试验器节流引气系统和航空发动机高压压气机试验台的制作方法

本实用新型涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种试验器节流引气系统和航空发动机高压压气机试验台。

背景技术：

在进行航空发动机高压压气机试验时，往往需要进行节流试验，在发动机真实工况下，均需要在压气机级间引气，用于涡轮冷却、防冰引气、客舱用气等，在进行压气机性能试验时，为了模拟压气机真实工况，需要在压气机级间进行引气。

在压气机入口节流状态下，压气机级间引气试验所面临的问题是：若在压气机入口前面级进行引气试验，由于此时压气机增压比较低，引气位置处压力会出现小于大气压的情况；在节流比很大的情况下，即使在压气机中间级进行引气试验，也有可能在低转速情况下出现压力小于大气压的情况。

现有的压气机级间负压引气方法主要有以下两种：

(1)真空泵进行抽吸。其问题在于：真空泵抽吸需要设置补气管路，需要在试验过程中调节真空泵的工作压力来满足不同的引气压力需求，需要对泵及其相应电机进行供、配电，需要配置控制阀门等；需要考虑真空泵的冷却，真空泵抽吸，通常有很大噪声，且需要独立的房间放置真空泵，占地较大；

(2)利用气源机组进行抽吸。其问题在于：首先公共气源是否具备抽气机组，若不存在或抽吸流量不满足需求，则需要额外配备抽吸机组；若存在，但抽吸流量远大于所需要抽吸的流量，则会带来较大浪费或还是需要新增小型机组进行抽吸；新增抽吸机组会带来供配电、控制、冷却、厂房需求等系列问题；即便不新增抽吸机组，利用现有机组进行抽吸，也会存在如下问题：

a)控制问题，为了保证抽吸机组安全，需要进行紧急状态下的抽吸机组的补气，补气量的调节，需要新增控制系统；

b)空间问题，补气需要补气塔，补气塔需要空间放置；

c)成本问题，若试验厂房离抽气厂房较远，需要较长的抽吸管道，压力损失较大，且抽吸机组运行需要消耗大量的水、电和人工成本。

当然，现有技术中也不排除采用其它方法来提供一个负压环境将级间小于大气压的气体引出，并实现引气流量的精准控制。但普遍存在的问题有，首先是如何提供一个稳定的负压环境；其次是因为需要提供负压环境所带来的其它问题，如控制问题，噪声问题，厂房空间问题，其它配套设施如水、电等带来的问题。

技术实现要素：

为克服以上技术缺陷，本实用新型解决的技术问题是提供一种试验器节流引气系统和航空发动机高压压气机试验台，能够简单高效地实现压气机节流引气试验。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种试验器节流引气系统，其包括依次连接的入口流量测量装置、节流阀、扩压段、稳压箱以及压气机试验件，在压气机试验件上设有引气循环回路，引气循环回路能够将压气机试验件的部分气体引向节流阀与扩压段之间的主流路内。

进一步地，在引气循环回路上设有换热器，用于将部分气体冷却后再引向节流阀与扩压段之间的主流路内。

进一步地，还包括掺混器，节流阀通过掺混器与扩压段连接，引气循环回路通过掺混器将部分气体引向节流阀与扩压段之间的主流路内。

进一步地，掺混器在周向上的不同位置设有与引气循环回路均相通的多个引流管，引气循环回路通过多个引流管将部分气体从主流路环向多个位置引向主流路内。

进一步地，节流阀包括并联设置的粗调压阀和细调压阀，粗调压阀的调压范围大于细调压阀的调压范围。

进一步地，还包括软管，压气机试验件通过软管与引气循环回路相连。

进一步地，在引气循环回路上且位于换热器的上游设有背压阀和孔板流量计，背压阀位于孔板流量计的上游。

进一步地，在引气循环回路上且位于换热器和孔板流量计之间设有第一闸阀，在引气循环回路上且位于换热器的下游设有第二闸阀。

进一步地，还包括引气排气塔，在引气循环回路上且位于第一闸阀和孔板流量计之间设有引气排气支路，用于在第一闸阀关闭时将引气循环回路中的气体引向引气排气塔内。

进一步地，在引气排气支路上沿着引气方向依次设有第三闸阀、引射喷嘴、引射筒以及第四闸阀。

本实用新型还提供了一种航空发动机高压压气机试验台，其包括上述的试验器节流引气系统。

由此，基于上述技术方案，本实用新型试验器节流引气系统通过在压气机试验件上设置引气循环回路，引气循环回路将压气机试验件的部分气体引向节流阀与扩压段之间的主流路内，虽然初始级间引气位置处气体压力小于大气压，但节流阀后的气体经压气机转子增压后再次被引入级间引气位置处，此时级间引气位置处压力要大于节流阀后位置处的气体压力，可顺利的把低压气体引出，本实用新型试验器节流引气系统结构简单，引气工作可靠高效。本实用新型提供的航空发动机高压压气机试验台也相应地具有上述有益技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型试验器节流引气系统第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型试验器节流引气系统第二实施例的结构示意图；

图3为图1和图2中A-A位置处的剖视结构示意图。

各附图标记分别代表：

1、入口流量测量装置；2、粗调压阀；3、精调压阀；4、掺混器；5、扩压段；6、稳压箱；7、压气机试验件；8、软管；9、接口法兰；10、背压阀；11、孔板流量计；12、第一闸阀；13、换热器；14、第二闸阀；15、第三闸阀；16引射喷嘴；17、引射筒；18、第四闸阀；19、引气排气塔。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型的具体实施方式是为了便于对本实用新型的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所述的本实用新型的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本实用新型试验器节流引气系统一个示意性的实施例中，以如图1所示的第一实施例为例，试验器节流引气系统包括依次连接的入口流量测量装置1、节流阀、扩压段5、稳压箱6以及压气机试验件7，在压气机试验件7上设有引气循环回路，引气循环回路能够将压气机试验件7的部分气体引向节流阀与扩压段5之间的主流路内。

在该示意性的实施例中，通过在压气机试验件7上设置引气循环回路，引气循环回路将压气机试验件7的部分气体引向节流阀与扩压段5之间的主流路内，虽然初始级间引气位置处气体压力小于大气压，但节流阀后的气体经压气机转子增压后再次被引入级间引气位置处，此时级间引气位置处压力要大于节流阀后位置处的气体压力，可顺利的把低压气体引出，本实用新型结构简单，引气工作可靠高效，具有较高的可实施性。其中，优选地，如图1所示，节流阀包括并联设置的粗调压阀2和细调压阀3，粗调压阀2的调压范围大于细调压阀3的调压范围。粗调压阀2和细调压阀3的组合使用能够准确地调节试验压力，调节方便可靠，结构简单。若引气使压气机进口压力提高，可评估是否需要对压力进行调节，若对试验无影响，可不进行调节，若对试验有影响，可通过粗调压阀2和细调压阀3进行适当调节，来得到想要的试验压力。

作为对上述实施例的改进，如图1所示，在引气循环回路上设有换热器13，用于将部分气体冷却后再引向节流阀与扩压段5之间的主流路内。压气机进行节流试验时，虽然引气位置处压力降低，但引气位置处的温度与没有节流的情况相比几乎是一致的。因此，把级间引气位置处的压力小于大气压的气体引向节流阀之后，此时引气的温度要高于进气系统主流的气体温度。虽然高温气体与温度相对较低的主流气体在扩压段5、稳压箱6以及收敛段内进行掺混，但是不可避免的会在压气机入口温度畸变，影响压气机性能测试。因此，引气气流在进入节流阀后进行掺混之前，先经过换热器13冷却，降低气体温度至大气温度，避免温度畸变或尽量降低温度畸变的影响。

如图1所示，试验器节流引气系统还优选地包括掺混器4，节流阀通过掺混器4与扩压段5连接，引气循环回路通过掺混器4将部分气体引向节流阀与扩压段5之间的主流路内。进一步优选地，如图3所示，掺混器4在周向上的不同位置设有与引气循环回路均相通的多个引流管，引气循环回路通过多个引流管将部分气体从主流路环向多个位置引向主流路内，让气流从四个方向甚至更多方向通向节流阀之后的主流路内，以降低气流对主流路流场的影响，使得流场尽量均匀，最大程度降低气流的损失与总压不均匀度。

作为对上述实施例的另一方面改进，如图1所示，试验器节流引气系统还包括软管8，压气机试验件7通过软管8与引气循环回路相连。具体地如图1所示，能够变形的软管8将分别位于压气机试验件7和引气循环回路上的两个接口法兰9相连接，即便两个接口法兰9因误差产生对位不准或者是安装位置发生变化，软管8仍可以将两个接口法兰9连接，提高连接适用性范围，具有较高的可实施性。

作为对上述实施例的另一方面改进，如图1所示，在引气循环回路上且位于换热器13的上游设有背压阀10和孔板流量计11，背压阀10位于孔板流量计11的上游。背压阀10能够对气流进行流量调节，而孔板流量计11能够对气流进行精确测量，以便控制背压阀10。进一步的，如图1所示，在引气循环回路上且位于换热器13和孔板流量计11之间设有第一闸阀12，在引气循环回路上且位于换热器13的下游设有第二闸阀14，第一闸阀12和第二闸阀14设置便于气体流向的控制。

当引气压力小于或大于大气压，且引气流量较小时，通过软管8连接两个接口法兰9，打开第一闸阀12和第二闸阀14，利用调压阀10进行流量调节，利用孔板流量计11进行精确测量，继而利用换热器13对气体进行降温，最后利用掺混器14使得气流均匀进入节流阀之后，降低对主流路流场不均匀性的影响。

图1所示的第一实施例适用于引气量小的压气机试验，图2示出了本实用新型试验器节流引气系统的第二实施例，其适用于引气量大的压气机试验，与第一实施例不同的是，如图2所示，第二实施例中的试验器节流引气系统还包括引气排气塔19，在引气循环回路上且位于第一闸阀12和孔板流量计11之间设有引气排气支路，用于在第一闸阀12关闭时将引气循环回路中的气体引向引气排气塔19内。引气排气支路的设置能够使得引气压力比大气压有较大幅度提升时将气体引向引气排气塔19，实现多路引气。进一步优选地，在引气排气支路上沿着引气方向依次设有第三闸阀15、引射喷嘴16、引射筒17以及第四闸阀18。其工作过程如下：

当引气压力小于或略高于大气压时(通常不高于1.05倍大气压)时，通过通过软管8连接两个接口法兰9，打开第一闸阀12和第二闸阀14，关闭第三闸阀15，利用调压阀10进行流量调节，利用孔板流量计11进行精确测量，继而利用换热器13对气体进行降温，最后利用掺混器14使得气流均匀进入节流阀之后，降低对主流路流场不均匀性的影响。

若引气使压气机进口压力提高，可评估是否需要对压力进行调节，若对试验无影响，可不进行调节，若对试验有影响，可通过粗调压阀2和细调压阀3进行适当调节，来得到想要的试验压力。

当引气压力比大气压有较大幅度提升时(通常大于或等于1.05倍大气压时)，

通过软管8连接两个接口法兰9，关闭第一闸阀12和第二闸阀14，打开第三闸阀15和第四闸阀18，利用调压阀10进行流量调节，利用孔板流量计11进行精确测量，继而利用引射喷嘴16和引射筒17将气流降温后，排向引气排气塔19。

本实用新型试验器节流引气系统具有如下有益技术效果：

1)该试验器节流引气系统可有效解决在节流状态下，压气机级间引气位置处，在各转速下压力小于大气压的引气问题，且系统简单，实现流量精准控制调节；

2)该试验器节流引气系统可有效解决在节流状态下，压气机级间引气位置处，在部分转速下压力小于大气压，部分转速下压力高于大气压的引气问题。且系统简单，实现流量精准控制调节。

3)该试验器节流引气系统利用换热器将气体温度降低至大气温度水平，避免气体经过稳压箱后压气机入口存在温度畸变。

4)该试验器节流引气系统利用掺混器，将气流从四个方向甚至更多方向通向节流阀之后，最大程度降低气流的损失与总压不均匀度。

5)该试验器节流引气系统相较采用真空泵或气源机组进行抽吸，不再需要购买真空泵或配套气源机组，节省了真空泵或气源机组的采购费用；也不再需要为真空泵或气源机组配备厂房，节省了真空泵或气源机组厂房的用地需求，以及节省了相关费用；同样也不再需要为真空泵或抽吸机组配备额外的控制系统，降低整个系统的复杂程度，节省了相关费用。也不再需要考虑由于真空泵或气源机组抽吸带来的噪音问题，不需要额外的噪声处理；同样也不再需要为真空泵或气源机组抽吸提供额外的水、电等运行费用和人工费用。

本实用新型还提供了一种航空发动机高压压气机试验台，其包括上述的试验器节流引气系统。由于本实用新型试验器节流引气系统能够简单高效地实现压气机节流引气试验，相应地，本实用新型航空发动机高压压气机试验台也具有上述的有益技术效果，在此不再赘述。

以上结合的实施例对于本实用新型的实施方式做出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和实质精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、等效替换和变型仍落入在本实用新型的保护范围之内。