本发明专利技术公开了一种用于精准测量涡轮级效率的装置，测量装置包含头部、支杆。装置头部为圆柱体，在圆柱体表面同一侧、开设有多组压力感受孔和温度感受孔。每组感受孔由一排三个紧邻的压力感受孔、靠近三个压力感受孔中间测量孔上方或下方的一个温度感受孔组成，上述每组三个压力感受孔和一个温度感受孔组成一个组合测量点。本发明专利技术能同时测得涡轮进、出口和级间、沿叶高方向、涡轮机匣附面层、轮毂附面层和主流道的多个位置的气流的总温、总压、静温、静压、偏转角、马赫数、速度、密度。利用上述参数，通过质量加权平均的方法计算获得涡轮的效率。本发明专利技术对被测流场的干扰小、参数测量精度高，涡轮效率测量结果更准确。涡轮效率测量结果更准确。涡轮效率测量结果更准确。
【技术实现步骤摘要】
一种用于精准测量涡轮级效率的装置
[0001]本专利技术属于叶轮机械测试
，具体涉及一种用于精准测量涡轮级效率的装置，能在最大限度减小对涡轮流场干扰的前提下实现叶轮机涡轮级效率的精准测量。
技术介绍
[0002]叶轮机械是一种复杂的动力机械，涡轮是其主要的组成部件之一，而效率是衡量涡轮性能的一个关键指标，因此精准测量涡轮的效率对涡轮的性能评定和涡轮的设计、改进具有重要意义，而现有技术的测量误差太大，已经超出了涡轮级效率改进的量值。
[0003]涡轮的等熵滞止效率定义为气流流经涡轮的轮缘功与流经涡轮气体的等熵滞止焓降之比，进一步涡轮级效率可以用涡轮进、出口的总温比、膨胀比、比热比计算，计算公式为：
[0004][0005]式中：η——涡轮级效率
[0006]——涡轮级进口总温，K
[0007]——涡轮级进口总压，Pa
[0008]——涡轮级出口总温，K
[0009]——涡轮级出口总压，Pa
[0010]γ——流经涡轮气体的比热比
[0011]因此，如何准确测量涡轮级进、出口总温、总压，成为了准确测量涡轮级效率的关键之一。现有测量装置在进行涡轮参数测量时，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。一方面，这样的测量方案使得压力、温度不能在同一时刻、同一点进行测量，并且测量参数并不来自于同一流线，大大降低了测量装置的空间分辨率，而涡轮中的流动具有很强的非定常性和空间不均匀性，使得测量结果产生误差。另一方面，测量装置在伸入涡轮流场中进行测量时，不可避免的会对被测流场产生干扰，而现有测量方案中，采用单独的压力测量装置和温度测量装置分别进行测量，使用的测量装置数量过多，必然会对被测流场造成较大的干扰，影响最终测量结果的准确性。
[0012]现有测量装置多是单点测量，在对涡轮参数沿径向进行测量时，需要同时使用多个测量装置或通过位移机构带动测量装置移动进行测量。同时使用多个测量装置，不仅会堵塞流场，影响测量精度，还会增加测量成本。而通过位移机构带动测量装置会造成多点测量的结果之间存在时间差，无法实现流场的多个测量点同一时刻进行测量。
[0013]现有测量装置的测量方法在测量涡轮级总温时，使用耙形总温测量装置或多支多点总温测量装置测量，用算数平均法计算总温平均值。在涡轮流场中，主流道内各点的流速并不是均匀的，主流道与附面层内的速度分布也相差很大，因而采用算数平均法计算总温
平均值会使测量误差增大。
[0014]现有测量装置的测量方法在测量涡轮级总压时，使用耙形总压测量装置或多点总压测量装置测量，用面积平均方法计算总压平均值。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同样会带来误差，降低测量的准确性。
[0015]另外，现有测量装置只能测得多级涡轮进、出口的参数，而不能测得多级涡轮级间参数，因此对于多级涡轮来说，现有技术只能测得多级涡轮的整体效率，而不能测得涡轮单级效率。
[0016]因此，现有测量装置已无法满足准确测量涡轮单级效率的需求，急需一种精准测量涡轮级效率的装置实现对涡轮级效率的准确测量。
技术实现思路
[0017]本专利技术要解决的技术问题是：针对现有的涡轮级效率测量装置存在的，难以做到在同一时刻、同一点测量流场总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、速度、密度等参数的问题；多个不同参数测量测量装置分别伸入涡轮流场对被测流场干扰较大的问题；计算涡轮级效率时温度和压力参数采用算数平均方法或面积平均方法，而与实际涡轮流场速度分布出入较大的问题，专利技术了一种用于精准测量涡轮级效率的装置。
[0018]本专利技术的一种用于精确测量涡轮级效率的装置，不同于以往分别独立的压力测量装置和温度测量装置，本专利技术中的测量装置为压力和温度组合测量装置，即能通过单一的测量装置实现气流总温、总压、静温、静压、马赫数、偏转角、速度、密度的参数测量。
[0019]本专利技术的一种用于精确测量涡轮级效率的装置，不同于现有测量装置使用单独的温度测量装置和压力测量装置分别测量涡轮进出口的总温、总压，而是能够进行多参数同步测量，这就减少了测量装置使用的数量，减少对被测流场的干扰，同时简化了测量过程、降低测量成本。
[0020]现有测量装置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计算测量截面的总温、总压平均值。而本专利技术的一种用于精确测量涡轮级效率的装置，使用质量流量加权的方式计算测量截面的总温、总压平均值，极大减小了涡轮级效率测量误差，提高了涡轮级效率测量精度。
[0021]对于多级涡轮来说，现有测量装置只能测得其整体效率，而本专利技术的一种用于精确测量涡轮级效率的装置，可以通过新的测量截面和测点布局实现对多级涡轮单级效率的测量。
[0022]本专利技术的技术解决方案是：
[0023]测量装置包括头部(1)、支杆(2)、轮毂附面层压力感受孔(3)和轮毂附面层温度感受孔(4)、机匣附面层压力感受孔(5)和机匣附面层温度感受孔(6)、主流道压力感受孔(7) 和主流道温度感受孔(8)、引压通道(9)、温度传感器线缆(10)；所述头部(1)包括与所述支杆(2)共轴线的圆柱体(11)；
[0024]在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向、开设有多排压力感受孔，每排压力感受孔包含三个紧邻但互不相通的压力感受孔，分别为左孔(12)、中孔(13)、右孔(14)，三个压力感受孔的中心线位于同一平面内，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在该平面关于中孔 (13)中心线对称分布；
[0025]在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向开设有多排温度感受孔，每排温度感受孔包含一个温度感受孔(15)，它的中心线与所述压力感受孔中孔(13)的中心线平行；
[0026]压力感受孔与引压通道(9)封装在头部(1)内的一端各自连通；温度感受孔仅与温度传感器 (16)直接连通，温度传感器可以选用裸丝热电偶、铠装热电偶、热电阻、光纤传感器等；引压通道(9)、温度传感器的线缆(10)，通过支杆(2)内的管道引出尾部；
[0027]所述轮毂附面层压力感受孔(3)靠近头部(1)端面，圆心与头部(1)端面距离0.5毫米至5毫米，直径0.2毫米至1.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在头部(1)圆柱体(11) 表面上的圆周夹角为15
°
至60
°
；
[0028]所述轮毂附面层温度感受孔(4)位于轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)下方，圆心与轮毂附面层压力感受孔(3)中孔(13)圆心距离0.5毫米至2毫米，直径0.5毫米至2 毫米；
[0029]所述机匣附面层压力感受孔(5)靠近头部(1)与支杆(2)交界面，与头部(1)与支杆(2)交界面距离0.5毫米至5毫米，直径0.2毫米至1.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14) 中心线在头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为15
°
至60
°
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于精准测量涡轮级效率的装置，其特征在于：测量装置包括头部(1)、支杆(2)、轮毂附面层压力感受孔(3)和轮毂附面层温度感受孔(4)、机匣附面层压力感受孔(5)和机匣附面层温度感受孔(6)、主流道压力感受孔(7)和主流道温度感受孔(8)、引压通道(9)、温度传感器线缆(10)；所述头部(1)包括与所述支杆(2)共轴线的圆柱体(11)；在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向、开设有多排压力感受孔，每排压力感受孔包含三个紧邻但互不相通的压力感受孔，分别为左孔(12)、中孔(13)、右孔(14)，三个压力感受孔的中心线位于同一平面内，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在该平面关于中孔(13)中心线对称分布；在头部(1)圆柱体(11)同一侧表面沿轴线方向开设有多排温度感受孔，每排温度感受孔包含一个温度感受孔(15)，它的中心线与所述压力感受孔中孔(13)的中心线平行；压力感受孔与引压通道(9)封装在头部(1)内的一端各自连通；温度感受孔仅与温度传感器(16)直接连通，温度传感器可以选用裸丝热电偶、铠装热电偶、热电阻、光纤传感器等；引压通道(9)、温度传感器的线缆(10)，通过支杆(2)内的管道引出尾部；所述轮毂附面层压力感受孔(3)靠近头部(1)端面，圆心与头部(1)端面距离0.5毫米至5毫米，直径0.2毫米至1.5毫米，左孔(12)中心线和右孔(14)中心线在头部(1)圆柱体(11)表面上的圆周夹角为15...
【专利技术属性】
技术研发人员：马宏伟，金也佳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：
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