大型透平压缩机整机及部件气动性能与流动测试技术

透平压缩机，主要包括离心及轴流式压缩机。它广泛应用于航空发动机、燃气轮机等重大关键装备中，以及能源、石化、冶金、制冷及空分等重要行业中，对国民经济的发展起着举足轻重的作用。透平压缩机由一系列部件按照一定规律组合而成，主要有进口集流器、进口导叶、一组基本级及出口蜗室等部件。基本级又由一组相邻的动叶和静叶排构成，或者由叶轮、扩压器、弯道和回流器等部件构成。为研发高性能的透平压缩机产品，传统的压缩机气动测试分析技术局限于整机气动性能、或单个部件性能、或单个部件流场的测试与分析。不能全面切实地反映压缩机性能与内部流动之间的关系，对压缩机研发形成阻碍。随着对高性能压缩机指标的不断提高，在试验研究上，不仅需要测试整机性能，更重要地还需要测试研究压缩机各部件之间的性能和流场匹配情况。这样，才可能较全面系统地掌握压缩机内流情况，为理解其非定常流动机理，分析和判断影响产品性能的主因，为改进定位提供准确目标，使产品研发做到有的放矢，提高高性能压缩机研发的效率，节省投资成本。

本项目通过创新性设计，在轴流及离心压缩机各部件之间布置由计算机控制的微小型探针运动机构，将探针测试系统与压缩机部件结构有机地融合为一体，实现对部件各关键位置截面流动参数分布的准确测试。本项目提供有完整配套的测试数据分析技术，能对透平压缩机整机和部件性能进行综合分析，全面反映压缩机部件及整机性能与内部流场特性之间的关系，是服务于新一代高性能透平压缩机产品研发的重要技术。其中部分技术2016年获得陕西高等学校科学技术奖二等奖，2017年获中国通用机械工业协会科技创新突出贡献奖。

（2）产品性能优势

在目前透平压缩机气动计算与分析软件发展迅速、种类繁多的情况下，本项目提出一种全面测试透平压缩机整机及部件气动性能，以及其内部流动参数的试验技术，是对该领域研究技术手段很有价值的探索与发展。

项目通过试验手段获得压缩机内部流动参量信息，测试精度高，测试数据的空间和时间分辨率高，测试过程实现了高度自动化，达到目前最先进水平。该测试技术获得的气动参量信息十分巨大，能全面覆盖压缩机运行的各种工况，及所有关键流道区域，为掌握压缩机部件和整机性能，以及内部流动提供大量有价值的直接数据信息。项目测试技术充分利用计算机自动控制功能，与最先进探针技术相结合，实现了测试技术的高适应和高智能化，测试精度和测试效率大大提高。项目组自行研发有各式微小型气动探针及高频动态探针，对各式探针校准测试技术有长期研究，开发有高精度气动探针自动校准软硬件系统。

综合起来，项目是系统性解决大型透平压缩机的部件和整机，以及内部流动测试的当今先进技术。

（3）市场前景及应用

项目主要应用于航空发动机/重型燃气轮机的气动试验研究，以及石化、空分、制冷行业中大型透平压缩机的气动试验研究，能为高性能透平压缩机产品的研发提供技术支持。

为沈阳透平机械股份有限公司，陕鼓动力股份有限公司，中国空气动力研究与发展中心（29），荏原冷热系统（中国）有限公司等单位均有合作。为荏原冷热系统（中国）有限公司提供冷水机组性能升级服务，目标是COP提升6%，达到一级能效。主要工作是，通过对其离心式压缩机整机及各部件性能及流动进行测试与分析，对其流道进行了优化设计，完全实现了其能效指标要求。测试如图1和图2所示。

项目组研发有总温（梳齿）探针、总压（梳齿）探针、静压探针、亚音速和跨音速五孔探针、高频动态微型探针等，如图3所示。

项目组开发有适用于各式气动探针的自动校准系统。采用计算机控制伺服电机，实现对各种探针的运动控制；采用高精度数据采集和科学的误差处理方法，实现了探针的高精度校准；自动化提高了探针校准工作效率。如图4~图6所示。