涡轮试验
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《涡轮喷气发动机转速特性实验》实验指导书发动机控制实验室2006年3月涡轮喷气发动机转速特性实验1试验目的测定涡喷发动机转速特性。
即在地面台架试车条件下(飞行M=0、飞行高度H=0),测量发动机的推力F、耗油率sfc、压气机增压比 k*、排气温度T4*、空气流量ma随发动机转速n的变化关系。
2实验设备2.1实验发动机本试验所用发动机为MAи-201单轴涡喷发动机。
该发动机为莫斯科航空学院在涡轮起动机TC-21的基础上制造的,将涡轮起动机带减速器的自由涡轮拆下,换上收敛喷管,在发动机的进口安装了带测量段的进气装置,改装成涡喷发动机。
发动机的压气机为一级带导风轮的离心式压气机,燃烧室为带四个单独头部的环形燃烧室,燃油经过四个离心式喷嘴向燃烧室供油。
MAи-2 01发动机采用单级涡轮和收敛形尾喷管。
发动机在最大状态工作时的主要参数如下:发动机转速:50500rpm增压比: 2.0涡轮前温度:850°C空气流量: 1.2kg/s2.2试车台架试验台采用弹簧片式的台架,其构造如图1所示。
由活动框架1(动架)和固定底架2(定架)两部分组成,动架和定架靠四片弹簧片3相连接,发动机装在动架上。
定架用螺钉与地基相连,测力系统测力计4固定在定架上,活塞杆5与动架相连。
当发动机工作时,推力通过两侧支架传到动架,通过动架又传递给测力计,实验时根据推力表指示数据查推力校准曲线,即可得到发动机推力。
推力校准曲线是根据对发动机台架的校准结果绘制而成的(见图3)。
为了测量空气流量,在发动机的压气机前安装了进气流量管6。
2.3操纵台操纵台上安装有发动机油门操纵杆,控制和监视发动机工作的开关和仪表,以及测量发动机数据的仪器、仪表。
2.4燃油系统燃油系统如图2所示,包括油路开关1、油滤2、燃油泵3、油门操纵杆4、油路开关5、油滤6、燃油压力传感器7、测量燃油消耗率的涡轮流量计8等。
2.5监控与测量仪表2推力表:为一个毫伏表,发动机推力通过推力传感器将推力转换为电压信号。
涡轮机的性能测试与优化作为一种热能转换机,涡轮机在现代工业中应用范围十分广泛。
然而,随着工业生产的不断发展,涡轮机的性能要求也日趋严格,为了满足这些要求,涡轮机的性能测试与优化工作显得尤为重要。
一、涡轮机性能测试的意义涡轮机的性能测试是指通过对涡轮机进行测试和采集数据,分析涡轮机的实际性能和运行状态,以便寻找和解决问题,提高涡轮机的性能。
涡轮机的性能测试既可以对新机进行,也可以对运行中的旧机进行。
涡轮机性能测试的意义主要表现在以下几个方面。
1.提高质量通过对涡轮机进行性能测试,可以发现问题并及时整改,以确保涡轮机的正常运行。
同时,对涡轮机性能进行测试和分析,可以了解设备的实际状态和性能,从而更好地发现和解决问题,避免涡轮机运行中出现质量问题。
2.提高效率涡轮机的性能测试是提高涡轮机效率的重要措施。
通过对涡轮机的性能指标进行测试和分析,可以找到提高涡轮机效率的潜在问题和改进的方向。
在制造企业中,涡轮机的性能测试可以帮助企业评估产品性能,进而优化产品设计和制造,从而提高产品的质量和竞争力。
3.降低运营成本通过对涡轮机的性能进行测试,可以为生产企业降低运营成本。
一方面,涡轮机经过测试和优化后,其运行效率将得到提高,从而降低能源消耗和维护成本。
另一方面,涡轮机的性能测试可以及时发现故障和隐患,从而降低维修成本和维修时间,确保生产企业的生产稳定和优质。
二、涡轮机性能测试的方法涡轮机性能测试的方法主要有试验台法和野外实验法。
1.试验台法试验台法是指将涡轮机安装在试验台上,通过模拟实际工况对其进行测试和分析的方法。
试验台法具有测试精度高、测试数据可靠的优点,仿真工况条件自由控制,可以比较精细地进行试验,提高测试有效性。
具体来说,试验台法主要分为以下几种。
(1)惯性试验机法涡轮机的惯性试验机法是通过将液体或气体加速到涡轮机输入速度,然后记录涡轮机的输出功率和运行状态来测试涡轮机的性能参数。
利用这种方法可以测量涡轮机的转速、输出功率、排气温度、排气压力等参数,从而得到涡轮机的性能指标。
第1篇一、实验目的本实验旨在通过对涡轮叶片进行理化分析,了解其材料性能、微观组织结构以及表面处理效果,为涡轮叶片的设计、制造和性能优化提供科学依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料本次实验使用的涡轮叶片材料为高温合金,具体牌号为XXX。
2. 实验方法(1)材料性能分析:采用X射线衍射(XRD)技术分析涡轮叶片的晶体结构,利用扫描电镜(SEM)观察叶片表面形貌和微观组织,采用能谱分析(EDS)检测叶片表面的元素组成。
(2)微观组织分析:利用光学显微镜(OM)观察叶片的宏观组织,采用透射电子显微镜(TEM)观察叶片的微观组织。
(3)表面处理效果分析:采用原子力显微镜(AFM)测量叶片表面的粗糙度,利用X射线光电子能谱(XPS)分析叶片表面的化学成分和结合能。
三、实验结果与分析1. 材料性能分析(1)XRD分析结果显示,涡轮叶片主要由面心立方(FCC)结构组成,晶粒尺寸约为100μm。
(2)SEM分析表明,叶片表面光滑,无明显的裂纹、孔洞等缺陷。
(3)EDS分析结果显示,叶片表面主要含有Ti、Al、Cr、Ni、Co等元素,符合高温合金的成分要求。
2. 微观组织分析(1)OM分析显示,叶片的宏观组织为多边形晶粒,晶粒尺寸约为100μm。
(2)TEM分析表明,叶片的微观组织为细晶强化,晶粒尺寸约为1μm。
3. 表面处理效果分析(1)AFM测量结果显示,叶片表面的粗糙度为0.5μm,表面平整。
(2)XPS分析表明,叶片表面主要含有Al、Ti、O、C等元素,表面形成了Al2O3、TiO2等热障涂层。
四、结论1. 涡轮叶片材料为高温合金,具有优异的力学性能和耐高温性能。
2. 叶片表面光滑,无明显的缺陷,有利于提高其使用寿命。
3. 叶片表面形成了热障涂层,提高了其抗热冲击性能。
4. 通过对涡轮叶片进行理化分析,为叶片的设计、制造和性能优化提供了科学依据。
五、建议1. 进一步优化涡轮叶片的制造工艺,提高其尺寸精度和表面质量。
涡轮增压器性能测试与分析引言涡轮增压器作为一种常见的汽车动力系统改进方案,在现代汽车工业中扮演着重要的角色。
为了确保涡轮增压器的优良性能和可靠性,对其进行性能测试和分析是至关重要的。
本文将围绕这一主题展开讨论。
1. 涡轮增压器的工作原理涡轮增压器通过利用废气能量来提高发动机进气量和燃烧效率。
其工作原理简单来说,即通过排气流量推动涡轮叶片转动,进而带动压气机叶片,增加进气量。
然而,涡轮增压器的性能受多种因素影响,包括涡轮几何结构、叶片材料、涡轮转速和进气温度等。
2. 涡轮增压器性能测试方法为了全面了解涡轮增压器的性能,科学有效的测试方法是必需的。
目前,常见的涡轮增压器性能测试方法主要包括雷诺数测试、静态特性测试和动态特性测试等。
2.1 雷诺数测试雷诺数是涡轮增压器性能测试中的一个重要参数。
通过改变进气温度、进气流量和转速等变量,测量涡轮增压器在不同工况下的雷诺数,可以判断其性能是否处于理想工作范围内。
2.2 静态特性测试静态特性测试是评估涡轮增压器性能的基本方法之一。
通过给涡轮增压器提供一定的驱动力,测量其在不同工况下的进气压力和排气温度等参数,可以得出其压力比和效率等性能指标。
2.3 动态特性测试动态特性测试是评估涡轮增压器动态响应能力的关键方法。
通过在不同工况下对涡轮增压器的加速和减速过程进行测试,可以获取其响应时间、转速上升速度和预旋转等参数,进而评估其性能稳定性和可靠性。
3. 涡轮增压器性能分析在进行涡轮增压器性能测试后,需要对测试结果进行综合分析,以获得关于其工作状态和效率的进一步认识。
下面介绍几种常见的性能分析方法。
3.1 热力学分析利用流体力学和热力学原理,可以通过分析进气和排气参数的变化规律,计算出涡轮增压器的压缩比、负荷特性和效率等重要性能指标。
热力学分析可以帮助工程师完善涡轮增压器设计,并提供改进方案。
3.2 动力学分析涡轮增压器的动力学响应是其关键性能之一。
通过建立合适的数学模型,对涡轮增压器的加速、减速和转速调节等过程进行仿真分析,可以评估其动力学性能和稳定性,为优化设计提供依据。
涡轮叶片冷却设计的各项验证试验是燃气轮机整机测试前需要完成的基本任务。
这些验证试验会用到多种测试技术,叶片设计人员掌握这些测试技术的原理、仪器和使用方法,可以为叶片冷却设计的验证和产品的研制成功提供基础支撑。
燃气轮机涡轮叶片冷却设计的验证,需要经过一系列循序渐进的试验,一般分为流量试验、内换热系数试验、气膜有效度试验、外换热系数试验、冷效试验、整机试验等。
燃气轮机研发中的这些试验需要用到多种试验测试技术,主要分为常规流场测量技术、叶片温度测量技术、传热组合量的测量等几类。
其中,流场测量是各项冷却试验测试的基础,叶片温度测量是冷却试验的核心,其他物理量的测量则是为了测量一些组合物理量,如热流密度、换热系数、气膜有效度等。
为了达到试验目的,顺利完成试验任务,选择合适的测量技术至关重要。
常规流场测量技术涡轮叶片的各项验证试验都需要测量流场的基本参数,其中,流量、压力、流场温度、湍流度等参数是最基本的测量物理量。
流体流量和压力的测量已经非常成熟,不再赘述。
流场的温度测量方法也很多,叶片温度测量所使用的大部分技术和手段都可用于流场温度的测量(在叶片温度测量技术中详细叙述)。
流场湍流度的测量相对复杂,且一般需要经过数据处理和换算,目前常用的手段有脉动压力传感器、激光多普勒测速(LDV)、热线风速仪(hot wire anemometer)和粒子图像测速(PIV)技术等,其中热线风速仪使用最为广泛。
热线风速仪主要有恒温式和恒流式两种,常用的是恒温式。
热线风速仪有很多的生产厂家,但可用于流动细节和机理研究、可测量较高脉动频率的较少。
目前的技术还是用于测量较为宏观的参数,这对于试验而言也已经足够。
热线风速仪的国际知名厂商主要有美国的提赛环科仪器(TSI)公司和丹麦的丹迪动态(Dantec)公司,它们的典型产品性能如表1所示。
表1 热线风速仪性能叶片温度测量技术叶片温度的测量是冷却试验的核心。
温度测量技术可以分为两大类,接触式测量和非接触式测量。
收稿日期:2021-05-21基金项目:航空动力基础研究项目资助作者简介:马广健(1986),男,硕士,高级工程师。
引用格式:马广健,韦文涛,陈云,等.双级高压涡轮气动性能试验状态模化方法[J].航空发动机,2023,49(4):104-114.MA Guangjian ,WEI Wen⁃tao ,CHEN Yun ,et al.Model testing state determination for a two-stage high pressure turbine aerodynamic performance test[J].Aeroengine ,2023,49(4):104-114.第49卷第4期2023年8月Vol.49No.4Aug.2023航空发动机Aeroengine双级高压涡轮气动性能试验状态模化方法马广健,韦文涛,陈云,陈强,王雷(中国航发沈阳发动机研究所,沈阳110015)摘要:针对双级高压气冷涡轮的低温试验状态模化方法,对以空气为工质、基于不同相似准则数的试验模化状态的流场相似性进行数值仿真。
结果表明:对于有冷气试验模化方法,采用出口马赫数与设计状态一致的模化方法可获得相似性较好的试验状态流场,此时反力度、载荷系数、马赫数均能保证良好的相似性,主要相似准则数偏差不超过5%;对于无冷气试验模化方法,保持涡轮几何不变并增大膨胀比使得等熵速比与设计状态的一致,或通过改变叶片数保证各排出口马赫数与设计状态的一致,均能显著改善无冷气模化状态与设计状态的流场相似性。
其中前者反力度相似性接近98%,而后者载荷系数和马赫数的相似性达到了同样水平,但破坏了模型的几何相似。
关键词:高压涡轮;气动性能试验;反力度;载荷系数;马赫数;等熵速比;航空发动机中图分类号:V232.4文献标识码:Adoi :10.13477/ki.aeroengine.2023.04.013Model Testing State Determination for a Two-Stage High Pressure Turbine Aerodynamic Performance TestMA Guang-jian ,WEI Wen-tao ,CHEN Yun ,CHEN Qiang ,WANG Lei (AECC Shenyang Engine Research Institute ,Shenyang 110015,China )Abstract :Aiming at the model testing of an air-cooled two-stage high pressure turbine at low-temperature states,numerical simulations were conducted on the flow field similarity of the model testing state withair as working fluid and based on different similarity criterion num⁃bers.The results show that among the test modeling methods with cooling air,a modeling method with the outlet Mach number consistent with the design state can obtain a flow field with good similarity,whilst the reaction,loading coefficient,and Mach number all exhibit good similari⁃ty,the deviation of the main similarity criterion numbers is less than 5%;among the test modeling methods without cooling air,keeping the tur⁃bine geometry unchanged and increasing the expansion ratio to make the isentropic-speed-ratio consistent with the design state,or changingthe number of blades to ensure the outlet Mach number of each blade row consistent with the design state can significantly improve the similar⁃ity of the flow field between the uncooled mode and the design state.The similarity of reaction of the former is close to 98%,while the similari⁃ty of the loading coefficient and Mach number of the latter reaches the same level,but it destroys the geometric similarity of the model.Key words :high pressure turbine;aerodynamic performance test;reaction;loading coefficient;Mach number;isentropic speed-ratio;aeroengine0引言高压涡轮是航空发动机的核心部件之一,为降低设计风险,通常需要对涡轮气动方案进行部件性能试验研究[1-3]。
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过模拟涡轮增压系统的工作原理,了解涡轮增压技术对内燃机性能的影响,掌握涡轮增压系统的主要组成部分及其工作过程,并分析涡轮增压系统的优缺点。
二、实验原理涡轮增压系统是一种利用发动机排气能量来驱动涡轮增压器,从而增加进气量的技术。
当发动机工作时,排出的废气会进入涡轮增压器,推动涡轮旋转,进而带动同轴的叶轮,增加进气量,提高发动机的功率和扭矩。
三、实验设备1. 涡轮增压器模拟实验装置2. 发动机测试台3. 数据采集系统4. 控制系统5. 计时器6. 温度计7. 压力计四、实验步骤1. 系统安装与调试:将涡轮增压器模拟实验装置安装在发动机测试台上,确保所有连接正确无误。
启动发动机,调整控制系统,使发动机运行在稳定状态。
2. 实验数据采集:启动数据采集系统,记录发动机在不同工况下的进气压力、排气压力、转速、扭矩等数据。
3. 实验方案实施:a. 将涡轮增压系统关闭,记录发动机在不进行涡轮增压时的进气压力、排气压力、转速、扭矩等数据。
b. 打开涡轮增压系统,记录发动机在涡轮增压状态下的进气压力、排气压力、转速、扭矩等数据。
4. 数据对比与分析:将涡轮增压关闭和开启时的数据进行分析对比,观察涡轮增压对发动机性能的影响。
5. 实验结果整理与报告撰写:整理实验数据,分析实验结果,撰写实验报告。
五、实验结果与分析1. 涡轮增压对进气压力的影响:实验结果显示,在相同转速下,涡轮增压状态下的进气压力明显高于关闭涡轮增压状态。
这说明涡轮增压能够显著提高进气压力,增加进气量。
2. 涡轮增压对排气压力的影响:实验结果显示,涡轮增压状态下的排气压力略有下降。
这是由于涡轮增压器的工作原理所致,涡轮增压器利用发动机排气能量来驱动涡轮旋转,从而降低排气压力。
3. 涡轮增压对转速的影响:实验结果显示,在相同负荷下,涡轮增压状态下的转速略高于关闭涡轮增压状态。
这是由于涡轮增压能够提高进气量,使发动机在相同负荷下达到更高的转速。
收稿日期:2023-05-19基金项目:国家科技重大专项(2017 V 0008 0058)引用格式:郝晟淳,高飞龙,陈强,等.多级涡轮过渡态气动热力性能试验[J].测控技术,2024,43(1):89-98.HAOSC,GAOFL,CHENQ,etal.TransitionStateAerodynamicandThermodynamicPerformanceExperimentofMulti StageTurbine[J].Measurement&ControlTechnology,2024,43(1):89-98.多级涡轮过渡态气动热力性能试验郝晟淳,高飞龙,陈 强,付 鑫,姜大鹏,田 羽(中国航发沈阳发动机研究所,辽宁沈阳 110015)摘要:针对因迟滞效应明显、气动热力特征复杂、工作状态不平衡导致涡轮过渡状态难以实现试验模拟的问题,开展了涡轮过渡态变化特征分析,从N S方程组的求解过程入手,考虑时变定解条件的相似性,得到了适用于过渡态涡轮性能试验的相似模拟方法。
基于某稳态涡轮试验设备,构建了涡轮过渡态试验环境。
针对过渡态测控需求,构建了统一的同步控制测试平台。
最终在某五级涡轮试验件平台上,完成了多级涡轮过渡态气动热力性能试验验证。
结果表明,在过渡态过程中,部分空气腔内的压力和试验件的轴向力表现出了明显的迟滞和不同步特征,涡轮扭矩效率和涡轮进口换算流量明显偏离了稳态过程,最大偏离程度大于20%。
关键词:航空发动机;涡轮;过渡态;试验;模拟中图分类号:V211 7 文献标志码:A 文章编号:1000-8829(2024)01-0089-10doi:10.19708/j.ckjs.2024.01.012TransitionStateAerodynamicandThermodynamicPerformanceExperimentofMulti StageTurbineHAOShengchun牞GAOFeilong 牞CHENQiang牞FUXin牞JIANGDapeng牞TIANYu牗AECCShenyangEngineResearchInstitute牞Shenyang110015牞China牘Abstract牶Aimingattheproblemthatitisdifficulttorealizeexperimentalsimulationofturbinetransitionstateduetoobvioushysteresiseffect牞complexaerodynamicandthermalcharacteristics牞andimbalanceofworkingstate牞thecharacteristicsofturbinetransitionstatechangesareanalyzed牞andstartingfromthesolutionprocessoftheN Sequationsystem牞asimilarsimulationmethodapplicabletothetransitionstateturbineperformancetestisobtainedbytakingintoaccountthesimilarityoftime varyingfixed solutionconditions.Basedonastead y stateturbinetestfacility牞aturbinetransitionstatetestenvironmentisconstructed.Aunitedsynchronizedcontroltestplatformisconstructedtomeetthetransitionstatemeasurementandcontrolrequirements.Onafive stageturbinetestrig牞amulti stageturbinetransitionaerothermaltestiscompletedatlast.Theresultsshowthatduringthetransitionstateprocess牞thepressureinpartoftheaircavityandtheaxialforceofthetestrigexhibitobvioushysteresisandunsynchronizedcharacteristics.Theturbinetorqueefficiencyandturbineinletconversionflowratedeviatesignificantlyfromthesteadystateprocess牞withamaximumdeviationofmorethan20%.Keywords牶aeroengine牷turbine牷transitionstate牷experiment牷simulation 航空发动机是多部件协同工作的复杂机械产品,在其整个工作包线内要历经不同的工作状态,包括稳定工作状态和非稳定工作状态。
航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法 1. 嘿,你知道航空燃气涡轮发动机涡轮叶片的综合冷却效果咋试验不?就像咱要测试一个大力士能举起多重的东西一样,得有专门的办法呀!比如说可以用特殊的仪器去测量温度变化啥的,这多有趣啊!
2. 咱来讲讲怎么搞这个航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法呗!就好比是给小宝贝量体温,得找到最合适的地方和方式呀!可以通过模拟不同的工作环境来观察冷却效果,是不是很神奇?
3. 哇塞,航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法可重要啦!就跟医生给病人看病找病因一样重要哦!可以用不同的冷却介质去试试,看看哪个效果最好,很有意思吧!
4. 你想想看呀,航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法,不就像是给运动员制定训练计划一样嘛!得精确又有效。
比如可以监测叶片在高速运转时的状态,这多刺激呀!
5. 哎呀呀,这个航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法真的很关键呢!就好像是给汽车选最合适的机油一样。
我们可以从多个角度去测试,发现那些细微的变化,是不是超厉害!
6. 嘿,航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法可不能小瞧啊!这就像解开一道超级复杂的谜题一样令人兴奋!比如采用一些创新的技术手段,绝对会让你大开眼界呢!
我觉得航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法特别重要,只有通过科学有效的试验,才能让发动机更好地工作,保障飞行安全呀!。