[发明专利]测试出口容积对压气机稳定性影响的试验装置和试验方法

说明书

本发明公开了一种测试出口容积对压气机稳定性影响的试验装置和试验方法，试验装置包含电机、压气机、计量泵、储罐、内浮顶、以及第一至第四节流阀；储罐内盛水；内浮顶设置在储罐内、浮于储罐内的水面上，将储罐内的腔体分割为上部的集气腔体和下部的调节腔体。通过计量泵泵入一定体积的水，来推动内浮顶移动，从而改变集气腔体体积，改变压气机容积特性，使稳定性和失稳工况发生变化。本发明能够对同一台压气机分别进行喘振和失速的试验研究，还可以保存其它特性不变，改变容积特性，来研究压气机流场变化。

技术领域

本发明涉及叶轮机械技术领域，尤其涉及一种测试出口容积对压气机稳定性影响的试验装置和试验方法。

背景技术

压气机的研发一直朝着高压比、高效率的方向前进，但高性能往往导致低的稳定裕度，压气机在高性能工况下工作时，受到扰动后，极易进入失稳(不稳定)工况。

主要存在2种不稳定现象，第一种称为喘振。1955年Emmons在低速压气机上的研究表明，喘振现象可以当作一个发生共振的亥姆赫兹共振器，压气机对应共振器的喉管，而压气机出口容腔和管道对应于共振腔的腔体。第二种称为失速，失速是叶片附面层分离的结果，气流分离后，压气机的增压能力不再随攻角增大而增加。喘振和失速会产生不同的危害，喘振这种气流共振可能会导致燃烧室熄火，严重还会导致发动机结构破坏；失速要相对缓和的多，会导致压气机性能丧失，压升大大低于设计点，但也不能长时间工作在失速工况，否则会导致发动机推力大幅度下降，产生叶片颤振。

压气机如果进入失稳工况，要先判断失稳类型，在相应地选择手段退出失稳，因为喘振和失速的退出方式不同。为此，设计人员在进行压气机控制系统设计时必须能够准确地判断系统出现地失稳状态。在1976年，E.M.Greitzer首先给出了判断压气机失稳类型的B参数，即

式中，U、a分别为转子切向速度、当地声速；V_P、A_C、L_C分别为集气腔体容积、压气机的当量通道面积、压气机管道的有效长度。

Greiter的研究结果表明，对于每一台压气机都有它自己的临界B参数B_cr，当压气机的B 参数大于该临界值Bcr时，其失稳类型为喘振，B小于B_cr时，为失速。

一台压气机的失稳工况由压气机和外部容腔共同决定，固定的容积V_P只能产生一种失稳工况，因此有必要设计一种可变容积V_P来改变压气机的失稳类型，以此获得更多的试验数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种测试出口容积对压气机稳定性影响的试验装置和试验方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

测试出口容积对压气机稳定性影响的试验装置，包含电机、压气机、计量泵、储罐、内浮顶、以及第一至第四节流阀；

所述电机用于驱动所述压气机工作；

所述储罐密封，其上部设有气体入口和气体出口、底部设有水流入口和水流出口，其中，所述气体入口通过所述第一节流阀和所述压气机的输出端管道相连，所述气体出口通过所述第二节流阀向外界供气，所述水流入口通过所述第三节流阀和所述计量泵的输出端管道相连，所述水流出口通过所述第四节流阀和外部排水管相连；

所述储罐内盛水；所述内浮顶设置在储罐内、浮于储罐内的水面上，将储罐内的腔体分割为上部的集气腔体和下部的调节腔体，用于防止储罐内的水向上飞溅；

所述计量泵的输入端和外界水源管道相连，用于朝储罐内注水。

作为本发明测试出口容积对压气机稳定性影响的试验装置进一步的优化方案，还包含密封带和若干弹性片；