[发明专利]微型压气机/涡轮联合试验台及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于叶轮机械性能测量的装置，可精确测量压气机和涡轮叶轮特性参数及部分流场参数的微型压气机/涡轮联合试验台及试验流程。

背景技术

微型涡轮发动机（MTE）重量轻、功率大、能量密度高，可作为各种微小型导弹、无人机、乃至未来单兵飞行器的推进系统，是一种具有很好应用前景的新兴喷气推进动力装置；微型涡轮发动机也可以发展为飞机辅助动力系统（即APU），仅民用航空领域，辅助动力系统就有近百亿美元的年产值规模。叶轮部件（包括压气机与涡轮）作为微型发动机的核心部件，其性能的精确测量对验证并改进微叶轮设计技术、提高发动机总体性能均具有重要意义。然而，微叶轮机械的性能测量与常规尺度叶轮不同，存在其特殊之处：微叶轮机械的转速远大于常规尺度叶轮，一般在10万转/分以上。目前，市面上能够购买到的电动机、测功机、测扭仪等产品的最高转速一般不超过3万转/分。在常规尺度下，压气机与涡轮的部件试验一般单独进行，电动机可作为压气机部件试验的动力源，驱动压气机达到一定转速，而测功机和测扭仪可作为涡轮部件试验的负载，测量出涡轮的功率输出。由于现有产品转速较低，欲实现高转速下的叶轮性能测量，则惟有在叶轮转轴与电动机/测功机等增加齿轮变速系统，这将大大增加系统的复杂性。

发明内容

本发明提出了一种微型压气机/涡轮联合试验台及试验流程，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷。能够兼具压气机和涡轮部件性能测试功能。该装置的压气机气路与涡轮气路独立，互不干扰，因此可分别调节压气机与涡轮工况，实现测试叶轮的不同转速流量工况。在开展压气机部件试验时，涡轮作为动力源驱动压气机；在开展涡轮部件试验时，压气机作为负载测量涡轮输出功率。

本发明的技术解决方案：其特征是包括气源、加温器、涡轮组件、压气机组件、PC控制机、测量与数据采集系统、扭矩传感器、振动监控系统，其中：气源连接加温器，气源为加温器提供高压空气；加温器连接涡轮组件，加温器将气源提供的压缩空气加热成热燃气，由热燃气驱动涡轮组件中的测试涡轮；涡轮组件实现测试涡轮的装配与参数测量；涡轮组件中的涡轮转子通过转轴连接压气机组件中的压气机转子，带动压气机转子旋转，压气机组件实现测试压气机的装配与参数测量；PC控制机中的A控制信号端与上行电动调节阀，PC控制机中的B控制信号端与下行电动调节阀相接，PC控制机中的C控制信号端与快速排放阀相接，PC控制机中的D控制信号端与油泵相接；设置在转轴上的扭矩传感器的信号输出端与测量与数据采集系统的第一信号输入端相接，由加温器加热得到的热燃气通过热电偶与测量与数据采集系统的第二信号输入端相接，涡轮组件的信号输出端与测量与数据采集系统的第三信号输入端相接，压气机组件的压力、温度信号输出端和下行流量输出端、下行管路压力信号输出端与测量与数据采集系统的第四信号输入端相接，上行流量输出端与测量与数据采集系统的第五信号输入端相接，上行管路压力信号输出端与数据采集系统的第六信号输入端相接，振动监控系统的振动信号检测端与压气机组件连接以测量系统振动信号，振动监控系统的信号输出端与测量与数据采集系统的第七信号输入端相接，数据采集系统的信号输出端与PC控制机相接。

本发明的优点：用高温燃气驱动涡轮并带动压气机旋转，具有独立的压气机气路和涡轮气路，可独立调节涡轮或压气机工况。在开展压气机部件试验时，涡轮作为动力源驱动压气机；在开展涡轮部件试验时，压气机作为负载调节涡轮输出功率。通过调节涡轮进口压力、温度，涡轮出口背压，压气机出口背压，实现涡轮和压气机在不同转速、流量工况下的匹配，获得测试叶轮的等转速特性线。独立的压气机组件和涡轮组件，分别支承压气机转子与涡轮转子，中间依靠转轴连接。核心部件采用模块化结构设计，提高装置的通用性和利用率。为防止轴承失效，并改善试验环境，装置具备冷却润滑油路并采取隔热措施。

附图说明

附图1是微型压气机/涡轮联合试验台结构框图。

附图2是压气机组件结构示意图。

附图3是涡轮组件结构示意图。

附图4是微型压气机/涡轮联合试验台的主体结构示意图。

附图5是试验台主体结构润滑油路及冷却气路图。

附图6是试验台高温部件隔热措施示意图。

附图7是加温器结构示意图。

附图8是一种用于测量超高转速叶轮转轴扭矩的装置的结构示意图。