一种转动压力标定装置及标定方法制造方法及图纸

一种转动压力标定装置与标定方法，将转盘套装在空心转轴上，由所述转盘内端面与静止机匣内端面之间的空间形成了压力标定转静腔。通过压力传感器得到转动气流压力，通过热电偶得到测量测点位置处转动气流温度。分别得到转盘转动状态下压力标定值和转盘静止状态下压力标定值。静态标定后的压力值与传感器半径位置处的压力的差即为传感器在不同转速与不同压力下因形变而产生的压力偏差。本发明专利技术能够方便的得到不同工况条件下压力传感器形变造成的压力测量偏差，修正该偏差值进而提高转动件上压力的测量精度，为航空发动机空气系统相关转动实验提供准确测量手段，保证实验测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种转动压力标定装置及标定方法
本专利技术涉及航空发动机空气系统领域，具体是一种用于高转速旋转盘上或旋转孔内气流压力标定装置及标定方法。
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超过2000K，远高于发动机高温部件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空气系统，包括预旋系统，对高温部件进行有效的冷却。在现代航空发动机中，空气系统涉及到各种复杂转静盘腔、转转盘腔，而准确获取转子上的气体压力是进行空气系统相关气动设计的必要条件，也就是说准确得到转子上气体压力，对于航空发动机空气系统设计计算具有十分重要的意义，提高航空发动机空气系统的设计水平已经成为航空发动机行业的一项重要任务。航空发动机内转动件上气流的压力测量需要压力传感器与旋转盘或孔共转，但是高转速带来的巨大的离心力载荷会导致压力传感器的破坏，因此压力传感器一般不会直接布置在半径较大的测点位置。而且由于结构尺寸限制以及实际的安装问题，压力传感器一般也不能安装在轴心位置，即r1不能为0，因此在高速转动过程中压力传感器在离心力作用下会产生未知的形变。因此压力传感器在感受其所在半径位置处气体压力的同时，还感受到离心力引起的传感器形变带来的附加压力，这会造成转动压力测量很大的偏差，因此进行气流转动压力标定的方法实用价值很大。现有技术中，对气流转动压力的标定是将标定装置安装在转盘上，并且将压力传感器同样布置在固定在转盘上的标定腔内，通过注气装置在标定腔内打入不同压力水平的气体充当压力源，此外同样需要对标定腔内的压力梯度分布进行压力源信号的修正。这种方法导致标定工作繁琐，需要额外设计标定腔并且安装在转盘上，而且标定腔的结构尺寸与转速、旋转半径等因素直接相关，同时要将压力传感器直接布置在标定腔内会由于传感器离心过载的限制导致其半径位置受限或者转子转速不能过高。另一种标定方法是采用商业软件CAE数值模拟相应转速下传感器的感压膜片的形变，进而通过形变与压力信号的关系推算出传感器形变带来的附加压力信号，这种方法主要受限于数值模拟边界条件的给定和计算精度对压力标定结果有很大的影响。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的标定工作繁琐、转子转速受限于转盘半径，以及计算精度低的不足等缺陷，本专利技术提出了一种转动压力标定装置与标定方法。本专利技术提出的转动压力标定装置，包括转盘、静止机、空心转轴、数据记录仪、压力传感器、热电偶和引压管。其中，所述转盘套装在该空心转轴的一端，并使转盘与空心转轴之间过盈配合；所述数据记录仪安装在该空心转轴另一端的端面上。所述静止机套装在该空心转轴上，并位于该转盘内侧，并使所述转盘内端面与静止机匣内端面之间的空间形成了压力标定转静腔。在所述转盘的外边缘贯通孔中心处设置有转子上气流温度测点和转子上气流压力测点，并使该温度测点与气流压力测点相邻。所述热电偶的一端位于所述温度测点处，另一端与所述数据记录仪的温度测量端连接。所述引压管的一端布置在所述压力测点处，另一端与所述数据记录仪的压力测量端连通。所述压力传感器安装在数据记录仪内部，并使该压力传感器中心与空心转轴中心的距离r1＝44mm。静止机匣外环的内圆周表面与转盘的外圆周表面之间有0.5mm的间隙，转盘内端面与静止机匣内端面之间的距离为40mm。所述热电偶和引压管均紧固在转盘表面的凹槽内。在所述静止机侧壁面上有一个贯通的静压测孔，位于该静止机匣内端面的静压测孔出口的中心为静压测点。该转盘外缘处有一圈均布的贯通孔，任选一个孔内端出口的中心为所述转子上气流温度测点和气流压力测点。所述转子上气流压力测点和温度测点与静压测点相对应。利用本专利技术提出的转动压力标定装置进行转动压力标定的具体过程是：步骤1，标定装置安装与压力标定转静腔的构建；将转盘套装在空心转轴上，由所述转盘内端面与静止机匣内端面之间的空间形成了压力标定转静腔。步骤2，转盘静止状态的压力标定：所述转盘静止状态的压力标定是在不同压力下的转盘静止状态压力标定；给所述压力标定转静腔内提供不同的压力，通过压力扫描阀测量静止机匣上静压测点处的压力，并通过数据记录仪采集各当前压力下压力传感器测得的压力值。所述转盘的不同压力分别为100kPa、110kPa、120kPa、130kPa和140kPa。所述转盘静止状态下压力标定的具体过程是：设定压力为100kPa。通过高压气源给压力标定转静腔内提供100kPa的压力。测量静止机匣上静压测点处的压力；通过数据记录仪采集100kPa压力下的压力传感器压力测量值。重复所述压力为100kPa下压力标定的过程，按确定的转盘不同压力的值，依次分别向压力标定转静腔内提供110kPa、120kPa、130kPa和140kPa的压力，并分别测量静止机匣上静压测点处的压力；通过数据记录仪采集各压力下的压力传感器压力测量值。通过Excel软件对得到的各压力下压力传感器测得的压力值压力测量值进行线性拟合，得到标定关系式：其中y为数据记录仪静态标定后的压力值，x为数据记录仪的原始压力值。步骤3：转盘转动状态下压力标定：所述的转盘转动状态下压力标定是确定传感器在该转盘不同转速与不同压力下由于形变而产生的压力偏差。转盘的不同转速分别是第一转速和第二转速；所述第一转速为3000r/min；所述第二转速为7200r/min。转盘的不同压力分别为100kPa、110kPa、120kPa、130kPa和140kPa。第一转速下的压力标定：使转盘以第一转速旋转；利用压力扫描阀测量该转速下静压测点处的压力，利用热电偶测量该转速下的气体温度。通过公式(2-1)得到压力传感器探头的气体实际压力p1：其中p1为压力传感器所在位置的压力；p2为静止机匣上静压测点处测得的压力；T2为转子上气流温度测点处静温，静温与相对总温相等；r1为压力传感器中心与空心转轴中心的距离；r2为转子上气流压力测点中心与空心转轴中心的距离；ω为转子角速度；Cp为定压比热容；γ为比热比。通过数据记录仪得到原始压力值x。根据数据记录仪得到原始压力值x，通过公式(3)得到数据记录仪静态标定后的压力值y1。所述数据记录仪静态标定后的压力值y1与传感器半径位置处的压力p1的差即为传感器在该第一转速与压力下形变而产生的压力偏差。第二转速下的压力标定：利用压力扫描阀测量该转速下静压测点处的压力，利用热电偶测量该转速下的气体温度。通过公式(2-2)得到压力传感器处的气体实际压力p′1，同时通过数据记录仪得到原始压力值x′，根据公式(3)得到数据记录仪静态标定后的压力值y′1。其中p′1为压力传感器所在位置的压力；p′2为静止机匣上静压测点处测得的压力；T′2为转子上气流温度测点处静温，静温与相对总温相等；r1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转动压力标定装置，其特征在于，包括转盘、静止机、空心转轴、数据记录仪、压力传感器、热电偶和引压管；其中，所述转盘套装在该空心转轴的一端，并使转盘与空心转轴之间过盈配合；所述数据记录仪安装在该空心转轴另一端的端面上；所述静止机套装在该空心转轴上，并位于该转盘内侧，并使所述转盘内端面与静止机匣内端面之间的空间形成了压力标定转静腔；在所述转盘的外边缘贯通孔中心处设置有转子上气流温度测点和转子上气流压力测点，并使该温度测点与气流压力测点相邻；所述热电偶的一端位于所述温度测点处，另一端与所述数据记录仪的温度测量端连接；所述引压管的一端布置在所述压力测点处，另一端与所述数据记录仪的压力测量端连通；所述压力传感器安装在数据记录仪内部，并使该压力传感器中心与空心转轴中心的距离r1＝44mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种转动压力标定装置，其特征在于，包括转盘、静止机、空心转轴、数据记录仪、压力传感器、热电偶和引压管；其中，所述转盘套装在该空心转轴的一端，并使转盘与空心转轴之间过盈配合；所述数据记录仪安装在该空心转轴另一端的端面上；所述静止机套装在该空心转轴上，并位于该转盘内侧，并使所述转盘内端面与静止机匣内端面之间的空间形成了压力标定转静腔；在所述转盘的外边缘贯通孔中心处设置有转子上气流温度测点和转子上气流压力测点，并使该温度测点与气流压力测点相邻；所述热电偶的一端位于所述温度测点处，另一端与所述数据记录仪的温度测量端连接；所述引压管的一端布置在所述压力测点处，另一端与所述数据记录仪的压力测量端连通；所述压力传感器安装在数据记录仪内部，并使该压力传感器中心与空心转轴中心的距离r1＝44mm。


2.如权利要求1所述转动压力标定装置，其特征在于，静止机匣外环的内圆周表面与转盘的外圆周表面之间有0.5mm的间隙，转盘内端面与静止机匣内端面之间的距离为40mm。


3.如权利要求1所述转动压力标定装置，其特征在于，所述热电偶和引压管均紧固在转盘表面的凹槽内。


4.如权利要求1所述转动压力标定装置，其特征在于，在所述静止机侧壁面上有一个贯通的静压测孔，位于该静止机匣内端面的静压测孔出口的中心为静压测点；该转盘外缘处有一圈均布的贯通孔，任选一个孔内端出口的中心为所述转子上气流温度测点和气流压力测点；所述转子上气流压力测点和温度测点与静压测点相对应。


5.一种使用权利要求1所述标定装置进行转动压力标定方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，标定装置安装与转静腔的构建；
步骤2，转盘静止状态的压力标定：
所述转盘静止状态的压力标定是在不同压力下的转盘静止状态压力标定；
给所述压力标定转静腔内提供不同的压力，通过压力扫描阀测量静止机匣上静压测点处的压力，并通过数据记录仪采集各当前压力下压力传感器测得的压力值；
通过Excel软件对得到的各压力下压力传感器测得的压力值压力测量值进行线性拟合，得到标定关系式：



其中y为数据记录仪静态标定后的压力值，x为数据记录仪的原始压力值；
步骤3：转盘转动状态下压力标定：
所述的转盘转动状态下压力标定是确定传感器在转盘不同转速与不同压力下由于形变而产生的压力偏差；
转盘的不同转速分别是第一转速和第二转速；
第一转速下的压力标定：
使转盘以第一转速旋转；利用压力扫描阀测量该转速下静压测点处的压力，利用热电偶测量该转速下的气体温度；通过公式(2-1)得到压力传感器探头的气体实际压力p1：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高文，雷昭，王俊凇，宋月龙，李鹏飞，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61