[发明专利]航空发动机回油管路油气两相流空隙率测量方法和装置

说明书

本发明公开一种带有温度补偿的回油管路中油气两相流的空隙率测量方法，该方法首先在离线状态下模拟回油管路中油气两相流的典型流型，分别测量室温时不同空隙率下ECT传感器不相邻的两两电极之间的电容信号，组成离线数据集；并测量不同温度下ECT传感器处于满管和空管状态下不相邻的两两电极之间的电容信号，然后将测得的离线数据集中的电容信号进行归一化处理，并训练基于主成分回归的空隙率测量模型；在线测试时，实时采集管道截面的温度以及ECT传感器不相邻的两两电极之间的电容信号，在对电容信号进行温度补偿和归一化处理后，输入训练后的空隙率测量模型，输出空隙率。该方法能够直接获得空隙率，有效降低运算复杂度和温度对空隙率测量的影响。

技术领域

本发明涉及多相流测试技术领域，尤其涉及一种航空发动机回油管路油气两相流空隙率测量方法和装置。

背景技术

航空发动机是一个结构复杂、精密度高的设备，在其运行过程中，润滑系统为航空发动机的齿轮、轴承等设备提供润滑和冷却并带走磨粒等外来杂质，并且起着防锈、清洁、密封和缓冲等作用。回油系统将出油孔排出的润滑油返回到润滑油箱，以保证轴承内滑油的质量和温度的平衡，在维持发动机正常运转上发挥了重要作用。为了更好地分析回油管路润滑油流动状态，更加合理地设计回油管路，需要对回油管路中的相关流动参数进行测量。

空隙率，又称截面含气率，指在两相流动的横截面上，气相面积占截面总面积的比率，该参数是进行两相流流动分析以及其他相关参数测量的重要流动参数之一。

电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography，简称ECT)传感器可以根据被测场内介质分布不同引起的介电常数分布不同，通过测量场内电容值及灵敏度矩阵分布反演出场内介质分布情况，为解决两相流空隙率测量问题提供了一种有效的途径。

航空发动机的回油管路存在复杂多变的润滑油-空气两相混合流动，回油管路管径小。发动机工作时，回油管路温度较高，且伴有持续的温度变化。回油管路中润滑油的电学特性随温度变化而发生改变，现有的ECT传感器通常工作于室温环境下，无法适应温度变化引起的被测介质电学特性变化。

使用ECT传感器测量两相流的空隙率，通常首先进行管道截面的图像重建，再根据重建后的图像计算空隙率。其中图像重建的计算复杂度较高，费时费力，影响空隙率测量的实时性。

中国专利一种电容层析成像系统(CN201821805532.2)公开了一种电容层析成像系统，其适用于常温恒温条件下管道截面图像重建，没有进行空隙率的测量。在被测介质温度变化时，其电学特性也随之改变，该系统无法适用。

中国专利一种应用于低温流体两相流相分布测量的电容层析成像传感器(CN201910796019.4)公开了一种电容层析成像传感器，其可以在室温和低温下工作，不适用于航空发动机回油管路的高温环境。

国际专利一种内置电极式电容层析成像传感器(WO2019214471A1)公开了一种高温内置ECT传感器，其电极片直接接触被测流体，长期使用容易腐蚀，其装置结构与信号处理与本发明存在较大差别。

综上所述，未加温度补偿的情况下，空隙率测量值会随着温度的变化，产生较大的误差，目前尚不存在适用于航空发动机回油管路油气两相流的空隙率测量的成熟方法，需要根据实际工况寻求合适的测量方法和测量装置，能够在管道内部两相流体温度不断变化的情况下对空隙率进行实时测量，且测量装置能够长期耐受较高的温度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种回油管路油气两相流空隙率测量方法和装置，该方法带有温度补偿机制，能够适应油气两相流的温度变化，对油气两相流的空隙率进行实时测量。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种带有温度补偿的回油管路中油气两相流的空隙率测量方法，该方法包括如下步骤：