CN112556980B - 离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正方法及装置,属于叶轮机械技术领域,其关键在于将叶片表面贴有热膜的转子置于真空舱中,应用电机带动转子旋转,通过对比转子不同转速下热膜输出信号的变化,得到不同转速下转子叶片在离心力作用下对热膜测量影响的定量值,进而对转子叶片表面热膜测量中离心力的影响进行修正。该发明可直接应用于叶轮机械转子叶片表面热膜测量,能够提高热膜测量转子表面气动参数的精度。
Description
技术领域
本发明阐述了一种离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正装置及应用该装置对转子叶片表面热膜测量的修正方法,属于叶轮机械技术领域。该装置通过将叶片表面贴有热膜的转子置于真空舱中,应用驱动单元带动转子旋转,通过对比转子实验件不同转速下热膜输出信号的变化,得到不同转速下转子叶片在离心力作用下对热膜测量影响的定量值,进而对转子表面热膜测量中离心力的影响进行修正。适用于叶轮机械中应用热膜测量转子叶片表面气体工质气动参数时对离心力对热膜测量的影响进行修正。
背景技术
在叶轮机械叶片表面附面层参数测量时,受相邻叶片影响,叶片间通道狭窄,探针会对气流产生扰动且不易布置,同时一般的接触测量和非接触测量都很难准确监测附面层流动信号的细微变化,因此叶片表面附面层参数测量较为困难。而表面热膜具有高频响、同步性好、对流场扰动极小的特点,在附面层测量方面优势突出,因此表面热膜成为附面层动态特性测量的主要手段。热膜测量是通过热平衡来实现的,通过在热膜测量单元两端加电压使其在流场中维持恒定温度,此时热膜测量单元产生的热量与流体的对流换热达到平衡,当流动状态发生变化时,对流换热散失的热量变化导致热膜测量单元温度和电阻值发生变化,为了维持恒温,施加在测量单元两端的电压也会发生改变。根据电压的变化就能够得到流速的变化。然而,在将热膜应用于转子叶片流场测量时,受离心力的影响,叶片发生变形,导致热膜测量单元也发生变形,使热膜测量单元阻值发生变化,最终导致测量误差。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足,本发明提供了一种离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置及方法,该装置中驱动单元带动转子实验件在真空环境中转动,消除气体对流换热对热膜测试的影响,通过测量不同转速下热膜的输出电压,进行离心力对转子叶片表面热膜测试产生影响的修正。
本发明为解决其技术问题,所采用的技术方案为:
一种离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,包括一真空舱、一热膜测量单元、一转子实验件和一驱动单元,其特征在于,
所述转子实验件至少包括一转轴和一固定设置在所述转轴前端的叶轮,所述叶轮沿周向设有多个转子叶片,所述叶轮及转轴的主体部分旋转支撑在所述真空舱中,所述转轴的末端伸出所述真空舱外并与所述驱动单元传动连接,所述叶轮在所述驱动单元的带动下在所述真空舱的真空环境中转动;
所述热膜测量单元包括敷设在所述转子叶片表面上的热膜、设置在所述转轴前端的信号传输装置及设置在所述真空舱外部的测试计算机,且所述热膜通过热膜引线与所述信号传输装置通信连接,所述信号传输装置与所述测试计算机通信连接,用以将热膜测试信号从所述转子实验件上传输到所述测试计算机;
所述修正实验装置在运行时,首先,在真空环境中测量静态下热膜输出电压信号;然后,利用所述驱动单元带动所述转子实验件在真空环境中旋转稳定至不同转速,测量若干个不同稳定转速下热膜输出电压信号,并将所测得的电压信号根据转速插值,获得热膜输出电压信号随转速连续变化的函数关系;之后,在真实环境中开展转子叶片表面热膜测量,将每个工作状态测得的转子叶片表面热膜输出电压值与该转速下在真空环境中测得的热膜输出电压值相减,排除离心力对热膜测量产生的影响,完成对转子叶片表面热膜气动参数测量的修正。
优选地,所述驱动单元为变频电机,所述变频电机通过联轴器与所述转轴连接,且所述变频电机能够在转子20%~110%相对设计转速的任意转速稳定工作,通过改变所述变频电机的频率来调节所述转子实验件的转速。
优选地,所述转子叶片可以为轴流、离心以及斜流形式;转子工质为气体。
优选地,所述转子实验件的转轴通过轴承、轴承座以及支架支承,并整体置于真空舱中,所述真空舱与真空泵连接,能够应用真空泵抽气使舱内达到真空状态,所述真空舱与转轴之间通过密封装置防止漏气,能够保持舱内真空状态。优选地,所述真空舱内真空环境的真空度能够长期保持不大于200Pa。
进一步地,所述轴承采用脂润滑角接触球轴承,以简化润滑***,且能够承受一定轴向载荷。
优选地,所述转轴采用空心结构,所述转子实验件采用悬臂支撑结构,方便在转子表面以及孔心敷设热膜测试引线,同时方便被测转子的更换。所述转子和叶片做成整体叶盘结构,方便热膜引线。
优选地,所述信号传输装置为滑环或者无线信号传输仪,使得热膜测试信号线引到轴端后应用所述信号传输装置将热膜信号传递到测试计算机;所述信号传输装置优选无线信号传输设备,以简化测量装置结构。
本发明的另一发明目的还在于提供一种应用上述实验装置修正离心力对转子叶片表面热膜测量影响的方法,其特征在于,所述方法至少包括如下步骤,
SS1.整套装置完成安装后,启动驱动单元,对敷设热膜后转子实验件的不平衡量进行检测,优先通过配重的方式调整转子不平衡量;
SS2.完成转子实验件的动平衡后,利用真空泵将真空舱内抽吸至真空状态,之后启动热膜测量单元,测量静态下热膜输出电压信号;
SS3.使用驱动单元带动转子实验件旋转稳定至不同转速,测量若干个不同稳定转速下热膜输出电压信号,并将所测得的电压信号根据转速插值,获得热膜输出电压信号随转速连续变化的函数关系;
SS4.在真实环境中开展转子叶片表面热膜测量,将每个工作状态测得的转子叶片表面热膜输出电压值与该转速下在真空环境中测得的热膜输出电压值相减,排除离心力对热膜测量产生的影响,完成对转子叶片表面热膜气动参数测量的修正。
同现有技术相比,本发明的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正装置及方法,通过将叶片表面贴有热膜的转子置于真空舱中,应用驱动单元带动转子实验件旋转,通过对比转子实验件在不同转速下热膜输出信号的变化,得到不同转速下转子叶片在离心力作用下对热膜测量影响的定量值,进而对转子叶片表面热膜测量中离心力的影响进行修正。该发明可直接应用于叶轮机械转子叶片表面热膜测量,能够提高热膜测量转子表面气动参数的精度。
附图说明
图1为本发明的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置结构示意图。
标号说明:转子支架1,轴承座2,前挡板3,前轴承4,定距环5,转盘6,信号传输装置7,前螺母8,引线孔9,热膜引线10,热膜11,转子叶片12,真空舱13,真空泵14,后轴承15,后挡板16,后螺母17,转轴18,密封装置19,联轴器20,电机21,电机支架22。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述,给出本发明的一个实施例。
如图1所示,本发明的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,包括真空舱13、热膜测量单元、转子实验件和驱动单元。其中,转子实验件至少包括转轴18和固定设置在转轴18前端的叶轮,叶轮沿周向设有多个转子叶片12,叶轮及转轴的主体部分旋转支撑在真空舱中,转轴的末端伸出真空舱13外并与驱动单元(优选为变频电机21)传动连接,叶轮在驱动单元的带动下在真空舱的真空环境中转动;热膜测量单元包括敷设在转子叶片表面上的热膜11、设置在转轴前端的信号传输装置7及设置在真空舱外部的测试计算机,且热膜11通过热膜引线10与信号传输装置7通信连接,信号传输装置与测试计算机通信连接,用以将热膜测试信号从转子实验件上传输到测试计算机。本发明的修正实验装置在运行时,首先利用驱动单元带动转子实验件在真空环境中转动,通过测量不同转速下热膜的输出电压,得到热膜在真空环境中输出电压值随转速变化的关系;之后利用驱动单元带动转子实验件在非真空环境中转动,对于任一运行工况,将热膜输出的电压值与该转速下热膜在真空环境中输出的电压值相减,对热膜气动参数测量值进行修正,即可排除离心力对热膜测量转子叶片表面气动参数的影响。
下面结合图1对本发明的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置进行更加具体的介绍。
(1)热膜测试布置
如图1所示,转子实验件的叶轮包括转盘6和转子叶片12,转盘6和转子叶片12为整体叶盘结构,根据被测转子叶片的流动特征确定转子叶片12上敷设热膜11的位置,并将热膜11敷设于转子叶片12上。热膜测量单元的热膜引线10沿着转子叶片12的表面和转盘6的前表面敷设引至低半径处,通过转盘6和转轴18上的引线孔9引到转轴18的孔心,而后引向转轴18的前端。在转轴18的前端安装信号传输装置7,将热膜引线10与信号传输装置7相连,将热膜测试信号从转子件上传输到测试***及计算机。信号传输设备可以采用滑环或者无线信号传输设备等。
(2)转子实验件
转轴18通过前轴承4和后轴承15支承,低转速时,前轴承4和后轴承15采用脂润滑,高转速时,采用油润滑。前轴承4和后轴承15安装于轴承座2中,轴承座2通过转子支架1支撑,前轴承4的外环通过前挡板3轴向定位,后轴承15的外环通过后挡板16轴向定位。转盘6和定距环5悬臂安装在轴承4的前端,转盘6与转轴18采用过盈配合,键传扭。转盘6、定距环5以及前轴承4的内环通过前螺母8压紧在转轴18的轴肩上。后轴承15的内环通过后螺母17压紧在转轴18的轴肩上。
(3)测试装置布局
整个转子实验件置于真空舱13中,真空舱13与真空泵14连接。转轴18伸出真空舱13外,真空舱13与转轴18之间设置密封装置19,密封装置19可选用迷宫密封、刷式密封等方式,保证舱内外不漏气。转轴18与电机21通过柔性联轴器20连接,电机21通过电机支架22支撑,保证与转轴18同心。
(4)测试实验及修正方法
整个实验装置安装完成后,启动电机21,测量转子不平衡量,通过配重的方式对转子进行动平衡实验,调试完成后,打开真空泵14,使真空舱13内达到真空状态,打开热膜测试***,待***稳定后采集转子静止状态下热膜11的输出电压信号。启动电机21,运行稳定后采集转子叶片12上热膜11输出的电压信号,采集完成后升高电机21转速到某一特定转速,待稳定运行后再次采集热膜11的输出电压信号,而后再次重复升转和采集,直到达到转子最高转速,获得若干个不同转速下热膜11的输出电压信号。将不同转速下转子叶片12表面上的热膜11输出的电压值进行插值,得到表面热膜11在真空环境中输出电压值随转速变化的关系。将转子置于真实工作环境中,开展转子叶片表面热膜流场测试,对于某一特定的运行工况,将热膜11输出的电压值与该转速下热膜在真空环境中输出的电压值相减,对热膜气动参数测量值进行修正,即可排除离心力对热膜测量转子叶片表面气动参数的影响。
此外,需要说明的是,本说明书中仅对实验装置对热膜的测试修正进行了描述,对于测试单元会受离心力影响的热电阻等同样适用,且其装置的结构、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,包括一真空舱、一热膜测量单元、一转子实验件和一驱动单元,其特征在于,
所述转子实验件至少包括一转轴和一固定设置在所述转轴前端的叶轮,所述叶轮沿周向设有多个转子叶片,所述叶轮及转轴的主体部分旋转支撑在所述真空舱中,所述转轴的末端伸出所述真空舱外并与所述驱动单元传动连接,所述叶轮在所述驱动单元的带动下在所述真空舱的真空环境中转动;
所述热膜测量单元包括敷设在所述转子叶片表面上的热膜、设置在所述转轴前端的信号传输装置及设置在所述真空舱外部的测试计算机,且所述热膜通过热膜引线与所述信号传输装置通信连接,所述信号传输装置与所述测试计算机通信连接,用以将热膜测试信号从所述转子实验件上传输到所述测试计算机;
所述修正实验装置在运行时,首先,在真空环境中测量静态下热膜输出电压信号;然后,利用所述驱动单元带动所述转子实验件在真空环境中旋转稳定至不同转速,测量若干个不同稳定转速下热膜输出电压信号,并将所测得的电压信号根据转速插值,获得热膜输出电压信号随转速连续变化的函数关系;之后,在真实环境中开展转子叶片表面热膜测量,将每个工作状态测得的转子叶片表面热膜输出电压值与该转速下在真空环境中测得的热膜输出电压值相减,排除离心力对热膜测量产生的影响,完成对转子叶片表面热膜气动参数测量的修正。
2.根据权利要求1所述的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,其特征在于,所述驱动单元为变频电机,所述变频电机通过联轴器与所述转轴连接,且所述变频电机能够在转子20%~110%相对设计转速的任意转速稳定工作,通过改变所述变频电机的频率来调节所述转子实验件的转速。
3.根据权利要求1所述的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,其特征在于,所述转子叶片可以为轴流、离心以及斜流形式;转子工质为气体。
4.根据权利要求1所述的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,其特征在于,所述转子实验件的转轴通过轴承、轴承座以及支架支承,并整体置于真空舱中,所述真空舱与真空泵连接,能够应用真空泵抽气使舱内达到真空状态,所述真空舱与转轴之间通过密封装置防止漏气,能够保持舱内真空状态。
5.根据权利要求1所述的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,其特征在于,所述真空舱内真空环境的真空度能够长期保持不大于200Pa。
6.根据权利要求4所述的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,其特征在于,所述轴承采用脂润滑角接触球轴承,以简化润滑***,且能够承受一定轴向载荷。
7.根据权利要求1所述的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,其特征在于,所述信号传输装置为滑环或者无线信号传输仪,使得热膜测试信号线引到轴端后应用所述信号传输装置将热膜信号传递到测试计算机;所述信号传输装置为无线信号传输设备,以简化测量装置结构。
8.一种修正离心力对转子叶片表面热膜测量影响的方法,所述方法应用上述权利要求1至7任一项所述的离心力对转子叶片表面热膜测量影响的修正实验装置,其特征在于,所述方法至少包括如下步骤,
SS1.整套装置完成安装后,启动驱动单元,对敷设热膜后转子实验件的不平衡量进行检测,通过配重的方式调整转子实验件的不平衡量;
SS2.完成转子实验件的动平衡后,利用真空泵将真空舱内抽吸至真空状态,之后启动热膜测量单元,测量静态下热膜输出电压信号;
SS3.使用驱动单元带动转子实验件旋转稳定至不同转速,测量若干个不同稳定转速下热膜输出电压信号,并将所测得的电压信号根据转速插值,获得热膜输出电压信号随转速连续变化的函数关系;
SS4.在真实环境中开展转子叶片表面热膜测量,将每个工作状态测得的转子叶片表面热膜输出电压值与该转速下在真空环境中测得的热膜输出电压值相减,排除离心力对热膜测量产生的影响,完成对转子叶片表面热膜气动参数测量的修正。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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