置头部(1)圆柱轴线垂直，长度为0.5～3毫米，内凹正四棱台顶面(16)距离装置头部(1)圆柱轴线0.5～2毫米，且不大于0.25倍装置头部(1)圆柱直径，内凹正四棱台底面与装置头部(1)圆柱表面相切，内凹正四棱台底面与内凹正四棱台左侧面(17)夹角为30～60度；内凹正四棱台上侧面(19)与装置头部(1)圆柱的相贯线最高点距离装置头部(1)顶0.5～2毫米；测压中孔(6)、测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)轴线分别与内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)垂直且分别经过内凹正四棱台顶面(16)、内凹正四棱台左侧面(17)、内凹正四棱台右侧面(18)、内凹正四棱台上侧面(19)、内凹正四棱台下侧面(20)的中点；测压中孔(6)为圆形，直径为0.1～1毫米，测压左孔(7)、测压右孔(8)、测压上孔(9)、测压下孔(10)均为圆形，直径为0.05～0.8毫米，且小于测压中孔(6)的直径；
后侧面(15)正对内凹正四棱台顶面(16)开有一边长为0.5～3毫米的正方形浅凹槽，深度为0.3～1毫米，在凹槽内开有一边长为0.3～2毫米且小于浅凹槽的正方形深凹槽，与浅凹槽共心且深度相同；绝热绝缘固定件(4)尺寸与浅凹槽相同并装入浅凹槽内；温度传感器(3)为薄膜热电阻或薄膜热电偶，尺寸与绝热绝缘固定件(4)相同并粘接在绝热绝缘固定件(4)表面，温度传感器线缆(12)通过装置内的温度传感器线缆引出通道(5)引出装置支杆(2)尾部；
装置支杆(2)为圆柱形，直径为3～10毫米，装置支杆(2)轴线与装置头部(1)圆柱轴线重合；
对一种用于精确测量压气机级温升效率的装置进行标定，在已知来流马赫数和速度的标准风洞中，使来流流过测量装置；记录测量装置迎风面表面5个测压孔的压力，记录测量装置背风面温度传感器温度；根据校准获得的数据通过数据处理确定不同马赫数下、不同偏转角和俯仰角下的总压系数、静压系数、偏转角系数和总温恢复系数的标定曲线，所述偏转角系数、俯仰角系数、总压系数、静压系数和温度恢复系数定义如下：


















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，CT为温度恢复系数，校准风洞中的来流总压、静压、总温和静温分别为Pt、Ps、Tt和Ts，五孔压力探针中孔、左孔、右孔、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏伟，肖安琪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11