專利名稱：微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺及試驗方法
技術領域：
本發明涉及的是一種用于葉輪機械性能測量的裝置，可精確測量壓氣機和渦輪葉輪特性參數及部分流場參數的微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺及試驗流程。
背景技術：
微型渦輪發動機(MTE)重量輕、功率大、能量密度高，可作為各種微小型導彈、無人機、乃至未來單兵飛行器的推進系統，是一種具有很好應用前景的新興噴氣推進動力裝置； 微型渦輪發動機也可以發展為飛機輔助動力系統(即APU)，僅民用航空領域，輔助動力系統就有近百億美元的年產值規模。葉輪部件(包括壓氣機與渦輪)作為微型發動機的核心部件，其性能的精確測量對驗證并改進微葉輪設計技術、提高發動機總體性能均具有重要意義。然而，微葉輪機械的性能測量與常規尺度葉輪不同，存在其特殊之處微葉輪機械的轉速遠大于常規尺度葉輪，一般在10萬轉/分以上。目前，市面上能夠購買到的電動機、測功機、測扭儀等產品的最高轉速一般不超過3萬轉/分。在常規尺度下，壓氣機與渦輪的部件試驗一般單獨進行，電動機可作為壓氣機部件試驗的動力源，驅動壓氣機達到一定轉速，而測功機和測扭儀可作為渦輪部件試驗的負載，測量出渦輪的功率輸出。由于現有產品轉速較低，欲實現高轉速下的葉輪性能測量，則惟有在葉輪轉軸與電動機/測功機等增加齒輪變速系統，這將大大增加系統的復雜性。
發明內容
本發明提出了一種微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺及試驗流程，其目的旨在克服現有技術所存在的上述缺陷。能夠兼具壓氣機和渦輪部件性能測試功能。該裝置的壓氣機氣路與渦輪氣路獨立，互不干擾，因此可分別調節壓氣機與渦輪工況，實現測試葉輪的不同轉速流量工況。在開展壓氣機部件試驗時，渦輪作為動力源驅動壓氣機；在開展渦輪部件試驗時，壓氣機作為負載測量渦輪輸出功率。本發明的技術解決方案其特征是包括氣源、加溫器、渦輪組件、壓氣機組件、PC 控制機、測量與數據采集系統、扭矩傳感器、振動監控系統，其中氣源連接加溫器，氣源為加溫器提供高壓空氣；加溫器連接渦輪組件，加溫器將氣源提供的壓縮空氣加熱成熱燃氣， 由熱燃氣驅動渦輪組件中的測試渦輪；渦輪組件實現測試渦輪的裝配與參數測量；渦輪組件中的渦輪轉子通過轉軸連接壓氣機組件中的壓氣機轉子，帶動壓氣機轉子旋轉，壓氣機組件實現測試壓氣機的裝配與參數測量；PC控制機中的A控制信號端與上行電動調節閥， PC控制機中的B控制信號端與下行電動調節閥相接，PC控制機中的C控制信號端與快速排放閥相接，PC控制機中的D控制信號端與油泵相接；設置在轉軸上的扭矩傳感器的信號輸出端與測量與數據采集系統的第一信號輸入端相接，由加溫器加熱得到的熱燃氣通過熱電偶與測量與數據采集系統的第二信號輸入端相接，渦輪組件的信號輸出端與測量與數據采集系統的第三信號輸入端相接，壓氣機組件的壓力、溫度信號輸出端和下行流量輸出端、下行管路壓力信號輸出端與測量與數據采集系統的第四信號輸入端相接，上行流量輸出端與測量與數據采集系統的第五信號輸入端相接，上行管路壓力信號輸出端與數據采集系統的第六信號輸入端相接，振動監控系統的振動信號檢測端與壓氣機組件連接以測量系統振動信號，振動監控系統的信號輸出端與測量與數據采集系統的第七信號輸入端相接，數據采集系統的信號輸出端與PC控制機相接。本發明的優點用高溫燃氣驅動渦輪并帶動壓氣機旋轉，具有獨立的壓氣機氣路和渦輪氣路，可獨立調節渦輪或壓氣機工況。在開展壓氣機部件試驗時，渦輪作為動力源驅動壓氣機；在開展渦輪部件試驗時，壓氣機作為負載調節渦輪輸出功率。通過調節渦輪進口壓力、溫度，渦輪出口背壓，壓氣機出口背壓，實現渦輪和壓氣機在不同轉速、流量工況下的匹配，獲得測試葉輪的等轉速特性線。獨立的壓氣機組件和渦輪組件，分別支承壓氣機轉子與渦輪轉子，中間依靠轉軸連接。核心部件采用模塊化結構設計，提高裝置的通用性和利用率。為防止軸承失效，并改善試驗環境，裝置具備冷卻潤滑油路并采取隔熱措施。
附圖I是微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺結構框圖。
附圖2是壓氣機組件結構示意圖。
附圖3是渦輪組件結構示意圖。
附圖4是微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺的主體結構示意圖。
附圖5是試驗臺主體結構潤滑油路及冷卻氣路圖。
附圖6是試驗臺高溫部件隔熱措施示意圖。
附圖7是加溫器結構示意圖。
附圖8是一種用于測量超高轉速葉輪轉軸扭矩的裝置的結構示意圖。
附圖中的I是壓氣機支座、2是壓氣機進氣整流管路、3是壓氣機轉子、4是壓氣機
轉子機匣、5是壓氣機靜子機匣、6是擴壓器、7是壓氣機排氣渦殼、8是壓氣機排氣轉接段、 9是壓氣機軸承機匣、10是壓氣機回油盤、11是光柵盤、12是轉軸、13是渦輪回油盤、14是渦輪軸承機匣、15是渦輪進氣轉接段、16是渦輪進氣渦殼、17是渦輪靜子機匣、18是渦輪導向器、19是封嚴蓖齒、20是渦輪轉子、21是渦輪轉子機匣、22是堵錐調節機構、23是渦輪支座、24是壓氣機核心組件、25是渦輪核心組件、26是底座、27是潤滑油、28是冷卻用壓縮空氣、29是封嚴用壓縮空氣、30是隔熱材料、31是微型燃燒室。
具體實施例方式對照附圖1，微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺的結構包括氣源、加溫器、渦輪組件、 壓氣機組件、PC控制機、測量與數據采集系統、扭矩傳感器、振動監控系統，其中氣源連接加溫器，氣源為加溫器提供高壓空氣；加溫器連接渦輪組件，加溫器將氣源提供的壓縮空氣加熱成熱燃氣，由熱燃氣驅動渦輪組件中的測試渦輪；渦輪組件實現測試渦輪的裝配與參數測量；渦輪組件中的渦輪轉子通過轉軸連接壓氣機組件中的壓氣機轉子，帶動壓氣機轉子旋轉，壓氣機組件實現測試壓氣機的裝配與參數測量；PC控制機中的A控制信號端與上行電動調節閥，PC控制機中的B控制信號端與下行電動調節閥相接，PC控制機中的C控制信號端與快速排放閥相接，PC控制機中的D控制信號端與油泵相接；設置在轉軸上的扭矩傳感器的信號輸出端與測量與數據采集系統的第一信號輸入端相接，由加溫器加熱得到的熱燃氣通過熱電偶與測量與數據采集系統的第二信號輸入端相接，渦輪組件的信號輸出端與測量與數據采集系統的第三信號輸入端相接，壓氣機組件的壓力、溫度信號輸出端和下行流量輸出端、下行管路壓力信號輸出端與測量與數據采集系統的第四信號輸入端相接， 上行流量輸出端與測量與數據采集系統的第五信號輸入端相接，上行管路壓力信號輸出端與數據采集系統的第六信號輸入端相接，振動監控系統的振動信號檢測端與壓氣機組件連接以測量系統振動信號，振動監控系統的信號輸出端與測量與數據采集系統的第七信號輸入端相接，數據采集系統的信號輸出端與PC機相接。所述的PC控制機采用的是TMS320F28027芯片，主要控制量包括加溫器上游閥門開度、壓氣機下游閥門開度、燃油供應量及渦輪轉子下游堵錐錐位，以系統轉速為調節目標，當實測轉速與目標轉速不一致時，通過調節兩個閥門的開度和堵錐錐位調整壓氣機和渦輪的空氣流量，通過調節油泵供油電壓調整燃油流量以改變渦輪進口溫度，以此調節壓氣機與渦輪的功率匹配關系，獲得所需轉速、流量狀態。所述的測量與數據采集系統主要包括轉速傳感器、壓力掃描閥、溫度巡檢儀、差壓式V錐流量計、光電扭矩傳感器、總/靜壓探針、熱電偶、動態壓力傳感器等測量設備以及NI PXI采集系統，完成本試驗臺各截面的氣動參數(包括穩態總/靜壓、動態靜壓、穩態總/靜溫)、轉速、壓氣機/渦輪空氣流量、轉軸扭矩等的測量，并利用PXI采集系統將采集到的試驗數據按照需要的采樣頻率統一存儲，方便后續試驗結果分析。所述的振動監控系統主要包括加速度傳感器、振動監測儀，在壓氣機轉子機匣垂直方向和水平方向各設置一個加速度傳感器，檢測系統的徑向振動及軸向振動，并將檢測結果在監測儀上實時顯示。對照附圖2，其結構包括壓氣機支座、壓氣機軸承機匣、進氣整流管路2、壓氣機排氣轉接段8、壓氣機排氣渦殼7、壓氣機轉子3、擴壓器6、壓氣機轉子機匣4、壓氣機靜子機匣 5、轉軸12，其中進氣整流管路2與壓氣機轉子機匣4、壓氣機靜子機匣5、擴壓器6、壓氣機軸承機匣9、壓氣機排氣轉接段8順序連接，壓氣機排氣渦殼與壓氣機排氣轉接段連接，轉軸12與壓氣機轉子依靠軸承支撐在壓氣機軸承機匣內，該部分組件全部安置在壓氣機支座上。環境氣體經進氣整流管路2整流后流入流經壓氣機轉子3、擴壓器6、壓氣機排氣轉接段8和排氣渦殼，在渦殼下游安裝流量計測量壓氣機空氣流量，在流量計下游安裝調節閥調節壓氣機背壓改變壓氣機工況。在壓氣機靜子機匣5上設置測點測量壓氣機轉子出口總溫、總壓和靜壓，在壓氣機轉子機匣上設置測點測量壓氣機流場內動態壓力信號。對照附圖3，其結構主要包括渦輪支座23、渦輪軸承機匣14、渦輪進氣渦殼16、渦輪進氣轉接段15、渦輪導向器18、渦輪轉子20、轉軸12、渦輪轉子機匣21、渦輪靜子機匣 17、堵錐調節機構22，其中渦輪進氣渦殼16與渦輪進氣轉接段15連接，渦輪進氣轉接段 15與渦輪軸承機匣14、導向器18、渦輪靜子機匣17、渦輪轉子機匣21順序連接，轉軸12與渦輪轉子20依靠軸承支撐在渦輪軸承機匣14內，堵錐調節機構22連接在渦輪轉子機匣21 下游，壓縮空氣在加溫器內燃燒升溫后流經進氣渦殼、進氣轉接段、導向器進入渦輪轉子， 沖擊葉輪旋轉，再流經堵錐調節機構排入大氣。在加溫器上游安裝流量計測量渦輪空氣流量，在流量計上游安裝調節閥調節渦輪供氣壓力改變渦輪工況。堵錐調節機構安裝在渦輪轉子下游，通過改變堵錐錐位實現渦輪不同出口背壓工況。在導向器機匣上設置測點測量導向器進口總溫、總壓和靜壓，在渦輪轉子機匣上設置測點測量渦輪轉子出口總溫、總壓和靜壓。對照附圖4，聯合試驗臺主體結構由壓氣機組件和渦輪組件兩大部分構成，主要包括壓氣機支座I、壓氣機核心組件24、壓氣機排氣渦殼7、底座26、渦輪支座23、渦輪進氣渦殼16、堵錐調節機構22，其中壓氣機核心組件24與壓氣機排氣渦殼7均安裝于壓氣機支座I上組成壓氣機組件；渦輪核心組件25、渦輪進氣渦殼16與堵錐調節機構22均安裝于渦輪支座I上組成渦輪組件；壓氣機組件與渦輪組件同時安裝于底座26上，構成試驗臺的主體結構部分。壓氣機組件與渦輪組件支承了整套轉子系統并布置了絕大部分的測點，以完成壓氣機與渦輪性能的測量。由于壓氣機氣路與渦輪氣路獨立，壓氣機增壓后的氣體并不輸入渦輪端，因此壓氣機組件與渦輪組件作為兩個獨立的模塊結構，中間靠轉軸連接。對照附圖5，其結構包括渦輪導向器18、渦輪軸承機匣14、封嚴蓖齒19、渦輪轉子 20、轉軸12、渦輪回油盤13、光柵盤11，其中渦輪導向器18安裝于渦輪軸承機匣14上，轉軸12安置于渦輪軸承機匣14中心孔內，渦輪轉子20和光柵盤11安裝于轉軸12上，渦輪回油盤13與渦輪軸承機匣14連接，上述部件構成一個環腔。由于測試葉輪轉速高達10萬轉/分以上，因此軸承在運轉過程中產生大量熱量，影響其正常運轉，因此為軸承設計了潤滑油路，以降低軸承工作溫度，其結構為通過渦輪軸承機匣14上的斜孔采用油泵供入潤滑油27，潤滑油27經軸承流入渦輪軸承機匣14中心孔，順著轉軸12流到渦輪回油盤13 內，積聚在光柵盤11端面側，用回油泵抽出，實現潤滑油的循環。由于光柵盤11與渦輪回油盤13之間存在間隙，為防止部分潤滑油自該間隙內漏出，因此在渦輪回油盤周向3個氣孔內供入高壓空氣，在光柵盤與渦輪回油盤之間的間隙內形成高壓氣膜，封堵潤滑油的泄漏。同時為渦輪組件設置冷卻氣路，降低渦輪組件核心溫度，其結構為通過渦輪軸承機匣 14背面的4個氣孔通入冷卻空氣，冷卻空氣積聚在軸承機匣和封嚴蓖齒19構成的環腔內， 再從封嚴蓖齒19背面的36個小孔噴射到渦輪轉子盤背，以減少渦輪導向器18內高溫燃氣向渦輪轉子盤背腔體內的泄漏，并降低渦輪核心組件的溫度。對照附圖6，由于渦輪組件在試驗過程中溫度較高，向外界散發大量熱量，惡化試驗環境，易造成電子元器件失效，因此在渦輪進氣渦殼16外壁面敷設隔熱材料30，減少高溫部件向環境的散熱。對照附圖7，本裝置采用高溫燃氣驅動渦輪來帶動壓氣機高速旋轉，高溫燃氣主要在加溫器內產生，因此加溫器是本裝置的動力源。加溫器的核心是一臺微型蒸發管式環形直流燃燒室31，此外還包括點火器、供油系統等組件。通過控制供油量調節燃氣溫度，滿足試驗不同功率需求。該加溫器系統可將壓縮空氣加溫至1200K。葉輪效率作為其性能的重要指標，是本裝置設計時關注的重點，為實現高速葉輪效率的精確測量，依靠目前的功率測量產品是不現實的。為此，本裝置的扭矩測量系統采用一種用于測量超高轉速葉輪轉軸扭矩的裝置，可實現12. 5萬轉/分的高速轉軸扭矩測量， 精度高達±1%。該扭矩測量裝置在轉軸兩側布置等寬的光柵，光源發出的光線經光柵被光敏元件接收轉化為電信號輸出，利用轉軸受扭矩發生扭轉變形造成兩側光柵發生偏轉，光路寬度變窄，電信號發生變化的原理，精確測量轉軸扭矩。該裝置屬非接觸式測量，電磁干擾小，具有較高的響應速度，能實現高頻信號的采集。微型壓氣機/潤輪聯合試驗臺試用以測量直徑78mm向心潤輪和直徑84mm離心壓氣機的葉輪特性。試驗臺調試結果表明系統運轉正常，各模塊功能基本均能正常發揮，用該設備完成了直徑78mm向心渦輪的部份冷、熱態性能測試。對照圖8，一種用于測量超高轉速葉輪轉軸扭矩的裝置其結構包括轉軸、A光柵盤、B光柵盤、光源、光敏兀件和信號放大數據米集系統,其中A光柵盤、B光柵盤對稱布置并固定連接在轉軸上，A光柵盤、B光柵盤周向對應位置的一組柵槽構成一條光路,光源發出的光線通過該光路被光敏元件接收，轉化為周期性占空比信號輸出給信號放大數據采集系統，由信號放大數據采集系統將放大的信號傳輸給PC機進行數據處理、顯示、保存；當轉軸接受扭矩作用時產生扭轉變形，A光柵盤、B光柵盤柵槽重合部分變小，光路寬度變窄，光敏元件接受到的光強信號減弱，占空比信號減小，占空比信號與扭矩負載存在線性關系，通過扭矩負載標定試驗確定這一線性關系，即可實現高速轉軸的扭矩精確測量。試驗方法包括壓氣機試驗方法和渦輪試驗方法，其中
壓氣機試驗方法啟動空壓機，壓縮空氣經過濾、干燥后輸送到穩壓罐中穩定壓力，打開加溫器上游調節閥門，壓縮空氣流經流量計測定空氣流量后進入加溫器，在加溫器內點火燃燒，達到一定溫度后，輸送到渦輪進氣渦殼經渦輪進氣轉接段流入導向器，在導向器內加速后沖擊渦輪轉子，使其帶動壓氣機轉子一起旋轉。通過安裝在壓氣機盤背的一對磁珠利用電磁效應測量葉輪轉速，并在監視屏上實時顯示出來，若葉輪轉速高于目標轉速，則適當減小加溫器上游閥門開度降低空氣流量，或減小加溫器供油量降低渦輪進口總溫，使葉輪轉速降低至目標值；反之，則適當加大加溫器上游閥門開度增加空氣流量，或增大加溫器供油量提高渦輪進口總溫，使葉輪轉速增加至目標值。維持目標轉速3(T60s，采集渦輪和壓氣機的空氣流量，進出口截面的壓力、溫度，轉軸扭矩等參數。完成該狀態點壓氣機性能測量后，調節壓氣機下游閥門開度，壓氣機背壓發生變化，流量、轉速均隨之變化，若壓氣機轉速低于目標轉速，則增加渦輪流量或提高渦輪進口溫度，增大渦輪輸出功率，使葉輪轉速增至目標值；反之，則減小渦輪流量或降低渦輪進口溫度，減小渦輪輸出功率，使葉輪轉速減至目標值。維持目標轉速3(T60s，采集各項參數，完成該轉速、流量狀態點的壓氣機性能測量。同理，不斷調節壓氣機背壓和渦輪輸出功率，使葉輪轉速維持在目標值，即可獲得該轉速狀態下的壓氣機特性線。渦輪試驗方法啟動空壓機，壓縮空氣經過濾、干燥后輸送到穩壓罐中穩定壓力， 打開加溫器上游調節閥門，壓縮空氣流經流量計測定空氣流量后進入加溫器，在加溫器內點火燃燒，達到一定溫度后，輸送到渦輪進氣渦殼經渦輪進氣轉接段流入導向器，在導向器內加速后沖擊渦輪轉子，使其帶動壓氣機轉子一起旋轉。通過安裝在壓氣機盤背的一對磁珠利用電磁效應測量葉輪轉速，并在監視屏上實時顯示出來，若葉輪轉速高于目標轉速，則適當減小加溫器上游閥門開度降低空氣流量，或減小加溫器供油量降低渦輪進口總溫，使葉輪轉速降低至目標值；反之，則適當加大加溫器上游閥門開度增加空氣流量，或增大加溫器供油量提高渦輪進口總溫，使葉輪轉速增加至目標值。維持目標轉速3(T60s，采集渦輪和壓氣機的空氣流量，進出口截面的壓力、溫度，轉軸扭矩等參數。完成該狀態點渦輪性能測量后，調節渦輪下游堵錐錐位，渦輪背壓發生變化，流量、轉速均隨之變化，若渦輪轉速低于目標轉速，則減小壓氣機下游閥門開度，降低負載壓氣機所需功率，使葉輪轉速增至目標值；反之，增大壓氣機下游閥門開度，增加負載壓氣機所需功率，使葉輪轉速增至目標值。維持目標轉速3(T60s，采集各項參數，完成該轉速、流量狀態點的渦輪性能測量。同理，不斷調節渦輪背壓和負載壓氣機所需功率，使葉輪轉速維持在目標值，即可獲得該轉速狀態下的渦輪特性線。
權利要求
1.微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺，其特征是包括氣源、加溫器、渦輪組件、壓氣機組件、 PC控制機、測量與數據采集系統、扭矩傳感器、振動監控系統，其中氣源連接加溫器，氣源為加溫器提供高壓空氣；加溫器連接渦輪組件，加溫器將氣源提供的壓縮空氣加熱成熱燃氣，由熱燃氣驅動渦輪組件中的測試渦輪；渦輪組件實現測試渦輪的裝配與參數測量；渦輪組件中的渦輪轉子通過轉軸連接壓氣機組件中的壓氣機轉子，帶動壓氣機轉子旋轉，壓氣機組件實現測試壓氣機的裝配與參數測量；PC控制機中的A控制信號端與上行電動調節閥相接，PC控制機中的B控制信號端與下行電動調節閥相接，PC控制機中的C控制信號端與快速排放閥相接，PC控制機中的D控制信號端與油泵相接；設置在轉軸上的扭矩傳感器的信號輸出端與測量與數據采集系統的第一信號輸入端相接，由加溫器加熱得到的熱燃氣通過熱電偶與測量與數據采集系統的第二信號輸入端相接，渦輪組件的信號輸出端與測量與數據采集系統的第三信號輸入端相接，壓氣機組件的壓力、溫度信號輸出端和下行流量輸出端、下行管路壓力信號輸出端與測量與數據采集系統的第四信號輸入端相接，上行流量輸出端與測量與數據采集系統的第五信號輸入端相接，上行管路壓力信號輸出端與數據采集系統的第六信號輸入端相接，振動監控系統的振動信號檢測端與壓氣機組件連接以測量系統振動信號，振動監控系統的信號輸出端與測量與數據采集系統的第七信號輸入端相接，數據采集系統的信號輸出端與PC機相接。
2.根據權利要求I所述的微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺，其特征是壓氣機組件包括壓氣機支座、壓氣機軸承機匣、進氣整流管路、壓氣機排氣轉接段、壓氣機排氣渦殼、壓氣機轉子、擴壓器、壓氣機轉子機匣、壓氣機靜子機匣、轉軸，其中進氣整流管路與壓氣機轉子機匣、壓氣機靜子機匣、擴壓器、壓氣機軸承機匣、壓氣機排氣轉接段順序連接，壓氣機排氣渦殼與壓氣機排氣轉接段連接，轉軸與壓氣機轉子依靠軸承支撐在壓氣機軸承機匣內，環境氣體經進氣整流管路整流后流入流經壓氣機轉子、擴壓器、壓氣機排氣轉接段和排氣渦殼， 在渦殼下游安裝流量計測量壓氣機空氣流量，在流量計下游安裝調節閥調節壓氣機背壓改變壓氣機工況；在壓氣機靜子機匣上設置測點測量壓氣機轉子出口總溫、總壓和靜壓，在壓氣機轉子機匣上設置測點測量壓氣機流場內動態壓力信號。
3.根據權利要求I所述的微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺，其特征是渦輪組件包括渦輪支座、渦輪軸承機匣、渦輪進氣渦殼、渦輪進氣轉接段、渦輪導向器、渦輪轉子、轉軸、渦輪轉子機匣、渦輪靜子機匣、堵錐調節機構，其中渦輪進氣渦殼與渦輪進氣轉接段連接，渦輪進氣轉接段與渦輪軸承機匣、渦輪導向器、渦輪靜子機匣、渦輪轉子機匣順序連接，轉軸與渦輪轉子依靠軸承支撐在渦輪軸承機匣內，堵錐調節機構連接在渦輪轉子機匣下游，壓縮空氣在加溫器內燃燒升溫后流經進氣渦殼、進氣轉接段、導向器進入渦輪轉子，沖擊葉輪旋轉，再流經堵錐調節機構排入大氣；在加溫器上游安裝流量計測量渦輪空氣流量，在流量計上游安裝調節閥調節渦輪供氣壓力改變渦輪工況；堵錐調節機構安裝在渦輪轉子下游，通過改變堵錐錐位實現渦輪不同出口背壓工況；在導向器機匣上設置測點測量導向器進口總溫、總壓和靜壓，在渦輪轉子機匣上設置測點測量渦輪轉子出口總溫、總壓和靜壓。
4.根據權利要求3所述的微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺，其特征是以微型蒸發管式環形燃燒室為核心的加溫器，采用燃燒加溫方式獲得高溫燃氣驅動渦輪，燃氣溫度通過改變供油量調節。
5.根據權利要求3所述的微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺，其特征是渦輪進氣渦殼外壁面敷設隔熱材料。
6.微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺的壓氣機試驗方法如下啟動空壓機，壓縮空氣經過濾、干燥后輸送到穩壓罐中穩定壓力，打開加溫器上游調節閥門，壓縮空氣流經流量計測定空氣流量后進入加溫器，在加溫器內點火燃燒加溫后，輸送到渦輪進氣渦殼經渦輪進氣轉接段流入導向器，在導向器內加速后沖擊渦輪轉子，使其帶動壓氣機轉子一起旋轉；通過安裝在壓氣機盤背的一對磁珠利用電磁效應測量葉輪轉速，并在監視屏上實時顯示出來，若葉輪轉速高于目標轉速，則適當減小加溫器上游閥門開度降低空氣流量，或減小加溫器供油量降低渦輪進口總溫，使葉輪轉速降低至目標值；反之，則適當加大加溫器上游閥門開度增加空氣流量，或增大加溫器供油量提高渦輪進口總溫，使葉輪轉速增加至目標值，維持目標轉速3(T60s，采集渦輪和壓氣機的空氣流量，進出口截面的壓力、溫度，轉軸扭矩等參數; 完成該狀態點壓氣機性能測量后，調節壓氣機下游閥門開度，壓氣機背壓發生變化，流量、 轉速均隨之變化，若壓氣機轉速低于目標轉速，則增加渦輪流量或提高渦輪進口溫度，增大渦輪輸出功率，使葉輪轉速增至目標值；反之，則減小渦輪流量或降低渦輪進口溫度，減小渦輪輸出功率，使葉輪轉速減至目標值；維持目標轉速3(T60s，采集各項參數，完成該轉速、流量狀態點的壓氣機性能測量；同理，不斷調節壓氣機背壓和渦輪輸出功率，使葉輪轉速維持在目標值，即可獲得該轉速狀態下的壓氣機特性線。
7.微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺的渦輪試驗方法如下啟動空壓機，壓縮空氣經過濾、 干燥后輸送到穩壓罐中穩定壓力，打開加溫器上游調節閥門，壓縮空氣流經流量計測定空氣流量后進入加溫器，在加溫器內點火燃燒，將壓縮空氣加熱為熱燃氣后，輸送到渦輪進氣渦殼經渦輪進氣轉接段流入導向器，在導向器內加速后沖擊渦輪轉子，使其帶動壓氣機轉子一起旋轉；通過安裝在壓氣機盤背的一對磁珠利用電磁效應測量葉輪轉速，并在監視屏上實時顯示出來，若葉輪轉速高于目標轉速，則適當減小加溫器上游閥門開度降低空氣流量，或減小加溫器供油量降低渦輪進口總溫，使葉輪轉速降低至目標值；反之，則適當加大加溫器上游閥門開度增加空氣流量，或增大加溫器供油量提高渦輪進口總溫，使葉輪轉速增加至目標值；維持目標轉速3(T60s，采集渦輪和壓氣機的空氣流量，進出口截面的壓力、 溫度，轉軸扭矩等參數；完成該狀態點渦輪性能測量后，調節渦輪下游堵錐錐位，渦輪背壓發生變化，流量、轉速均隨之變化，若渦輪轉速低于目標轉速，則減小壓氣機下游閥門開度， 降低負載壓氣機所需功率，使葉輪轉速增至目標值；反之，增大壓氣機下游閥門開度，增加負載壓氣機所需功率，使葉輪轉速增至目標值；維持目標轉速3(T60s，采集各項參數，完成該轉速、流量狀態點的渦輪性能測量；同理，不斷調節渦輪背壓和負載壓氣機所需功率，使葉輪轉速維持在目標值，即可獲得該轉速狀態下的渦輪特性線。
全文摘要
本發明是微型壓氣機/渦輪聯合試驗臺，包括氣源、加溫器、渦輪組件、壓氣機組件、PC控制機、測量與數據采集系統、扭矩傳感器、振動監控系統，優點用高溫燃氣驅動渦輪并帶動壓氣機旋轉，具有獨立的壓氣機氣路和渦輪氣路，可獨立調節渦輪或壓氣機工況。在開展壓氣機部件試驗時，渦輪作為動力源驅動壓氣機；在開展渦輪部件試驗時，壓氣機作為負載調節渦輪輸出功率。通過調節渦輪進口壓力、溫度，渦輪出口背壓，壓氣機出口背壓，實現渦輪和壓氣機在不同轉速、流量工況下的匹配，獲得測試葉輪的等轉速特性線。獨立的壓氣機組件和渦輪組件，分別支承壓氣機轉子與渦輪轉子，中間依靠轉軸連接。模塊化結構設計，提高通用性和利用率。
文檔編號G01M15/14GK102589894SQ20121005079
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者傅鑫, 夏晨, 朱劍鋒, 陳杰, 黃國平 申請人:南京航空航天大學