离心压缩机性能测试实验台的制作方法

1.本发明涉及压缩机技术领域，尤其是涉及到一种离心压缩机性能测试实验台。


背景技术：

2.目前，cfd等数值模拟方法是研究离心压缩机的主流方式，但在研究新式几何形状时，其对实际流动的预测仍存在不确定性。特别是在对具有明显三维和二次流现象的回流通道进行分析时，采用cfd模拟技术难以得到准确的结果，因此cfd还无法取代实验。
3.离心压缩机模型级整机和部件性能的实验研究应采用旋转实验台，但旋转实验台的配套设施繁多且造价高昂，同时搭建难度较高，使得离心压缩机较难开展实验研究。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种离心压缩机性能测试实验台，主要目的是降低实验台的搭建难度及成本，以便于离心压缩机的实验研究。
5.为达到上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案：
6.本发明实施例提供了一种离心压缩机性能测试实验台，包括风洞集气罐、进气管路、测量结构、出气管路和待测压缩机结构；
7.所述风洞集气罐通过所述进气管路与所述待测压缩机结构的叶轮出口连通，所述待测压缩机结构的级出口与所述出气管路的入口连通；
8.所述待测压缩机结构包括盖板和叶轮，所述盖板上设置有通孔，所述叶轮的叶片角度可调，以得到与某工况下所述叶轮相匹配的静止导叶；
9.所述测量结构包括安装筒、设置于所述安装筒上的驱动部和与所述驱动部连接的探针，所述安装筒同轴套设于所述待测压缩机结构的外部，所述探针通过所述通孔插入所述待测压缩机结构内部的流道中，所述驱动部用于驱动所述探针沿所述待测压缩机结构的周向、轴向和径向运动，以使所述探针对所述流道内的测量截面进行测量。
10.进一步地，所述待测压缩机结构还具有扩压器出口和回流器入口；
11.所述通孔包括与所述叶轮出口相对应的第一通孔、与所述扩压器出口相对应的第二通孔、与所述回流器入口相对应的第三通孔以及与所述级出口相对应的第四通孔；
12.所述探针包括依次分别插设于所述第一通孔至所述第四通孔内的第一探针、第二探针、第三探针和第四探针；
13.所述驱动部用于驱动所述第一探针至所述第三探针分别进行周向和轴向运动，以及驱动所述第四探针进行周向和径向运动。
14.进一步地，所述驱动部包括第一驱动部，所述第一驱动部包括第一滑动体、第一电机和第一连杆；
15.所述第一滑动体可沿所述安装筒的周向滑动地设置于所述安装筒的一端；
16.所述第一电机设置于所述第一滑动体上，且其输出端的运动方向与所述待测压缩机结构的轴向一致；
17.所述第一连杆与所述第一电机的输出端连接，且沿所述待测压缩机结构的径向延伸布置；
18.所述第一探针和第二探针沿所述第一连杆的长度方向间隔设置于所述第一连杆上。
19.进一步地，所述第一滑动体为与所述待测压缩机结构同心设置的弧形体，所述第一滑动体上设置有第一啮合齿；
20.所述第一驱动部还包括第一齿轮，所述第一齿轮设置于所述安装筒上，所述第一齿轮与所述第一啮合齿啮合连接，以驱动所述第一滑动体相对所述安装筒滑动。
21.进一步地，所述驱动部还包括第二驱动部，所述第二驱动部包括第二滑动体、第二电机、第三电机和第三连杆；
22.所述第二滑动体可沿所述安装筒的周向滑动地设置于所述安装筒的另一端；
23.所述第二电机设置于所述第二滑动体上，且其输出端的运动方向与所述待测压缩机结构的轴向一致；所述第二连杆与所述第二电机的输出端连接，且沿所述待测压缩机结构的径向延伸布置；
24.所述第三电机设置于所述第二滑动体上，且其输出端的运动方向与所述待测压缩机结构的径向一致；
25.所述第三探针设置于所述第二连杆上；所述第四探针与所述第三电机的输出端连接。
26.进一步地，所述第二滑动体为与所述待测压缩机结构同心设置的弧形体，所述第二滑动体上设置有第二啮合齿；
27.所述第二驱动部还包括第二齿轮，所述第二齿轮设置于所述安装筒上，所述第二齿轮与所述第二啮合齿啮合连接，以驱动所述第二滑动体相对所述安装筒滑动。
28.进一步地，所述盖板包括位于所述叶轮出口所在侧的第一盖板，所述第一盖板上设置有与所述待测压缩机结构同心设置，且沿所述待测压缩机结构径向排布的第一弧形导槽和第二弧形导槽；
29.所述第一通孔和第二通孔均为与所述待测压缩机结构同心设置的弧形孔，且所述第一通孔设置于所述第一弧形导槽的槽底上，所述第二通孔设置于所述第二弧形导槽的槽底上；
30.所述离心压缩机性能测试实验台还包括均呈弧形的第一密封板和第二密封板；
31.所述第一密封板可活动地设置于所述第一弧形导槽内，并封堵所述第一通孔；所述第二密封板可活动地设置于所述第二弧形导槽内，并封堵所述第二通孔；
32.所述第一密封板和第二密封板与所述第一滑动体连接，且能够随着所述第一滑动体的运动而分别在所述第一弧形导槽和第二弧形导槽内运动；
33.所述第一密封板和第二密封板上均设置有第一过孔，所述第一探针和第二探针依次分别通过相应的所述第一过孔穿过所述第一通孔和第二通孔。
34.进一步地，所述盖板包括位于所述级出口所在侧的第二盖板，所述第二盖板上设置有与所述待测压缩机结构同心设置的第三弧形导槽，所述级出口的侧壁上设置有与所述待测压缩机结构同心设置的第四弧形导槽；
35.所述第三通孔和第四通孔均为与所述所述待测压缩机结构同心设置的弧形孔；且
所述第三通孔设置于所述第三弧形导槽的槽底上，所述第四通孔设置于所述第四弧形导槽的槽底上；
36.所述离心压缩机性能测试实验台还包括均呈弧形的第三密封板和第四密封板，所述第三密封板可活动地设置于所述第三弧形导槽内，并封堵所述第三通孔；所述第四密封板可活动地设置于所述第四通孔内，并封堵所述第四通孔；
37.所述第三密封板和第四密封板与所述第二滑动体连接，且能够随着所述第二滑动体的运动而分别在所述第三弧形导槽和第四弧形导槽内运动；
38.所述第三密封板和第四密封板上均设置有第二过孔，所述第三探针和第四探针依次分别通过相应的所述第二过孔穿过所述第三通孔和第四通孔。
39.进一步地，所述进气管路包括沿从所述风洞集气罐至所述待测压缩机结构的方向依次连通的第一变径段、稳流段和第二变径段，所述第二变径段靠近所述待测压缩机结构的叶轮出口设置；
40.所述第一变径段的内径从所述风洞集气罐至所述待测压缩机结构的方向逐渐增大；
41.所述稳流段内设置有整流栅；
42.所述第二变径段的内径从所述风洞集气罐至所述待测压缩机结构的方向逐渐减小，且所述第二变径段的管壁面为曲面。
43.进一步地，所述出气管路包括第三变径段，所述第三变径段的内径沿从所述待测压缩机结构至所述出气管路的出口方向逐渐增大。
44.借由上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
45.本发明实施例提供的离心压缩机性能测试实验台，从风洞集气罐引出气流，经过进气管路进入待测压缩机结构，且可通过调节风洞风机的开度来调整实验工况，从而实现依托已有风洞结构，无需主动做功机械，降低了实验台的搭建成本与难度。而且，根据待测压缩机结构的现有叶轮结构，通过改变叶轮叶片的形状，使得静止导叶出口马赫数和气流角度沿展向分布与原模型级叶轮出口一致，从而得到与某工况下叶轮相匹配的静止导叶，从而实现利用静止导叶代替旋转叶轮，而测量结构的驱动部能够驱动探针沿待测压缩机结构的周向、轴向和径向运动，以使探针对待测压缩机结构内的流道的测量截面进行测量。
附图说明
46.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
47.图1为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台的结构示意图；
48.图2为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台的俯视结构示意图；
49.图3为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台中待测压缩机结构的旋转叶轮与扩压器叶片相匹配的结构示意图；
50.图4为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台中待测压缩机结构的静止导叶与扩压器叶片相匹配的结构示意图；
51.图5为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台的测量结构在第一视角的结构示意图；
52.图6为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台的测量结构在第二视角的结构示意图；
53.图7为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台的剖视图；
54.图8为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台中待测压缩机结构的静止导叶各个测量截面位置的结构示意图；
55.图9为本发明实施例提供的一种离心压缩机性能测试实验台中待测压缩机结构的第一盖板的结构示意图。
具体实施方式
56.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，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实施例进行详细说明。
57.在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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实施例保护范围的限制。
58.如图1、图2、图5和图6所示，本发明实施例提供了一种离心压缩机性能测试实验台，包括风洞集气罐1、进气管路2、测量结构3、出气管路4和待测压缩机结构5，且其均可以设置在支架100上；风洞集气罐1通过进气管路2与待测压缩机结构5的叶轮出口连通，待测压缩机结构5的级出口与出气管路4的入口连通；待测压缩机结构5包括盖板和叶轮52，盖板上设置有通孔，叶轮52的叶片角度可调，以得到与某工况下叶轮52相匹配的静止导叶；测量结构3包括安装筒31、设置于安装筒31上的驱动部和与驱动部连接的探针，安装筒31同轴套设于待测压缩机结构5的外部，探针通过通孔插入待测压缩机结构5内部的流道中，所述驱动部用于驱动所述探针沿所述待测压缩机结构5的周向、轴向和径向运动，以使所述探针对所述流道内的测量截面进行测量。
59.本发明实施例中，参见图3和图4，其中，图3和图4中的标号200代表扩压器叶片，标号300代表静止导叶，待测压缩机结构5的叶轮52的叶片角度可调，通过改变叶轮52叶片的形状，使得静止导叶出口马赫数和气流角度沿展向分布与原模型级叶轮52出口一致，从而得到与某工况下叶轮52相匹配的静止导叶，进而实现利用静止导叶代替高速旋转的叶轮52，以保证实验安全性和满足相应实验条件。
60.需要说明的是，参见图3和图4，由于静止导叶和扩压器的相对位置对流场具有一定影响，为了降低这种影响，从而提高测量精度，在测量过程中，可以转动静止导叶，以调整其与扩压器的相对位置，即在静止导叶的叶片尾缘与扩压器的叶片前缘的各个不同的相对位置处均测量一个周期的数据，然后再对所有数据取平均值，得到最终的测量结果，从而提
高测量精度，更准确地模拟压缩机的真是流场，将定常流动从真实复杂流动中分离出来，进而可深入研究静子部件内部流动特性。
61.本发明实施例中，探针可以为五孔探针，且该探针可以包括探针本体和用于驱动探针本体旋转的旋转台，该旋转台可以为电机。
62.本发明实施例提供的离心压缩机性能测试实验台，从风洞集气罐1引出气流，经过进气管路2进入待测压缩机结构5，且可通过调节风洞风机的开度来调整实验工况，从而实现依托已有风洞结构，无需主动做功机械，降低了实验台的搭建成本与难度。而且，根据待测压缩机结构5的现有叶轮52结构，通过改变叶轮52叶片的形状，使得静止导叶出口马赫数和气流角度沿展向分布与原模型级叶轮52出口一致，从而得到与某工况下叶轮52相匹配的静止导叶，从而实现利用静止导叶代替旋转叶轮52，而测量结构3的驱动部能够驱动探针沿待测压缩机结构5的周向、轴向和径向运动，以使探针对待测压缩机结构5内的流道的测量截面进行测量。
63.在一可选的实施例中，参见图5、图6、图7和图8，待测压缩机结构5还具有扩压器出口和回流器入口；通孔包括与叶轮52出口相对应的第一通孔511、与扩压器出口相对应的第二通孔512、与回流器入口相对应的第三通孔513以及与级出口相对应的第四通孔514；探针包括依次分别插设于第一通孔511至第四通孔514内的第一探针61、第二探针62、第三探针63和第四探针64；驱动部用于驱动第一探针61至第三探针63分别进行周向和轴向运动，以及驱动第四探针64进行周向和径向运动。
64.上述实施例中，通过驱动部驱动第一探针61、第二探针62第三探针63分别进行周向和轴向位移，同时驱动第四探针64进行周向和径向位移，从而实现叶轮52出口测量截面mp1、扩压器出口测量截面mp2、回流器入口测量截面mp3和级出口测量截面mp4的同步实时测量，减少了测量时间，降低了环境变化对实验结果造成的影响，进一步提高了该实验台的测量精度。
65.在一可选的实施例中，参见图5和图6，驱动部可以包括第一驱动部7，第一驱动部7包括第一滑动体71、第一电机72和第一连杆73；第一滑动体71可沿安装筒31的周向滑动地设置于安装筒31的一端；第一电机72设置于第一滑动体71上，且其输出端的运动方向与待测压缩机结构5的轴向一致；第一连杆73与第一电机72的输出端连接，且沿待测压缩机结构5的径向延伸布置；第一探针61和第二探针62沿第一连杆73的长度方向间隔设置于第一连杆73上。
66.上述实施例中，由于第一电机72设置在第一滑动体71上，且第一电机72的输出端的运动方向与待测压缩机结构5的轴向一致，因此，第一滑动体71和第一电机72可相互配合驱动第一探针61和第二探针62进行周向和轴向位移，这样的结构设置，可以无需额外单独设置驱动第一探针61和第二探针62进行周向运动的驱动机构，结构简单，进一步降低成本。
67.在一可选的实施例中，参见图5和图6，第一滑动体71为与待测压缩机结构5同心设置的弧形体，第一滑动体71上设置有第一啮合齿，具体地，该第一啮合齿设置在第一滑动体71上与所述第一齿轮相对应的侧面上，且沿第一滑动体71的长度方向排布；第一驱动部7还包括第一齿轮74，第一齿轮74设置于安装筒31上，第一齿轮74与第一啮合齿啮合连接，以驱动第一滑动体71相对安装筒31滑动。其中，第一齿轮74可以包括齿轮本体和用于驱动齿轮本体转动的电机。
68.根据上述实施例，由于第一齿轮74与第一滑动体71上的啮合齿啮合连接，因此，当第一齿轮74转动时，第一滑动体71即可沿安装筒31的周向滑动，从而带动第一电机72周向运动，结构简单，使用可靠。
69.上述实施例中，在安装筒31的一端可以设置有沿其周向延伸的第一台阶状滑槽311，且该第一台阶状滑槽311的弧长大于第一滑动体71的弧长，且在第一台阶状滑槽311处可设置有沿其长度方向间隔设置的多个第一滑动勾体312；同时，在第一滑动体71的一侧设置有沿其长度方向延伸的第一台阶711，该第一台阶711与第一台阶711状滑槽311滑动配合，在第一滑动体71上与第一台阶711所在侧相背离的一侧设置有沿其长度方向延伸的第一凹槽712，第一滑动勾体312插设于第一凹槽712内并与该第一凹槽712滑动配合，从而实现第一滑动体71在安装筒31上的可滑动设置。其中，第一台阶711与第一台阶711状滑槽311的配合，以及第一凹槽712与第一滑动勾体312的配合，不仅实现了第一滑动体71在安装筒31上的滑动设置，还实现了第一滑动体71在安装筒31上的轴向和周向限位，结构简单，使用可靠。
70.在一可选的实施例中，参见图5和图6，驱动部还包括第二驱动部8，该第二驱动部8包括第二滑动体81、第二电机82、第三电机83和第二连杆84；第二滑动体81可沿安装筒31的周向滑动地设置于安装筒31的另一端；第二电机82设置于第二滑动体81上，且其输出端的运动方向与待测压缩机结构5的轴向一致；第二连杆84与第二电机82的输出端连接，且沿待测压缩机结构5的径向延伸布置；第三电机83设置于第二滑动体81上，且其输出端的运动方向与待测压缩机结构5的径向一致；第三探针63设置于第二连杆84上；第四探针64与第三电机83的输出端连接。
71.上述实施例中，由于第二电机82和第三电机83设置在第二滑动体81上，且第二电机82的输出端的运动方向与待测压缩机结构5的轴向一致，第三电机83的输出端的运动方向与待测压缩机结构5的径向一致，因此，第二滑动体81、第二电机82和第三电机83可相互配合驱动第三探针63进行周向和周向位移，驱动第四探针64进行周向和径向位移，这样的结构设置，可以无需额外单独设置驱动第一探针61和第二探针62进行周向运动的驱动机构，结构简单，进一步降低成本。
72.在一可选的实施例中，参见图5和图6，第二滑动体81为与待测压缩机结构5同心设置的弧形体，第二滑动体81上设置有第二啮合齿，具体地，该第二啮合齿设置在第二滑动体81上与第二齿轮相对应的侧面上，且沿第二滑动体81的长度方向排布；第二驱动部8还包括第二齿轮，第二齿轮设置于安装筒31上，第二齿轮与第二啮合齿啮合连接，以驱动第二滑动体81相对安装筒31滑动。其中，第二齿轮可以包括齿轮本体和用于驱动齿轮本体转动的电机。
73.根据上述实施例，由于第二齿轮与第二滑动体81上的啮合齿啮合连接，因此，当第二齿轮转动时，第二滑动体81即可沿安装筒31的周向滑动，从而带动第二电机82和第三电机83周向运动，结构简单，使用可靠。
74.上述实施例中，在安装筒31的另一端可以设置有沿其周向延伸的第二台阶状滑槽313，且该第二台阶状滑槽313的弧长大于第二滑动体81的弧长，且在第二台阶状滑槽313处也可设置有沿其长度方向间隔设置的多个第二滑动勾体314；同时，在第二滑动体81的一侧也可设置沿其长度方向延伸的第二台阶811，该第二台阶811与第二台阶811状滑槽313滑动
配合，在第二滑动体81上与第二台阶811所在侧相背离的一侧设置有沿其长度方向延伸的第二凹槽812，第二滑动勾体314插设于第二凹槽812内并与该第二凹槽812滑动配合，从而实现第二滑动体81在安装筒31上的可滑动设置。其中，第二台阶811与第二台阶811状滑槽313的配合，以及第二凹槽812与第二滑动勾体314的配合，不仅实现了第二滑动体81在安装筒31上的滑动设置，还实现了第二滑动体81在安装筒31上的轴向和周向限位，结构简单，使用可靠。
75.在一可选的实施例中，参见图5、图6和图9，盖板包括位于叶轮出口所在侧的第一盖板51，第一盖板51上设置有与待测压缩机结构同心设置，且沿待测压缩机结构径向排布的第一弧形导槽511和第二弧形导槽512；第一通孔515和第二通孔516均为与待测压缩机结构同心设置的弧形孔，且第一通孔515设置于第一弧形导槽511的槽底上，第二通孔516设置于第二弧形导槽512的槽底上；该离心压缩机性能测试实验台还包括均呈弧形的第一密封板91和第二密封板92；第一密封板91可活动地设置于第一弧形导槽511内，并封堵第一通孔515；第二密封板92可活动地设置于第二弧形导槽512内，并封堵第二通孔516；第一密封板91和第二密封板92与第一滑动体71连接，且能够随着第一滑动体71的运动而分别在第一弧形导槽511和第二弧形导槽512内运动；第一密封板91和第二密封板92上均设置有第一过孔，第一探针61和第二探针62依次分别通过相应的第一过孔穿过第一通孔515和第二通孔516。
76.上述实施例中，通过设置第一弧形导槽511和第二弧形导槽512，以及第一密封板91和第二密封板92，可以实现在测量的过程中封堵第一通孔515和第二通孔516，以避免在第一通孔515和第二通孔516处产生漏气现象，从而保证对各个测量截面流场的测量准确性。
77.在一可选的实施例中，参见图5和图6，盖板包括位于所述级出口所在侧的第二盖板53，第二盖板53上设置有与待测压缩机结构同心设置的第三弧形导槽513，级出口的侧壁上设置有与待测压缩机结构同心设置的第四弧形导槽514；第三通孔和第四通孔均为与待测压缩机结构同心设置的弧形孔；且第三通孔设置于第三弧形导槽513的槽底上，第四通孔设置于第四弧形导槽514的槽底上；该离心压缩机性能测试实验台还包括均呈弧形的第三密封板93和第四密封板94，第三密封板93可活动地设置于第三弧形导槽513内，并封堵第三通孔；第四密封板94可活动地设置于第四弧形导槽514内，并封堵第四通孔；第三密封板93和第四密封板94与第二滑动体81连接，且能够随着第二滑动体81的运动而分别在第三弧形导槽513和第四弧形导槽514内运动；第三密封板93和第四密封板94上均设置有第二过孔，第三探针63和第四探针64依次分别通过相应的第二过孔穿过第三通孔和第四通孔。
78.上述实施例中，通过设置第三弧形导槽513和第四弧形导槽514，以及第三密封板93和第四密封板94，可以实现在测量的过程中封堵第三通孔513和第四通孔514，以避免在第三通孔513和第四通孔514处产生漏气现象，从而保证对各个测量截面流场的测量准确性。
79.在一可选的实施例中，参见图1，进气管路2可以包括沿从风洞集气罐1至待测压缩机结构5的方向依次连通的第一变径段21、稳流段22和第二变径段23，第二变径段23靠近待测压缩机结构5的叶轮52出口设置，第一变径段21的内径从风洞集气罐1至待测压缩机结构5的方向逐渐增大，以实现扩压降速的目的，从而减小气流的流速；稳流段22内设置有整流
栅，该整流栅用于稳定来流流场，第二变径段23的内径从风洞集气罐1至待测压缩机结构5的方向逐渐减小，以增大气流的流速，且第二变径段23的管壁面为曲面，以减小对气流流动造成的损失，最终将流速适中、流动损失较小，且流场稳定的气流输送至待测压缩机结构5内，便于对待测压缩机结构5中静子部件的测量截面的二维流场进行测量。
80.在一可选的实施例中，参见图1，出气管路4包括第三变径段41，该第三变径段41的内径沿从待测压缩机结构5至出气管路4的出口方向逐渐增大，以便于气体的流出。
81.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。