CN112284753A - 压气机试验流量测量分析方法、装置和压气机试验*** - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本公开涉及压气机试验技术领域,尤其涉及一种压气机试验流量测量分析方法、装置和压气机试验***。
背景技术
航空发动机压气机研制过程中,需要进行压气机试验测试,测量压气机流量、压比、效率等各种参数。其中,压气机流量的测量是极为重要的一项工作。准确地对压气机的流量进行试验测量,对于评估压气机总特性具有极为重要的意义,因此试验过程中对压气机流量的测量精度要求很高。而实际试验过程中,由于各种原因,总会出现压气机流量测量精度不足的现象。其中,一种常见的现象是压气机实测流量较大波动。流量波动较大时,试验测试无法准确获得压气机的实际流量。
发明内容
本公开的实施例提供了一种压气机试验流量测量分析方法、装置和压气机试验***,能够更准确地评估压气机试验过程中的流量波动情况。
根据本公开的第一方面,提供了一种压气机试验流量测量分析方法,包括:
在一些实施例中,在分析出流量检测部件的测量精度低于预设精度的情况下,压气机试验流量测量分析方法还包括:
提供提高流量测量精度的解决方式,解决方式包括如下方式中的至少一种:更换流量检测部件;调节压气机的节流比使相对换算转速避开流量波动大的区间;以及对比流量检测部件更换前后流量绝对波动量随流量实测值的变化曲线。
在一些实施例中,压气机试验流量测量分析方法还包括:
对压气机流量测量进行至少两次试验;
比较至少两次试验中的流量波动情况。
根据本公开的第二方面,提供了一种压气机试验流量测量分析装置,包括:用于执行上述实施例的压气机试验流量测量分析方法。
根据本公开的第三方面,提供了一种压气机试验流量测量***,包括:
上述实施例的压气机试验流量测量分析装置;以及
流量检测部件,被配置为测量压气机流量。
根据本公开的第四方面,提供了一种压气机试验***,包括:上述实施例的压气机试验流量测量分析装置或压气机试验流量测量***。
本公开实施例的压气机试验流量测量分析方法,在压气机试验过程中对流量进行测量时,可通过计算拟合稳定流量的方式为流量的波动幅度分析提供基准,计算出流量绝对波动量和流量相对波动量,以便准确地评估流量测量的波动情况,为压气机流量测量准确性提供参考。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解,构成本申请的一部分,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的不当限定。在附图中。
图11是本公开压气机试验流量测量分析方法的一些实施例的流程示意图。
具体实施方式
以下详细说明本公开。在以下段落中,更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合,除非明确指出不可组合。尤其是,被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。
本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述,以区分具有相同名称的不同组成部件,并不表示先后或主次关系。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
首先,本公开提供了一种压气机试验流量测量分析方法,这里先对后续出现的一些术语进行解释。
轴流压气机是气流流动方向与工作轮旋转轴心线方向一致或近乎一致的多级压缩设备,由一系列静子-转子交替排列构成,常用于航空发动机或燃气轮机。流量是单位时间内从轴流压气机主流道内流过的气体的质量,单位一般为kg/s。换算流量是根据相似原理,将压气机物理流量换算为气动标准状况进口条件(进口总温288.15K,进口总压101325Pa)下的物理流量,单位一般为kg/s。流量检测部件是压气机或航空发动机试验时,放置在试验件进口用来测量试验空气流量的管状测量装置。压气机试验时进行的测试是通过测试设备获取压气机的流量、压比、效率等参数的过程。
在一些实施例中,如图11所示,压气机试验流量测量分析方法包括如下步骤:
该实施例在压气机试验过程中对流量进行测量时,可通过计算拟合稳定流量的方式为流量的波动幅度分析提供基准,并在此基准上使用无量纲的分析思想,计算出流量绝对波动量和流量相对波动量,以便准确地评估流量测量的波动情况,识别出原始流量实测值出现波动较大对测量结果准确性带来较大影响的情况。由此,该实施例能够根据压气机试验过程中采集的流量实测值,准确地评估压气机实测流量波动大小,从而很好地评估压气机试验过程中流量的波动情况,为压气机流量测量准确性提供参考。
例如,分析时,对于数据采集频率为f的数据,计算时刻的拟合稳定流量时,选取时刻往前N个时间值和该时刻往后N个时间值对应的流量实测值,计算该2N个实测流量值的平均值,作为该时刻的拟合稳定流量,可通过如下公式计算:
其中,N的取值范围为10≤N≤500。
例如,如图1为试验A中流量实测值随时间变化曲线为B1,拟合稳定流量随时间变化曲线为C1,从右下角的放大图来看,流量波动较大。进一步地,图1中在同一坐标系中给出了相对换算转速随时间的变化曲线A1,由此可看出流量实测值随相对换算转速的变化。
如图2为试验B中流量实测值随时间变化曲线为B2,拟合稳定流量随时间变化曲线为C2,从右下角的放大图来看,流量波动较小。进一步地,图2中在同一坐标系中给出了相对换算转速随时间的变化曲线A2,由此可看出流量实测值随相对换算转速的变化。
该实施例通过计算各时刻下的流量绝对波动量,能够反映出流量实测值相对于拟合稳定流量的偏离程度,如果各时刻下的流量绝对波动量整体较大,则说明流量检测部件的测试精度较低,难以满足试验要求,如果个别时刻流量实测值出现发生异常的情况,可舍弃当前时间段的采集数据,再采集其它时间段的流量数据作为有效试验数据。
该实施例将流量绝对波动量随流量实测值的变化曲线,和相对换算转速随时刻的变化曲线绘制到同一个坐标系中,从该变化图中,既能够直观分析出流量绝对波动量在不同时刻的变化情况,又能比较出不同相对换算转速下流量绝对波动量的变化情况。如果流量检测部件(例如流量检测部件)的检测精度难以达到试验需求,但是又无法更换流量检测部件,则在制定试验策略时可调整节流比以尽量避开流量波动较大的区间。
该实施例将流量相对波动量随时刻的变化曲线,和相对换算转速随时刻的变化曲线绘制到同一个坐标系中,从该变化图中,既能够直观分析出流量相对波动量在不同时刻的变化情况,又能比较出不同相对换算转速下流量相对波动量的变化情况。与绝对波动量的变化图结合,能够更直观地反映出流量波动情况,为试验策略的制定和试验结果的分析提供依据。
如果流量检测部件(例如流量管)的检测精度难以达到试验需求,但是又无法更换流量检测部件,则在制定试验策略时可调整节流比以尽量避开流量波动较大的区间。
例如,如图7为试验A中流量绝对波动量随流量实测值变化曲线为B7,且波动量较大;进一步地,图7中在同一坐标系中给出了相对换算转速随流量实测值的变化曲线A7,由此可看出流量绝对波动量随相对换算转速的变化。
例如,如图9为试验A中流量相对波动量随流量实测值变化曲线为B9,且波动量较大;进一步地,图9中在同一坐标系中给出了相对换算转速随流量实测值的变化曲线A7,由此可看出流量相对波动量随相对换算转速的变化。
如图10为试验B中流量相对波动量随流量实测值变化曲线为B10,且波动量较小;进一步地,图10中在同一坐标系中给出了相对换算转速随流量实测值的变化曲线A10,由此可看出流量相对波动量随相对换算转速的变化。
在一些实施例中,在通过步骤150G-150H或步骤150I-150J分析出流量检测部件的测量精度低于预设精度的情况下,压气机试验流量测量分析方法还包括:
提供提高流量测量精度的解决方式,解决方式包括如下方式中的至少一种:更换流量检测部件;调节压气机的节流比使相对换算转速避开流量波动大的区间;以及对比流量检测部件更换前后流量绝对波动量和/或流量相对波动量随流量实测值的变化曲线。
该实施例通过对流量绝对波动量和/或流量相对波动量进行分析,其结果可为试验策略的制定提供参考,如果该流量检测部件的测试精度试验方无法接受,则需考虑更换流量检测部件。如果条件不具备无法更换流量检测部件,则制定试验策略时需采取措施(例如调整节流比等)尽量避开流量波动较大的区间。
在一些实施例中,压气机试验流量测量分析方法还包括:
对压气机流量测量进行至少两次试验;
比较至少两次试验中的流量波动情况。
该实施例通过对两次不同的压气机试验比较流量数据,可用来比较不同压气机试验中流量的波动大小,为性能数据的对比提供参考。
其次,本公开还提供了一种压气机试验流量测量装置,包括:分析部件,被配置为执行上述实施例的压气机试验流量测量分析方法。
在一些实施例中,压气机试验流量测量***还包括:流量检测部件,被配置为测量压气机流量,例如,流量检测部件可采用流量管。
再次,本公开还提供了一种压气机试验***,包括:上述实施例的压气机试验流量测量***。
下面通过两个实施例来说明压气机试验流量分析方法。
实施例一:以某压气机试验(记为试验A)实测流量波动分析为例。该压气机试验流量数据采集频率f为20Hz,即每秒采集20个时间值和20个实测流量值。
第一步,对于每一个时刻,计算该时刻下拟合稳定流量。选取该时刻往前往后共200个时刻的流量实测值(包括该时刻往前5秒共100个时刻的实测流量值,和该时刻往后5秒共100个时刻的实测流量值),计算该200个时刻下对应200个流量实测值的平均值,作为时刻下的拟合稳定流量:
第四步,进行结果分析。
如图3所示,绘制流量绝对波动量随时间的变化曲线B3进行分析。在图3上同时画出相对换算转速随时间的变化曲线A3。通过该图可直观地看出流量绝对波动量的波动情况。同时通过转速曲线,可比较不同转速下流量绝对波动量的波动情况。如图3所示,在时间第1000~1800秒时间段内,压气机一直处于60%相对换算转速,其流量的绝对波动量(峰峰值差异)约为1.2kg/s。在时间第1900~2400秒时间段内,压气机一直处于80%相对换算转速内,其流量的绝对波动量约1.5kg/s。在时间第3200~5000秒时间段内,压气机一直处于100%相对换算转速内,其流量绝对波动量约1.8kg/s。即该压气机试验,在60%、80%、100%相对换算转速下,流量绝对波动量分别为1.2kg/s、1.5kg/s、1.8kg/s,各转速比较,100%转速时流量绝对波动量波动最大。
如图5所示,绘制流量相对波动量随时间的变化曲线B5。可在图5上同时画出相对换算转速随时间的变化曲线A5。通过图5可直观地看出流量相对波动量的波动情况。同时通过转速曲线,可比较不同转速下流量相对波动量的波动情况。如图5所示,在时间第1000~1800秒时间段内,压气机一直处于60%相对换算转速,其流量的相对波动量(峰峰值差异)约为6%。在时间第1900~2400秒时间段内,压气机一直处于80%相对换算转速内,其流量的相对波动量(峰峰值差异)约为5.5%。在时间第3200~5000秒时间段内,压气机一直处于100%相对换算转速内,其流量的相对波动量(峰峰值差异)约为4%。即该压气机试验,在60%、80%、100%相对换算转速下,流量相对波动量分别为6%、5.5%、4%,各转速比较,60%转速时流量相对波动量最大。
如图9所示,绘制流量相对波动量随流量实测值变化曲线B9,该图一般可用来辅助分析流量管的测量精度。如图9,横坐标为流量实测值,纵坐标为对应流量实测值下流量管测量值的流量相对波动量大小。从图9可以看出,在本实施例中,15kg/s以下流量波动较小,在流量15kg/s以上波动情况较严重,测量值最大波动量约为6%,该流量管在流量15kg/s以上测量偏差可能会较大。该分析结果可为试验策略的制定提供参考,如果该流量管的测试精度试验方无法接受,需考虑更换流量管。如果条件不具备无法更换流量管,则制定试验策略时需采取措施(例如调整节流比)尽量避开15kg/s以上流量波动较大的区间。如果试验过程中更换了流量管,也可以通过更换前后流量相对波动量随实测流量变化图,对比分析更换前后的流量波动变化,分析更换流量管是否有效果。
实施例二;本实施例对两次压气机试验结果(分别记为试验A和试验B)进行对比分析。
以某压气机试验(记为试验B)为例,对比实施例一中压气机试验A的实测流量结果,可以分析两次压气机试验中实测流量波动幅度的差异,辅助进行两次试验性能数据的比对工作。试验B中拟合稳定流量、流量绝对波动量、流量相对波动量的计算参考实施例一中试验A的计算过程。
流量相对波动量随时间的变化图对比分析。图5、图6分别为试验A、试验B流量相对波动量随时间的变化情况。如图5,压气机试验A在60%以上转速流量波动较大,测试精度较差,而在60%转速以下流量波动幅度较小,测试精度相对较好。如图6,压气机试验B中,可以明显看出各转速下压气机流量相对波动量都很小,测试精度较好。因此,比较试验A和试验B的性能数据时,在60%转速以下两次试验的流量波动较小,测量精度较好,试验数据可信程度大,两者的数据具有可比性。而在60%转速以上,两次试验中,试验A流量波动较大,进行试验A和试验B性能数据对比时,需考虑测试偏差带来的差异。
流量相对波动量随流量实测值变化图对比分析,该图一般反映的是压气机试验所用流量管的测试精度,该对比一般比较的是两次试验所用流量管的测试精度差异。图9和图10分别为试验A、试验B流量相对波动量随流量实测值的变化情况。如图9,压气机试验A所用流量管测量值最大波动量约为6%,15kg/s以下流量波动较小,在15kg/s以上流量的波动情况较严重,测量偏差会较大。试验B所用流量管,在0~48kg/s范围内测量结果波动性均较小,较A试验所用流量管精度更好,如果试验A和试验B为同一次试验更换流量管前后的测试结果,则表明更换流量管效果显著。
由此,上述实施例的分析方法至少能实现以下技术效果:
1、能够对压气机试验过程中出现的流量波动较大的问题,准确地分析流量波动的幅度,为流量测量准确性分析提供参考。
2、能够对流量管的测量精度进行分析,分析该流量管在不同流量测量范围内的流量波动性大小、流量测量精度和流量测量数据的有效性;而且,通过分析更换流量管前后流量实测值波动幅度的差异,可评估更换流量管是否有效果。
3、通过本方法计算出的流量波动绝对量和流量波动相对量,可以对不同转速下流量绝对值差异较大的情况,进行流量波动性比较。
4、可以对两次不同的试验中流量波动的情况进行比较,也可以对一次试验中更换流量管前后的流量波动情况进行比较。但是,在进行试验结果性能数据比对之前,需要先对试验流量参数的数据有效性进行评估。
以上对本公开所提供的实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本公开原理的前提下,还可以对本公开进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。
Claims (13)
10.根据权利要求1所述的压气机试验流量测量分析方法,其特征在于,还包括:
对压气机流量测量进行至少两次试验;
比较所述至少两次试验中的流量波动情况。
11.一种压气机试验流量测量分析装置,其特征在于,用于执行权利要求1~10任一所述的压气机试验流量测量分析方法。
12.一种压气机试验流量测量***,其特征在于,包括:
权利要求11所述的压气机试验流量测量分析装置;以及
流量检测部件,被配置为测量压气机流量。
13.一种压气机试验***,包括:权利要求11所述的压气机试验流量测量分析装置,或者权利要求12所述的压气机试验流量测量***。
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