微型燃?xì)廨啓C(jī)向心透平性能試驗(yàn)裝置與測量系統(tǒng)

1、微型燃?xì)廨啓C(jī)向心透平性能試驗(yàn)裝置與測量系統(tǒng)鄧清華 ,毛靖儒 ,倪平 ,豐鎮(zhèn)平(西安交通大學(xué) 葉輪機(jī)械研究所 ,西安 710049)摘 要 : 為開發(fā) 100 kW 微型燃?xì)廨啓C(jī) ,自主設(shè)計(jì)建造了高速高精度向心透平性能試驗(yàn)裝置 。對其主體部分的關(guān)鍵問題 ,如轉(zhuǎn)子支撐 、動平衡等 ,進(jìn)行了深入分析與探討 。試驗(yàn)臺功率吸收裝置采用 高速水力測功器 ,最高轉(zhuǎn)速為 50 000 rmin ,最大吸收功率 150 kW。針對水力測功器標(biāo)定系統(tǒng)的不 足 ,給出了一種簡單實(shí)用的解決方案 ,并對水力測功器力傳感器進(jìn)行了標(biāo)定 。對該試驗(yàn)臺向心透平 總靜效率的測量誤差及其影響因子進(jìn)行了分析 。結(jié)果表明 : 效率極限

2、誤差為 ±0 . 011 4 ,流量對效 率誤差的影響因子要較其它物理量大 ,因而應(yīng)盡可能提高流量的測量精度 。圖 4 表 3 參 11關(guān)鍵詞 : 動力機(jī)械工程 ; 微型燃?xì)廨啓C(jī) ; 向心透平 ; 試驗(yàn)裝置 ; 水力測功器中圖分類號 : TK477文獻(xiàn)標(biāo)識碼 : AA Performa nc e Te st Rig a nd it s Me a suring Syste m forCe ntrip etal Turbine s of Micro2Ga s2Turbine sD EN G Qing2hua ,MAO J ing2ru ,FEN G Zhen2pingN IPing ,(

3、 Institute of Turbomachinery , Xian J iaotong University , Xian 710049 , China)Ab stract : For the purpose of developing micro2gas2turbines of 100 kW capacity , a high speed precision performance testrig for centripetal turbines has been designed and built . Intensive analyzing and exploring work ha

4、s been performed concerning key problems of its principal components , like ways of supporting the rotor and their dynamic balancing. A hydraulic dynamometer for a maximal rotational speed of 50000r . p . m and with a maximal power absorbing capacity of 150 kW is provided. A simple and practical way

5、 of calibrating the hydraulic dynamometer , which had been a problem before ,is proposed and has been used. Errors committed in determining the turbines efficiency by using the torque2speedmethod , or by using the calculation method with the help of thermodynamic measurements , are being analyzed to

6、gether with the influencing factors concerned. Results show , that the error of the former method is less than that of the latter ,respectively being (0 . 382 % and 0 . 988 %. Regardless of which method is being used , the efficiency errors influencingfactors of total temperature and of mass flow ar

7、e smaller by an order of one or two than those of physical quantities like pressure , torque and rotational speed. Therefore , endeavors should be made to raise the measuring precision of total temperature and mass flow as much as possible . Figs 4 , tables 3 and refs 11 .Keywo rd s : power and mech

8、anical engineering ; micro2gas2turbine ; centripetal turbine ; test rig ; hydraulic dynamometer微型燃?xì)廨啓C(jī)在某些發(fā)達(dá)國家已成功應(yīng)用于分布式發(fā)電 、軍用車輛輔助動力裝置 、車用混合動力裝置 、燃料電池 - 燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)裝置等 ,此外在航 空 、航天等領(lǐng)域也能覓見其蹤跡1 。向心透平是微 型燃?xì)廨啓C(jī)的核心 ,其氣動性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否高效 、可靠的運(yùn)行 。近年來 ,我國相繼開展了微型和重型燃?xì)廨啓C(jī)收稿日期 :2006201214基金項(xiàng)目 :國家 863 計(jì)劃資助項(xiàng)目 ( 2002AA50

9、3020) 和西安交通 大學(xué)博士學(xué)位論文基金 (DFXJ TU2005202)作者簡介 :鄧清華 (19752) ,男 ,河南靈寶人 ,博士研究生 ,目前主要從事向心透平氣動設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究 。鄧清華 ,等 :微型燃?xì)廨啓C(jī)向心透平性能試驗(yàn)裝置與測量系統(tǒng)第 5 期·625 ·技術(shù)的研發(fā) ,但燃?xì)廨啓C(jī)總體技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家存在著較大差距 ,因此急需在一些關(guān)鍵技術(shù)上迎頭 趕上 。在微型燃?xì)廨啓C(jī)向心透平方面 ,我國在渦輪 增壓器與空分透平膨脹機(jī)向心透平上所開展的一些卓有成效的研究工作2 ,3 ,為其研發(fā)打下了良好的基礎(chǔ) 。本文基于西安交通大學(xué)葉輪機(jī)械研究所承擔(dān)的 國家 863 計(jì)劃重

10、大專項(xiàng)“100 kW 微型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì) 研制”向心透平子課題的研發(fā)工作4 26 ,在完成向心透平設(shè)計(jì)分析后 ,為開展部件特性試驗(yàn)研究 ,驗(yàn)證設(shè) 計(jì)能否達(dá)到預(yù)定目標(biāo) ,建造了以研究 100 kW 級微型 燃?xì)廨啓C(jī)向心透平為主要目標(biāo)的國內(nèi)唯一的高速高 精度向心透平總體性能及部件特性試驗(yàn)臺 。本文是該項(xiàng)目的階段性研究報(bào)告 。表 1向心透平設(shè)計(jì)參數(shù)Ta b. 1Design para meters of the centripetal turbine參數(shù)數(shù)值進(jìn)口總壓kPa進(jìn)口溫度 出口靜壓kPa 轉(zhuǎn)速r·min - 1葉輪進(jìn)口直徑mm360 . 0900 . 0106 . 861 00018

11、6 . 018. 5葉輪進(jìn)口寬度mm葉輪出口輪轂直徑mm葉輪出口輪殼直徑mm40. 0140 . 0數(shù)相似以及斯特魯哈數(shù)相似 。因本試驗(yàn)中雷諾數(shù)處于自模化區(qū) ,馬赫數(shù)相似可以派生出壓比或流量相 似 ,斯特魯哈數(shù)相似則派生出折合轉(zhuǎn)速相似 ,因此 , 本?；囼?yàn)最終需要保證的是幾何相似與折合轉(zhuǎn)速 相似 。對于幾何相似條件 ,由于是自主設(shè)計(jì)的新葉輪 ,為給其后的微型燃?xì)廨啓C(jī)驗(yàn)證機(jī)葉輪加工提供確切 的真空熔模精密鑄造工藝路線 ,試驗(yàn)葉輪采用全尺 寸加工 ,因而導(dǎo)向器與蝸殼也相應(yīng)采用全尺寸加工 。 而對折合轉(zhuǎn)速相似則是要保證在試驗(yàn)與設(shè)計(jì)兩種狀 況下轉(zhuǎn)速與進(jìn)口溫度平方根的比值的相等 。圖 1 給出了該向心

12、透平氣動性能及部件特性試試驗(yàn)臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要針對 100 kW 微型燃?xì)廨?機(jī)向心透平 ,這也是我國首臺自行設(shè)計(jì)研制的微型 燃?xì)廨啓C(jī)向心透平 ,其主要技術(shù)參數(shù)示于表 1 。眾所周知 ,葉輪機(jī)械的性能試驗(yàn)一般需要在相 似理論的指導(dǎo)下進(jìn)行模化試驗(yàn) ,尤其是在研發(fā)初期 。 因此 ,鑒于研發(fā)經(jīng)費(fèi)與周期等因素的限制 ,該試驗(yàn)裝置是按照?；囼?yàn)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的 。 按照相似理論 ,進(jìn)行?；囼?yàn)要保證幾何相似 、運(yùn)動相似以及動力相似 ,而對于具體的向心透平性 能?；囼?yàn)則是要保證幾何相似 、馬赫數(shù)相似 、雷諾13驗(yàn)系統(tǒng)簡圖 。壓縮氣源的供氣能力為 50 m min ( 標(biāo)準(zhǔn)狀況下) ,表壓 70

13、0 . 0 kPa ,由 1 臺 10 m3 min 兩級圖 1 向心透平氣動性能及部件特性試驗(yàn)系統(tǒng)簡圖Fig 1 Simplified drawing of the testing system for the centripetal turbines aerodynamic performance and characteristics of its components動力工程·626 ·第 26 卷活塞式壓縮機(jī)與 2 臺 20 m3 的螺桿壓縮機(jī)通過并聯(lián)供氣獲得 。燃燒室 為 自 行 設(shè) 計(jì) 建 造 的 單 管 結(jié) 構(gòu) 形 式 ,由專門設(shè)計(jì)的供油系統(tǒng)為其提供燃油 。

14、燃?xì)饨?jīng) 過向心透平試驗(yàn)臺后 ,直接排入大氣 。在總體氣動性能試驗(yàn)時(shí) ,向心透平軸端輸出功的消耗問題是須首先解決的問題 。目前一般有 2 種 方法 :一種是利用離心壓氣機(jī)來耗功 ,這種方法相對 簡單可靠 ,但是鑒于壓氣機(jī)本身存在阻塞與喘振問 題 ,要獲得比較完整的向心透平性能試驗(yàn)曲線有時(shí) 需要好幾個(gè)不同的壓氣機(jī)葉輪 ,而且采用熱力參數(shù)法換算效率 , 精度 較 低 ; 另 一 種 是 利 用 測 功 器 來 耗 功 ,測功器設(shè)計(jì)精巧 ,測量精度高 ,但價(jià)格昂貴 ,而且 其輔助系統(tǒng)較為復(fù)雜 ,對高速水力測功器尤其如此 。 通過比較并考慮到試驗(yàn)臺的通用性 ,本試驗(yàn)臺采用 后一種方法 ,即扭矩轉(zhuǎn)速法 ,

15、其中水力測功器采用美國 KAHN 公司生產(chǎn)的 E401201324 型 ,最高轉(zhuǎn)速 50000 rmin ,最大吸收功率 150 kW。需要指出的是 :水力測功器雖然具有轉(zhuǎn)速高 、精 度高等特點(diǎn) ,但是其缺點(diǎn)是輔助的水系統(tǒng)與控制系 統(tǒng)比較復(fù)雜 ,從圖 1 左上部可以清楚地看到這一點(diǎn) 。對于這種轉(zhuǎn)速高且轉(zhuǎn)動慣量相對較小的向心透平轉(zhuǎn) 子 來 說 , 水 力 測 功 器 供 水 的 壓 力 波 動 要 求 為±1 . 75 kPa 。因此 ,水系統(tǒng)采用圖示的兩級水泵 、自立式壓力調(diào)節(jié)閥與無塔供水相結(jié)合的供水方式 。水力測功器的進(jìn)排水控制閥為氣動式 ,需要潔 凈 、干燥的壓縮空氣進(jìn)行控制 。

16、另外 ,水力測功器的 軸承以及向心透平轉(zhuǎn)子軸承的 潤 滑 也 需 要 壓 縮 空 氣 ,因此 ,向心透平試驗(yàn)臺控制及潤滑用氣由單獨(dú)的活塞式壓縮機(jī)供氣 ,如圖 1 右上所示 。2試驗(yàn)臺主體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵問題本試驗(yàn)臺建設(shè)從最初的方案設(shè)計(jì) ,部件加工 ,至目前已成功運(yùn)行至 30000 rmin ,歷時(shí)近 2 年 ,以下重點(diǎn)分析在方案設(shè)計(jì)時(shí)考慮到的以及后來遭遇到的試 驗(yàn)臺主體結(jié)構(gòu)的主要關(guān)鍵問題 。2. 1 轉(zhuǎn)子對中問題向心透平是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械 ,因此 ,試驗(yàn)臺上轉(zhuǎn)子 的對中問題顯得非常重要 。水力測功器轉(zhuǎn)子端為外花鍵 ,向心透平試驗(yàn)轉(zhuǎn)子端也為相同尺寸的外花鍵 , 兩者利用內(nèi)花鍵套連接并嚙合傳遞扭矩 ( 圖 2

17、) 。水 力測功器與向心透平試驗(yàn)轉(zhuǎn)子殼體在花鍵端的法蘭 通過止口定心分別連接于主支架的左右兩側(cè) ,充分 保證了測功器轉(zhuǎn)子與試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的同心 。另外 ,采用內(nèi)花鍵連接兩轉(zhuǎn)子可以部分消除由于加工或裝配帶 來的不同心 。圖 2 向心透平試驗(yàn)臺主體結(jié)構(gòu)Fig 2 Construction of the centripetal turbine test rigs principal part向心透平試驗(yàn)轉(zhuǎn)子沿用了高速主軸的結(jié)構(gòu) ,其前后支撐均采用整套高速精密角接觸球軸承 ,并帶 有一定的預(yù)負(fù)荷 ,以保證高的旋轉(zhuǎn)精度 。2. 2軸承隔熱與冷卻問題向心透平葉輪采用高溫合金真空熔模精密鑄造 而成 ,重約 3 .

18、 5 kg ,處于試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的懸臂端 。對于這鄧清華 ,等 :微型燃?xì)廨啓C(jī)向心透平性能試驗(yàn)裝置與測量系統(tǒng)第 5 期·627 ·類轉(zhuǎn)子的支撐結(jié)構(gòu) ,葉輪端支撐距離葉輪越近 ,轉(zhuǎn)子的動力學(xué)穩(wěn)定性越好 ,且兩支撐中間應(yīng)具有足夠重 量的配重 ,因此葉輪后的軸封應(yīng)盡量短 。同時(shí) ,為了 抑止試驗(yàn)時(shí)高溫燃?xì)饨?jīng)過密封盤上封嚴(yán)篦齒與蜂窩 之間的間隙泄漏使軸承受熱 ,以及熱量經(jīng)過密封盤傳導(dǎo)給軸承 ,以保證軸承能正常工作 ,我們提出了一 種新型的帶有隔熱與冷卻作用 的 高 溫 燃 氣 密 封 結(jié) 構(gòu) ,其主要部分結(jié)構(gòu)如圖 3 所示 。剛性轉(zhuǎn)子是比較適合的 ,但是對于柔性或一臨界轉(zhuǎn)速相對較高的柔性

19、轉(zhuǎn)子來說 ,滾動軸承則不太適合 。 目前采用滾動軸承支撐的柔性轉(zhuǎn)子一般需要增加阻 尼 ,即在滾動軸承外圈與支撐殼體之間布置彈性體 , 以達(dá)到減振的效果 。通常有 3 種類型 : 金屬橡膠 ,它使用金屬絲制成的多孔材料 ,因類似橡膠而得名 , 目前在航空航天等領(lǐng)域有部分應(yīng)用 ,國內(nèi)北京航空 航天 大 學(xué) 與 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 等 做 過 這 方 面 的 研究8; 擠壓油膜阻尼器 ,利用油膜力這種很強(qiáng)的非線性力來達(dá)到減振的作用 ,目前在航空航天的滾動軸承以及高轉(zhuǎn)速的透平機(jī)械中有部分應(yīng)用9 ; 彈 簧墊組 ,它是將多層具有彈性的墊片組合在一起 ,吸 收滾動軸承的振動 ,目前在渦輪增壓器上有

20、部分應(yīng) 用 ,但是整個(gè)組件需依靠從國外進(jìn)口 。向心透平氣動性能試驗(yàn)所用的轉(zhuǎn)子是單件加工 ,而非批量生產(chǎn)的產(chǎn)品 ,因此對滾動軸承支撐的柔 性轉(zhuǎn)子減振部件進(jìn)行研制也是不現(xiàn)實(shí)的 。目前在渦 輪增壓器上常用的三油楔全浮動或半浮動液體動壓 滑動軸承 ,以及離心透平壓縮機(jī)上常用的 5 塊可傾 瓦液體動壓滑動軸承 ,對于高速輕載轉(zhuǎn)子來說 ,均是非常適合的 。據(jù)目前試驗(yàn)臺的運(yùn)行情況來看 ,葉輪重量對轉(zhuǎn) 子的一臨界轉(zhuǎn)速影響比較大 ,我們對其也采取過其 它措施 。另外 ,水力測功器功率吸收特性的要求向 心透平性能試驗(yàn)轉(zhuǎn)速也應(yīng)盡可能高一些 ,因此 ,三油楔全浮動或半浮動液體動壓滑動軸承可能是試驗(yàn)臺 轉(zhuǎn)子能升速至水力

21、測功器最高工作轉(zhuǎn)速 50000 rmin 的最好選擇 。目前該試驗(yàn)臺二期向心透平高速高溫下的性能 試驗(yàn)工作已全面展開 ,采用三油楔全浮動液體動壓滑動軸承支撐方案的軸系已加工完成 ,現(xiàn)正在安裝 調(diào)試中 ,將隨后對其進(jìn)行詳細(xì)報(bào)道 。圖 3 密封結(jié)構(gòu)Fig 3 Sealings construction壓縮空氣經(jīng)過蜂窩支撐體上徑向小孔進(jìn)入兩組 蜂窩中間形成的環(huán)形空間 ,再取道下方封嚴(yán)盤上兩 組封嚴(yán)篦齒間的環(huán)形空間 ,經(jīng)其內(nèi)側(cè)密封盤上布置 的楔型氣道的壓縮作用順利進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)部 ,并沿葉 輪端的中心孔排出 ,因而對葉輪背面間隙燃?xì)庑孤?及密封盤的熱傳導(dǎo)起到隔熱與冷卻效果 ,關(guān)于這部 分更為詳細(xì)的信息可以

22、參考文獻(xiàn) 7 。另外 ,在每組 軸承間設(shè)有強(qiáng)制冷卻水腔 ,對軸承周圍的殼體進(jìn)行 冷卻 。2. 3 轉(zhuǎn)子動平衡問題按照國際標(biāo)準(zhǔn)化 組 織 ( ISO) 的 ISO1940 平 衡 等 級 ,將轉(zhuǎn)子平衡等級分為 11 個(gè)級別 ,每個(gè)級別間以2 . 5 倍 為 增 量 , 從 要 求 最 高 的 G0 . 4 到 要 求 最 低 的 G4000 。推薦燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的動平衡標(biāo)準(zhǔn)為 G2 . 5 , 據(jù)此計(jì)算得向心透平試驗(yàn)轉(zhuǎn)子允許的殘余不平衡量 為 6 . 0 g·mm ,實(shí)際動平衡時(shí)將殘余不平衡量均降在2 . 0 g·mm 以下 ,即實(shí)際達(dá)到了 G1 . 0 等級 。另外 ,值 得

23、提及的是 ,這類轉(zhuǎn)子在動平衡時(shí) ,需要進(jìn)行整體動 平衡 ,平衡完成后不再拆卸 ,直接安裝使用 。2. 4 轉(zhuǎn)子支撐問題滾動軸承的支撐剛度很高 ,對于微型或小型的3水力測功器力傳感器的標(biāo)定試驗(yàn)臺采用美國 KAHN 公司生產(chǎn)的 E401201324型水力測功器來耗功 。鑒于水力測功器是精密測量儀器 ,為保證其測量數(shù)據(jù)的可靠性 ,參考隨機(jī)手冊進(jìn) 行了標(biāo)定 。水力測功器的標(biāo)定原理如圖 4 所示 ,為能更好 理解作者對標(biāo)定系統(tǒng)的改造 ,先簡述一下水力測功器的工作原理 :試驗(yàn)時(shí) ,向心透平轉(zhuǎn)子帶動水力測功 器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) ,使得其上光盤在水室中轉(zhuǎn)動 ,并將動能 傳遞給水 ,使水以一定的速度在水室中同方向轉(zhuǎn)動

24、, 水給測功器殼體 以 摩 擦 力 , 使 殼 體 具 有 運(yùn) 動 趨 勢 。 圖 4 中距離殼體中心 127 mm 地方布置有一個(gè)力傳動力工程·628 ·第 26 卷感器 ,可以感受拉力或壓力 ,力傳感器上部固定在測功器殼體上 ,下部間接固定在主支架上 ,按照圖 4 所 示的方向 ,力傳感器在工作時(shí)受壓力作用 。二乘法得到修正系數(shù)為 1 . 034 。表 2水力測功器標(biāo)定數(shù)據(jù)Ta b . 2Calibrated data of the hydra ulic dyna mometer實(shí)際扭矩Nm加重顯示扭矩Nm去重顯示扭矩Nm顯示均值Nm顯示偏差%00 . 0550 . 1

25、200. 088-6 . 756 86 . 3756 . 6806. 5280 . 035113 . 534 412. 89513. 27513 . 0850 . 034320 . 303 019. 50019. 78019 . 6400 . 033823 . 683 822. 81023. 01522 . 9250 . 033127 . 064 828 . 418 426. 12527. 28526. 24527. 52526 . 18527 . 4880 . 03360 . 03391 測功器殼體 2 力傳感器 3 標(biāo)定臂 4 定滑輪 5 鋼絲6 砝碼托盤7 標(biāo)定砝碼8 進(jìn)水口9 排水口效

26、率誤差分析試驗(yàn)臺數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)本試驗(yàn)臺有兩套 , 一套負(fù)責(zé)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集 ,如性能的壓力 、溫度 、流量 、 轉(zhuǎn)速 、扭矩等 ,另一套負(fù)責(zé)動態(tài)數(shù)據(jù)采集 ,如轉(zhuǎn)速 、振 動等 。動態(tài)數(shù)據(jù)采集不屬本文論述范圍 ,不在此贅 述 。試驗(yàn)所用的主要傳感器相關(guān)參數(shù)如表 3 所示 。表 3主要傳感器的相關(guān)參數(shù)4圖 4 水力測功器標(biāo)定原理Fig 4 Calibration principle of the hydraulic dynamometer在標(biāo)定時(shí) ,要求力傳感器與工作時(shí)的受力方向一致 ,即承受壓力 , 但 是 如 果 在 標(biāo) 定 臂 下 直 接 加 砝 碼 ,則力傳感器承受拉力 ,與要求不符 。按

27、照隨機(jī)手冊給出的力傳感器受壓時(shí)的標(biāo)定方法 ,則是需要將進(jìn)排水管等拆除 ,把排水口從 6 點(diǎn)方 向旋轉(zhuǎn)至 12 點(diǎn)方向 ,然后進(jìn)行標(biāo)定 。這種標(biāo)定方法顯然是非常繁瑣的 ,首先需要將測功器的管路拆除 , 并且旋轉(zhuǎn) 180°后重新固定好 ,其次是在力傳感器標(biāo) 定過程中 ,不能把測功器管路對標(biāo)定結(jié)果的影響計(jì)算在內(nèi) 。鑒于上述標(biāo)定方法的缺陷 ,本文給出了一種簡 單實(shí)用的方法 ,在砝碼托盤與標(biāo)定臂之間用一段細(xì)鋼絲連接 ,繞過定滑輪 ,改變標(biāo)定力的方向 ,唯一需 要注意的是定滑輪右側(cè)鋼絲應(yīng)保證與測功器水平中 心線垂直 。該方法不需要對水力測功器本身及管路進(jìn)行任何拆裝工作 ,使得試驗(yàn)時(shí)與標(biāo)定時(shí)狀況一

28、致 ,保證了標(biāo)定結(jié)果的可靠性 。 標(biāo)定前對各標(biāo)定砝碼在精度為 0 . 1g 的電子天平上進(jìn)行質(zhì)量測定 。海平面重力加速度隨緯度變化關(guān)系為10 :Ta b. 3Some para meters of ma in sensors儀 器精 度量 程廠 家壓力變送器±0 . 075 %0100 kPaROSEMOUNT熱電阻溫度傳感器西安電自控系統(tǒng) ±1 080 均速管流量計(jì)( 威力巴)西安航聯(lián)智能傳感器公司I 級01 . 0 kgs扭矩傳感器轉(zhuǎn)速傳感器±0 . 1 %±0 . 1 %028 . 0 Nm050 krminKAHNKAHN進(jìn)口總壓探針與進(jìn)口溫度傳

29、感器布置在距離蝸殼 0°截面 500 mm 位置處的來流管道上 ,均速管流量 計(jì)安裝在來流管道的直管段上 ,出口靜壓測量位置則是布置在距離葉輪排氣邊 300 mm 遠(yuǎn)的截面上 。所有測量一次元件的安裝符合其相應(yīng)的安裝要 求 。一次元件所測信號經(jīng)二次元件轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)入 IMP 采集板 ,最后進(jìn)入計(jì)算機(jī) 。 值得說明的是最終溫度數(shù)據(jù)是根據(jù)系統(tǒng)測得的靜溫?cái)?shù)據(jù)與管道內(nèi)流速按照等熵關(guān)系得到 ,以保證測量精度 。 轉(zhuǎn)速與扭矩的測量是采用測功器自帶的測量元件 ,其信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入采集板與計(jì)算機(jī) 。試驗(yàn)臺測量向心透平總靜效率計(jì)算公式如下 :2= 9. 780 327 (1 + 0 . 005

30、302sin < -0. 000 005 85sin2 2 <)另外 ,海拔高度每增加 1 m ,重力值減少 3 . 09 ×10 - 6g< ,1980ms2 10。根據(jù) 西 安 地 區(qū) 緯 度 為 34°16, 海 拔 高 度 為 340m ,最終計(jì)算得 :2= 9. 795 388 msg西安標(biāo)定結(jié)果如表 2 所示 。因此 ,水力測功器矩顯示儀顯示值偏小 ,按最小鄧清華 ,等 :微型燃?xì)廨啓C(jī)向心透平性能試驗(yàn)裝置與測量系統(tǒng)第 5 期·629 · 1 M ·n (2) 分析探討了試驗(yàn)臺主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建造中的轉(zhuǎn)子對中 、軸承隔熱

31、與冷卻 、轉(zhuǎn)子動平衡 、轉(zhuǎn)子支撐 等關(guān)鍵技術(shù)問題 ,給出了相應(yīng)的解決方案 。(3) 針對 KAHN 公司 E401201324 型水力測功器 標(biāo)定系統(tǒng)的不足 ,提出了一種簡單可行的標(biāo)定系統(tǒng)改造方案 ,實(shí)踐證明該方法不僅減少了標(biāo)定工作量 ,而且使標(biāo)定狀況更加接近其實(shí)際工作狀況 。(4) 對該試驗(yàn)臺的總靜效率誤差分析表明 ,向 心透平總靜效率標(biāo)準(zhǔn)誤差為 ±0 . 003 8 ,極限誤差為±0 . 011 4 ,且流量對效率誤差的影響因子要較其它物理量高 。因此 ,需盡可能提高流量的測量精度 。t - s=9549. 3 ·k - 1p2G ·Cp ·

32、;Tt0 · 1 -pt0對于該試驗(yàn) ,比較典型的數(shù)據(jù)為 :pt0 = 162 . 06 kPa , Tt0 = 333. 32 K ,p2 = 97 . 83 kPa , G = 0 . 734 3 kgs , M = 12 . 89 N·m , n = 20050 rmin , Cp = 1 . 004 kJ( kgK) , k = 1 . 4 。根據(jù)誤差傳遞理論11,各量的影響系數(shù)如下 :5t - s5t - s- 6- 3= -9. 32 ×10,= - 2. 46 ×105 pt05 Tt05t - s- 5 5t - s= 1. 54 

33、15;10,= -1 . 12參考文獻(xiàn) :5 p25 G5t - s- 2 5t - s1豐鎮(zhèn)平 . 微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用展望 J . 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù) , 2001 , 3 (1) :916.李燕生 , 陸桂林 . 向心透平與離心壓氣機(jī) M . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 1987.葉 芳 , 徑流式透平葉輪的氣動設(shè)計(jì)與特性分析方- 5= 6. 36 ×10,= 4. 09 ×105 M5 n各 量 誤 差 范 圍 為 :p = ±0 . 075 kPa ,T = ±1,G = ±0 . 01 kgs ,M = ±0 . 028 Nm ,n = ±50 rmin 。23法的研究 D ,西安交通大學(xué) , 1991.相 應(yīng) 標(biāo) 準(zhǔn) 誤 差 為 : p= ±0 . 025 kPa , T =4鄧清華 . 100 kW 微型燃?xì)廨啓C(jī)向心透平氣動設(shè)計(jì)與±0 . 33 ,G = ±0 . 003 3 kgs ,M =n = ±17 rmi