[实用新型]一种涡轮实验台

说明书

技术领域

本实用新型涉及涡轮测试技术领域，具体涉及一种涡轮实验台。

背景技术

目前，涡轮作为一种重要的流体动力学部件，可在空气流、水流、泥浆流等流体介质的能量驱动下发生旋转，进而将流体的能量转换为机械能。常见的涡轮有涡轮发动机、水轮机、风力发电机、涡轮钻具定转子等，在航空航天工程、水力电力工程、船舶汽车工业、石油钻采工业等领域具有广泛的应用。涡轮加工的精度、选用的材质等多种影响因素均会对涡轮的性能产生影响，但对涡轮性能起到决定性作用的影响因素是涡轮的几何形状，包括涡轮的径向尺寸、几何结构参数、叶片的型线、叶片的间隙尺寸等，因此，涡轮的设计是一件十分复杂的事情，往往需要进行反复的性能测试和参数调整才能获得一款性能优异的涡轮。近些年，随着计算机辅助设计技术(CAD)及计算机模拟仿真技术(CFD)的飞速发展，涡轮的设计能力有了飞速的提升，涡轮的设计技术已由圆弧线和双曲螺线组合、抛物线和圆弧线组合、圆弧线或抛物线单一组合造型等传统方法的基础上发展为四阶样条、三次多项式、五次多项式、Bezier曲线等新方法，这类方法设计的涡轮型线具有连续的三阶导数，满足了叶片进、出口角以及叶片流道连续收缩的要求，避免了无连续导数叶型曲线造成的流体速度和压力的突变，提升了涡轮的流体力学特性。尽管涡轮的设计能力大大提升，但也使得涡轮的几何形状也随之更为复杂，所需控制的参数也随之大大增加。因此，如何快速有效地对涡轮的性能进行测试与评定，验证计算机模拟仿真技术对涡轮性能的预测，进而对涡轮设计参数的做出进一步的调整和优化，并有效地减少涡轮设计研发成本和周期，开发一种便捷高效的涡轮性能测试验证试验台便具有重要的现实意义。

目前，国内外拥有各种类型的涡轮试验台，覆盖范围较广，设计水轮机测试、航空发动机测试、汽车涡轮增压器测试等等，均具有较强的专业性和单一性，虽然可以获得详细的具有针对性的测试数据，但不具有互换性，不可对不同类型涡轮零部件的性能进行测试，且使用流体单一，仅可在单一的气体或液体介质条件下对涡轮进行测试。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种涡轮实验台，其可以实现单一涡轮实验台上，利用不同流体介质中对不同类型涡轮的性能进行测试，不仅可获得单或多级涡轮的扭矩、转速等常规性能，而且可以测量出涡轮旋转对其周围流体围压的影响，还可以对涡轮的随动性能进行测量，实现对涡轮部件可用性、设计模型合理性、仿真预测准确性的评测，为涡轮设计与优化提供依据。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种涡轮实验台，包括涡轮测试装置，所述涡轮测试装置包括从上至下依次设置的第一驱动机构、涡轮测试机构和第二驱动机构；

所述涡轮测试机构包括流体进口、上套筒、涡轮套筒、下套筒和流体出口，所述流体进口、上套筒、涡轮套筒、下套筒和流体出口相互连接形成一流体通道，所述涡轮能够通过涡轮安装轴分别与第一驱动机构和第二驱动机构连接；

所述涡轮实验台还包括用于采集涡轮工作状态数据的数据采集系统。

进一步，所述涡轮安装轴包括上涡轮安装轴和下涡轮安装轴，所述涡轮的一端通过上涡轮安装轴与第一驱动机构连接，所述涡轮的另一端通过下涡轮安装轴与第二驱动机构连接。

进一步，所述涡轮测试装置还设置有机架，所述机架上设置有第一横支撑板和第二横支撑板，所述第一横支撑板上设置有上端面座，所述第二横支撑板上设置有下端面座，所述上套筒与上端面座固定连接，所述下套筒与下端面座固定连接。

进一步，所述上套筒内设置有整流板，以利于在涡轮测试时获得均匀稳定的内部流场。

进一步，所述上端面座与下端面座上均设置有机床中心架，用于调整流体通道的轴向位置，保证涡轮安装轴与电机轴的轴向同心度，以便于涡轮测试装置的组装和调试，避免了轴向位置偏差导致测试数据不可靠的情况发生。

进一步，所述流体进口处设置有进口压力传感器，所述流体出口处设置有出口压力传感器和控制阀，用于测量进口和出口的流体压力差值，进而可利用流体力学计算出涡轮旋转所消耗的流体能量，对涡轮的效率进行评价。

进一步，所述涡轮处设置有环形排布压力传感器，所述环形排布压力传感器安装在与涡轮对应的涡轮套筒上，可用于测量涡轮旋转对周围流场的压力影响。

进一步，所述第一驱动结构包括上部电机和第一联轴器，所述上部电机通过第一联轴器与上涡轮安装轴连接，所述上涡轮安装轴穿过上端面座并与其轴承连接；

所述第一联轴器设置有上部转扭传感器，用于测试涡轮转动的扭矩和转速。