一种基于航空发动机涡轮生产喷涂设备的气体流量校准系统及方法与流程

本发明属于真空测量技术领域，具体涉及一种基于航空发动机涡轮生产喷涂设备的气体流量校准系统及方法。

背景技术

航空发动机涡轮生产喷涂设备是提高发动机叶片产品质量的关键流程，直接影响发动机性能的可靠性，喷涂设备的流量校准是保障喷涂效果的前提。文献“定容法正压漏孔校准装置”，《真空科学技术学报》2014年第6期、第75～79页”，介绍了采用定容法校准正压漏孔的方法，该方法校准的正压漏孔是向大气环境下提供气体流量的方法，尽采用的是定容法测量向大气环境下泄漏的气体漏率，其测量范围为10^-1～10^-8pa·m³/s。文献“恒压式正压漏孔校准装置的设计”，《真空科学技术学报》2007年第27期、第442-445页介绍了采用活塞通过恒压法测量正压漏孔出口的泄漏气体量，其测量范围为10^-3～10^-7pa·m³/s。以上的技术该技术不能满足航空发动机喷涂设备的校准范围需要，并且一套设备仅采用一种方法。

本发明提出了将定容法和恒压法两种方法、将真空下和大气压两种环境下的气体流量测量技术和方法集成在一套设备上，实现了航空发动机喷涂设备在两种工作模式下的精确校准，国内尚未开展过类似的校准装置及研究。本专利针对航空发动机喷涂设备气体流量在真空环境和大气环境量值情况下的工作需求，将多种校准方法集成在一套设备上，建立了基于航空发动机喷涂设备气体流量参数的校准系统，提出了气体流量的校准方法，解决了我国航空发动机喷涂设备气体流量校准的技术问题。

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明针对航空发动机喷涂设备气体流量参数的校准需求，提出了一种基于航空发动机涡轮生产喷涂设备的气体流量校准系统及方法。

技术手段

为了解决上述技术问题，本发明提供了一套基于航空发动机涡轮生产喷涂设备的气体流量校准系统，其特征在于，该系统包括：机械泵rp、分子泵tmp、九个真空阀门(v1，v2，v3，v4，v5，v6，v7，v8，v9)、三个真空室(vc1，vc2，vc3)七个真空计(g1，g2，g3，g4，g5，g6，g7)、一个活塞piston、一个位置测量仪point及一个气体流量计flm和一个恒温箱ctb。

在该系统中，真空系统的机械泵rp通过第一真空阀门v1与分子泵tmp的抽气出口连接，分子泵tmp的入口分别与第三阀门v3和第第二阀门v2连接，第三阀门v3的另一端与第一真空室vc1连接，第二阀门的另一端与第二真空室vc2连接，第一真空室vc1上面接了第四真空计g4、第五真空计g5和第六真空阀门v6，第六真空阀门v6与第六真空计g6连接，第二真空室vc2上面连接了第一真空计g1和第二真空计g2以及第五阀门v5，第五阀门v5与地三真空计g3连接，第三真空是vc3直接与第九阀门v9和g7连接，第四阀门v4一端与与第九阀门v9、第三真空室vc3和第七真空计g7连接，另一端与第八阀门v8、第七阀门v7及第一真空室vc1连接，流量计flm通过第八阀门v8、第九阀门v9连接，活塞piston安装在真空室vc3的内部，位置测量仪point用于测量活塞运动情况，上述除了机械泵rp、第一真空阀门v1、分子泵tmp之外，其它所有的阀门和真空计及真空室安装在恒温箱ctb中。

优选地，所述第一真空计g1、第五真空计g5、第七真空计g7是满量程为1000torr的电容薄膜规(cdg)，第三真空计g3和第六真空计g6是满量程为10torr的电容薄膜规(cdg)，以上真空计测量前稳定6小时以上，并且需要调零。

优选地，第三真空室vc3的内壁非常光滑，vc3真空室的内径约为20cm、长度为1m，位置测量仪point的测量精度小于1mm。在真空条件下校准流量计fml，将其与第七真空阀门v7和第八真空阀门v8连接，在大气压条件下校准时将其与第九真空阀门v9连接。恒温箱ctb温度恒定23±0.2℃。

所述的校准系统校准流量计的方法，其特征在于，包括步骤：

1)在真空条件下对被检测流量flm的校准

s1、保持环境温度为23±3℃，将被检测的流量fml与阀门v7和阀门v8连接，并打开阀门v7和阀门v8，打开真空计g1，g2，g3，g4，g5，g6进行预热和稳定，依次打开机械泵rp、阀门v1、分子泵tmp和阀门v2、v3对真空室抽真空；在真空计稳定6小时以上，用真空计g2、g4分别测量真空室vc2和vc1中的真空度，在真空度小于1×10^-2pa时对上述的薄膜真空计g1、g3、g5、g6进行调零，关闭阀门v2和v3。

s2、将被检测流量计fml调整其满刻度和零点，并设置其提供的流量值，在1～1×10^-3pam³/s范围的校准时，关闭真空阀门v7并打开真空阀门v8，让fml泄漏的气体进入真空室vc1中，用真空计g6测量真空度的变化为△p，并且记录真空度变化的时间为△t，根公式计算得到标准流量值，用c＝q标准值/q设定值计算得到flm的气体流量修正因子(其中v为真空室vc1的体积，q标准值为被检测的实际流量)，通过计算得到被检测flm的气体流量；当真空计g6测量真空度大于100pa时，关闭阀门v6。当调节流量计fml提供更大的流量刻度时，用真空计g5测量压力变化，同样用计算得到flm的气体流量。当被检测的流量在100～1pam³/s时，关闭阀门v8，打开阀门v7，将flm的气体流量引入到真空室vc2中，用真空计g3测量真空度的变化为△p，并且记录真空度变化的时间为△t，根公式(其中v为真空室vc1的体积，ql为被检测的流量)，通过计算得到被检测flm的气体流量；当真空计g3测量真空度大于100pa时，关闭阀门v5。当调节流量计fml提供更大的流量刻度时，用真空计g2测量压力变化，同样用计算得到标准流量值，用c＝q标准值/q设定值计算得到flm的气体流量修正因子。

2)在大气条件下对被检测流量flm的校准

s1、保持环境温度为23±3℃，启动恒温箱，使其温度恒定23±0.2℃，将被检测的流量fml与阀门v9连接，打开真空计g7进行预热和稳定。

s2、将被检测流量计fml调整其满刻度和零点，并设置其提供的流量值，在测量时打开阀门v9，将fml提供的气体流量引入真空是vc3中，在活塞运动稳定后，记录在t1时刻的活塞位置，过一段时间△t后记录活塞的位置，该过程中活塞的位移为△t，通过公式(其中δl为活塞在△t时间内的位移，a为活塞的面积，在此之前是经过计量的，p为真空计g7的测量值，约为一个大气压)。

100pa时，关闭阀门v5。当调节流量计fml提供更大的流量刻度时，用真空计g2测量压力变化，同样用计算得到标准流量值，用c＝q标准值/q设定值计算得到flm的气体流量修正因子。

s3、然后调节流量计flm的设置点，重复s2步骤校准得到不同量程下的流量数据。

发明效果

本发明是将真空环境和大气环境下航空发动机喷涂设备的流量参数校准集成在一套设备上，集成了定容法和恒压两种方法实现了真空流量测量范围为100～1×10^-3pam³/s，大气下的测量范围为200～1pam³/s，解决了航空涡轮发动机喷涂设备的气体流量校准技术问题。

附图说明

图1为本发明基于航空发动机喷涂设备气体流量校准系统的结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不是限制本发明的范围。

如图1所示，本发明所述的基于航空发动机喷涂设备气体流量校准系统，包括：机械泵rp、分子泵tmp、九个真空阀门(v1，v2，v3，v4，v5，v6，v7，v8，v9)、三个真空室(vc1，vc2，vc3)七个真空计(g1，g2，g3，g4，g5，g6，g7)、一个活塞piston、一个位置测量仪point及一个气体流量计flm和一个恒温箱ctb。

在该系统中，真空系统的机械泵rp通过第一真空阀门v1与分子泵tmp的抽气出口连接，分子泵tmp的入口分别与第三阀门v3和第第二阀门v2连接，第三阀门v3的另一端与第一真空室vc1连接，第二阀门的另一端与第二真空室vc2连接，第一真空室vc1上面接了第四真空计g4、第五真空计g5和第六真空阀门v6，第六真空阀门v6与第六真空计g6连接，第二真空室vc2上面连接了第一真空计g1和第二真空计g2以及第五阀门v5，第五阀门v5与地三真空计g3连接，第三真空是vc3直接与第九阀门v9和g7连接，第四阀门v4一端与与第九阀门v9、第三真空室vc3和第七真空计g7连接，另一端与第八阀门v8、第七阀门v7及第一真空室vc1连接，流量计flm通过第八阀门v8、第九阀门v9连接，活塞piston安装在真空室vc3的内部，位置测量仪point用于测量活塞运动情况，上述除了机械泵rp、第一真空阀门v1、分子泵tmp之外，其它所有的阀门和真空计及真空室安装在恒温箱ctb中。

在一实施例中，所述的真空校准系统第一真空计g1、第五真空计g5、第七真空计g7是满量程为1000torr的电容薄膜规(cdg)，第三真空计g3和第六真空计g6是满量程为10torr的电容薄膜规(cdg)，以上真空计测量前稳定6小时以上，并且需要调零。

所述的真空校准系统，其特征在于，所述第一真空计g1、第五真空计g5、第七真空计g7是满量程为1000torr的电容薄膜规(cdg)，第三真空计g3和第六真空计g6是满量程为10torr的电容薄膜规(cdg)，以上真空计测量前稳定6小时以上，并且需要调零。

第三真空室vc3的内壁非常光滑，vc3真空室的内径约为20cm、长度为1m，位置测量仪point的测量精度小于1mm。在真空条件下校准流量计fml，将其与第七真空阀门v7和第八真空阀门v8连接，在大气压条件下校准时将其与第九真空阀门v9连接。恒温箱ctb温度恒定23±0.2℃。

真空阀门v8连接，在大气压条件下校准时将其与第九真空阀门v9连接。

本发明所述的利用上述系统的对航空发动机喷涂设备气体流量的校准方法，包括步骤：

1)在真空条件下对被检测流量flm的校准

s1、保持环境温度为23±3℃，将被检测的流量fml与阀门v7和阀门v8连接，并打开阀门v7和阀门v8，打开真空计g1，g2，g3，g4，g5，g6进行预热和稳定，依次打开机械泵rp、阀门v1、分子泵tmp和阀门v2、v3对真空室抽真空；在真空计稳定6小时以上，用真空计g2、g4分别测量真空室vc2和vc1中的真空度，在真空度小于1×10^-2pa时对上述的薄膜真空计g1、g3、g5、g6进行调零，关闭阀门v2和v3。

s2、将被检测流量计fml调整其满刻度和零点，并设置其提供的流量值，在1～1×10^-3pam³/s范围的校准时，关闭真空阀门v7并打开真空阀门v8，让fml泄漏的气体进入真空室vc1中，用真空计g6测量真空度的变化为△p，并且记录真空度变化的时间为△t，根公式计算得到标准流量值，用c＝q标准值/q设定值计算得到flm的气体流量修正因子(其中v为真空室vc1的体积，q标准值为被检测的实际流量)，通过计算得到被检测flm的气体流量；当真空计g6测量真空度大于100pa时，关闭阀门v6。当调节流量计fml提供更大的流量刻度时，用真空计g5测量压力变化，同样用计算得到flm的气体流量。当被检测的流量在100～1pam³/s时，关闭阀门v8，打开阀门v7，将flm的气体流量引入到真空室vc2中，用真空计g3测量真空度的变化为△p，并且记录真空度变化的时间为△t，根公式(其中v为真空室vc1的体积，ql为被检测的流量)，通过计算得到被检测flm的气体流量；当真空计g3测量真空度大于100pa时，关闭阀门v5。当调节流量计fml提供更大的流量刻度时，用真空计g2测量压力变化，同样用计算得到标准流量值，用c＝q标准值/q设定值计算得到flm的气体流量修正因子。

2)在大气条件下对被检测流量flm的校准

s1、保持环境温度为23±3℃，启动恒温箱，使其温度恒定23±0.2℃，将被检测的流量fml与阀门v9连接，打开真空计g7进行预热和稳定。

s2、将被检测流量计fml调整其满刻度和零点，并设置其提供的流量值，在测量时打开阀门v9，将fml提供的气体流量引入真空是vc3中，在活塞运动稳定后，记录在t1时刻的活塞位置，过一段时间△t后记录活塞的位置，该过程中活塞的位移为△t，通过公式(其中δl为活塞在△t时间内的位移，a为活塞的面积，在此之前是经过计量的，p为真空计g7的测量值，约为一个大气压)。

100pa时，关闭阀门v5。当调节流量计fml提供更大的流量刻度时，用真空计g2测量压力变化，同样用计算得到标准流量值，用c＝q标准值/q设定值计算得到flm的气体流量修正因子。

s3、然后调节流量计flm的设置点，重复步骤s2校准得到不同量程下的流量数据。

实施例1

1)在真空条件下对被检测流量flm的校准

(1)保持环境温度为23±3℃，启动恒温箱，使其温度恒定23±0.15℃，将被检测的流量fml与阀门v7连接，并打开阀门v7，打开真空计g1，g2，g3进行预热和稳定，依次打开机械泵rp、阀门v1、分子泵tmp和阀门v2、v3对真空室抽真空；在用真空计g2测量真空室vc3中的真空度，测得其值为5.4×10^-4pa，并且真空计稳定6.2小时，对薄膜真空计g1、g3进行调零，然后关闭阀门v2和v3。

(2)将被检测流量计fml调整其满刻度和零点，并设置其提供的流量值为20％fs(流量计的设定值为1pam³/s)，用真空计g5测量在100s内压力变化为99pa，同样用(其中v的值为1.105m³)，计算得到flm的气体流量1.094pam³/s，其修正因子为c＝q标准值/q设定值＝1.094/1＝1.094。

2)在大气条件下对被检测流量flm的校准

(1)保持环境温度为23±1℃，启动恒温箱，使其温度恒定23±0.18℃，将被检测的流量fml与阀门v9连接，依次打开机械泵rp、阀门v1、分子泵tmp和阀门v3对真空室vc1和vc3抽真空；在用真空计g2测量真空室vc1中的真空度，测得其值为5.4×10^-3pa，并且在真空计g7稳定了6.3小时，对真空计g7进行调零。

(2)将被检测流量计fml调整其满刻度和零点，并设置其提供的流量值为满量程的60％fs(设定值为12pam³/s)，在测量时关闭阀门v7、v8，打开阀门v9，将fml提供的气体流量引入真空是vc3中，在活塞运动稳定后，记录在t1＝0s时刻的活塞位置为3.5cm处，过一段时间△t＝60s后记录活塞的位置为13.5cm处，该过程中活塞的位移为△l＝10.0cm＝0.10m，通过公式(a为活塞的面积为0.1256m²，p为真空计g7的测量值为1.0115×10⁵pa)，计算得到q标准值＝12.704pam³/s，其修正因子为c＝q标准值/q设定值＝12.704/12＝1.059。