T/CANSI 145-2024 船用燃气轮机压气机气动性能试验方法

ICS47.020.20

CCSU43

中国船舶工业行业协会团体标准

T/CANSI145—2024

船用燃气轮机压气机气动性能试验方法

Testmethodofcompressoraerodynamicperformance

formarinegasturbine

2024-8-20发布2024-10-1实施

中国船舶工业行业协会发布

T/CANSI145—2024

目次

前言.................................................................................II

1范围.................................................................................1

2规范性引用文件.......................................................................1

3术语和定义...........................................................................1

4试验环境.............................................................................1

5试验设备及要求.......................................................................1

5.1试验系统组成.....................................................................1

5.2进气系统.........................................................................2

5.3压气机试验件.....................................................................3

5.4排气系统........................................................................3

5.5退喘系统.........................................................................3

6试验人员.............................................................................3

7试验对象与试验项目...................................................................3

7.1试验对象.........................................................................4

7.2试验项目.........................................................................4

8试验原理.............................................................................4

9试验程序.............................................................................4

9.1试验准备.........................................................................4

9.2试运转...........................................................................5

9.3性能试验.........................................................................5

10试验数据处理.......................................................................10

10.1测量截面参数平均值的计算.......................................................10

10.2性能参数计算...................................................................10

10.3扩稳效果评判指标计算...........................................................13

10.4雷诺数对压气机性能影响的修正...................................................14

10.5总性能参数的误差分析计算.......................................................14

10.6总性能参数随主要测量参数不确定度变化的敏感性分析计算...........................16

11试验结果评定.......................................................................16

11.1参数精度要求...................................................................16

11.2防喘措施扩稳效果的评定.........................................................17

12试验报告...........................................................................17

附录A(资料性)雷诺数对压气机性能影响的修正方法......................................18

附录B(资料性)船用燃气轮机压气机性能试验报告的格式及内容............................24

I

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前  言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起

草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国船舶工业行业协会标准化分会提出。

本文件由中国船舶工业行业协会归口。

本文件起草单位：中国船舶集团有限公司第七〇三研究所、哈尔滨工程大学、中国船舶集团有限公

司综合技术经济研究院。

本文件主要起草人：王琦、张舟、洪青松、姜斌、万新超、于景磊、牛夕莹、李翔宇、潘宏伟、梁

晨、李东明、殷涛、杨玉婷。

II

T/CANSI145—2024

船用燃气轮机压气机气动性能试验方法

1范围

本文件规定了船用燃气轮机压气机气动性能试验的试验环境、试验设备及要求、试验人员、试验对

象与试验项目、试验原理、试验程序、试验数据处理、试验结果评定、试验报告等内容。

本文件适用于以空气为工质的船用燃气轮机单级与多级轴流式压气机、离心式压气机、轴流-离心

混流式压气机开式试验件的气动性能台架试验。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本对应本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文

件。

GB/T15135燃气轮机词汇

3术语和定义

GB/T15135界定的术语和定义适用于本文件。

4试验环境

试验环境要求如下：

a)环境温度：-30℃～45℃；

b)相对湿度：0%～85%。

5试验设备及要求

5.1试验系统组成

整体试验系统应至少包括如下系统：进气系统、压气机试验件、排气系统、中间放气系统、退喘系

统、动力源系统、滑油系统等。

船用燃气轮机压气机气动性能试验应在专用的试验台架和设备上进行。试验台架平面布置示意图见

图1。

1

T/CANSI145—2024

标引序号说明：

1——进气滤清装置；2——进气室；

3——流量管；4——进气节气阀门；

5——扩压段；6——稳压箱；

7——压气机试验件；8——排气系统；

9——测扭仪；10——齿轮箱；

11——动力设备；12——中间放气系统；

13——退喘系统；14——滑油系统。

注：稳压箱和压气机试验件之间通过软连接过渡。

图1船用燃气轮机压气机气动性能试验台架平面布置示意图

5.2进气系统

5.2.1进气系统组成

船用燃气轮机压气机试验设备的进气系统主要由进气滤清装置1、进气室2、流量管3、进气节气阀

门4、扩压段5和稳压箱6等组成。

5.2.2进气滤清装置

压气机试验装置的进口应设置空气滤清装置或防尘网，保证15μm的尘埃能被滤去75%以上。

5.2.3流量管

5.2.3.1流量管的进气喇叭口内壁应按双纽线式造型进行设计，型面加工精度应在7级以上，表面粗

糙度Ra不大于0.8μm。

5.2.3.2在流量管测量截面上，周向均布4个以上壁面静压测点，每点壁面静压用各自的压力传感器

测量，静压不均匀度（Dp）不大于1%。

5.2.3.3根据试验对象的流量范围选择相应组别的流量管进行流量测量。

5.2.4稳压箱

5.2.4.1空气流经稳压箱的速度应不大于25m/s，稳压箱的长度与直径之比在1.7～3.0范围内。

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5.2.4.2稳压箱内应设置整流装置，保证试验对象压气机进口速度湍流度不大于3%，总压不均匀度不

大于5%。

5.2.4.3从流量管进口到稳压箱出口应具有良好的密封性，并定期进行密封性检查。做密封性检查时，

在试验设备要求的最大真空度下保持3min，压力回升不大于1kPa。

5.3压气机试验件

5.3.1压气机试验件应具有进口测量平直段，用于试验对象压气机进口参数的测量，并且在进口测量

平直段之前设置一段2°～4°的收敛段。试验件进口应装有集流器，如进气喇叭口。

5.3.2压气机试验件应具有出口测量平直段，用于试验对象压气机出口参数的测量。

5.3.3压气机试验件出口与排气系统之间应设计排气扩压器作为过渡结构。

5.3.4排气扩压器机匣上应设置放气机构与退喘系统连接，用于实现试验对象压气机的快速退喘功能，

可根据试验对象压气机的流量和压比情况，确定放气机构的放气流量与尺寸。

5.3.5压气机试验件的防喘措施应针对试验台架及试验目的进行设计。

5.3.6可根据不同的试验目的，对压气机试验件进行改造设计。

5.4排气系统

5.4.1船用燃气轮机压气机试验设备的排气系统8主要由排气收集器与排气节气阀门等组成。排气收

集器通常采用排气蜗壳形式。

5.4.2排气系统的设计应减少对试验对象压气机出口流场的影响，保证试验对象压气机出口测量截面

总压不均匀度不大于10%。

5.4.3排气节气阀门的位置选定应使排气容腔尽可能小，且设有慢速逼喘（背压调节）装置。

5.4.4排气节气阀门应具备快开功能作为后备的应急退喘装置，以防止退喘系统失效对压气机试验件

造成损坏。

5.5退喘系统

船用燃气轮机压气机试验设备的退喘系统13主要由退喘管路和快速退喘装置等组成。快速退喘装置

可采用快开阀门，要求快开阀门从关闭到全开动作时间不超过0.5s，以保证压气机试验件发生喘振时的

快速退喘。

6试验人员

在压气机气动性能试验中，对试验人员要求如下：

a)试验前应确定试验组织机构，明确试验负责人和现场总指挥；

b)试验人员在试验前应进行技术和质量意识、保密意识、安全教育等项目培训；

c)动力源试车员应持有燃气轮机司机证；

d)试验件性能采集人员应具备气体动力学专业知识。

7试验对象与试验项目

3

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7.1试验对象

船用燃气轮机压气机气动性能试验对象可分为以下三类：

a)全尺寸压气机：试验对象压气机与设计尺寸完全一致；

b)模化压气机：试验对象压气机是全尺寸压气机设计尺寸的缩放模型；

c)“研究性”压气机：试验对象是全尺寸压气机部分级的试验、进气条件非大气条件的试验、

为实现某些特定研究目的进行适应性改造后的试验等。

7.2试验项目

船用燃气轮机压气机气动性能试验主要包括：

a)压气机的总性能、部分级性能及基元级性能的稳态性能测试；

b)压气机喘振、初始失稳位置等动态性能测试；

c)压气机防喘措施扩稳性能测试，用于评估不同防喘措施的扩稳设计效果；

d)压气机性能调试与诊断等。

8试验原理

船用燃气轮机压气机气动性能试验均应遵守相似准则。在进行试验时，由动力源系统驱动压气机试

验件，空气经由进气系统被吸入压气机试验件，经过压缩后，通过排气系统排入大气。

9试验程序

9.1试验准备

9.1.1文件准备

试验项目开始前，编制相应的图样及技术文件，主要包括：

a)试验台布置图、测点布置图、试验台系统图、测控系统原理图、测试系统仪器仪表鉴定证书、

试验台安装文件、试验设备及系统合格证、试验前准备状态检查文件、试验大纲、试验实施

细则等；

b)明确试验参试队伍岗位职责，编制试验组织机构文件，相应参试人员具备完成该试验任务要

求的资质；

c)按照质量保证与安全保障要求，编制压气机试验相关的质量与安全文件；

d)每次试验前，编制每日试验卡片。

9.1.2设备准备

按试验要求改装有关设备部件，完成必要的检查项目，并编制相应的记录表格及文件。若设备转

动部件有重大改装，则应进行设备调试。

9.1.3测控系统准备

按试验要求进行测压管路密封性检查、测压与测温系统的改装及压力和温度等测试仪器仪表的准

备、控制系统的改装与调试。

9.1.4压气机试验件准备

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进行压气机试验件在试验台架上的安装和检查，并编制相应的记录表格及文件。

9.1.5测量系统安装和校准

试验前应对测量系统进行校准，包括压力测量系统、温度测量系统（热电偶）、扭矩测量系统、

探针和转速测量系统等。具体要求如下：

a)标准传感器和标准压力发生器应按计量规定时间定期标定；

b)试验前对不同批次的热电偶偶丝进行标定，应对每对偶丝进行单独标定；

c)定期对扭矩测量系统进行静校准和动校准；

d)探针应有规则的校准曲线，校准曲线内含压缩性等影响的修正。

9.1.6数据采集系统和计算机软件的准备

应对数据采集系统及所需计算机软件进行安装和调试。

9.2试运转

9.2.1试验前检查

在每次试验前，按照要求对全部试验设备及系统状态进行试验前检查，并填写相应的记录表格。

9.2.2静态调试

在每次试验前，对各系统进行静态调试，确保各系统正常稳定工作，并填写相应的记录表格。

9.2.3动态调试

在正式试验开始前，进行整个试验系统的动态调试，包括：

a)机械运转调试

在压气机低转速状态稳定运行20min，检查压气机试验件运行状态以及各系统工作情况，初步检

验压气机试验件的机械性能。

b)压气机试运行

从压气机低转速状态缓慢升转速至设计转速，每个特征转速点（不少于6个）可停留10min～15min，

在此过程中，确认各转速状态下压气机试验件的运行状态，对测试系统进行联机检查与调试，对控制

系统、监控系统、数据采集与处理系统等各系统进行联网检查。

9.3性能试验

9.3.1测量截面和测点布置

9.3.1.1试验对象压气机的进口测量截面布置在压气机试验件的进口平直段上，该测量截面选在距第

一排叶片前缘0.3b～1.0b处（b为对应叶片算术平均半径处叶片弦长的轴向投影尺寸），总压、静压

测点位于同一截面上。

9.3.1.2试验对象压气机的出口测量截面布置在压气机试验件的出口平直段上。具体要求如下：

a)在单级压气机试验中，出口总压和总温测量截面距末排静叶片尾缘为0.5b～0.7b；

b)在多级（全台）压气机试验中，该截面距末排静叶片尾缘为1.0b～3.0b；

c)出口静压、壁面静压和气流方向的测量截面在0.2b处，静压与气流方向测点位于同一截面上；

d)若选用沿径向、周向移动的总压、总温、静压及气流方向组合探针，测量截面亦可以选在0.2b

处。

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9.3.1.3级间测量截面根据试验对象压气机的具体结构及试验要求确定。具体要求如下：

a)通常级间总压、总温的测量截面位于静叶片叶栅槽道内。各测量截面的探针面积之和与对应

流道位置的面积比不超过1.5%；

b)对于多级（全台）压气机，由于级间测量截面较多，对气流的阻塞效应较强，根据具体情况

对带有级间测量的总性能测试结果考虑修正；

c)在进行级间总压、总温的测量时，沿径向各测点位置尽量正对来流角度；

d)测量的总压根据所处静叶片的总压损失情况修正至该静叶片出口处。

9.3.1.4动叶后的参数测量在保证测点位于叶片排间隙内的前提下，允许探针支杆置于静叶片槽道中。

亦可以通过静叶片前缘敷设受感部的方式进行测量。

9.3.1.5压气机试验件的进出口测量截面探针安装座周向不少于8个。径向测点在进口不少于5点，

在出口不少于3点。

9.3.1.6对于离心式压气机或轴流—离心混流式压气机，由于结构复杂、通道小、曲率变化大，测点

布置有一定难度，在进行气动性能测试时测点布局可视情况而定，尽量保证测量截面位置的流动平缓、

均匀。

9.3.2参数测量

9.3.2.1进口总压测量

用至少四支多点总压探针测量进口总压，用算术平均方法、面积加权平均方法或质量加权平均方

法计算进口总压平均值。

9.3.2.2出口总压测量

可采用多点总压探针、耙形探针等测量出口总压。

a)用多支多点总压探针测量出口总压时，总压探针数量不少于6支，沿周向布置考虑栅距方向

的总压不均匀因素；

b)用一支沿径向移动测量出口总压时，耙形总压探针的周向测点宽度为1.2倍叶尖栅距，测点

间距为3mm～5mm；

c)用位移机构或旋转机匣带动单点组合探针测量出口参数时，探针覆盖1.2倍栅距的扇形面内

的总压；

d)用多支耙形总压探针测量出口总压时，每支耙形总压探针分别置于出口测量截面等环面的平

均半径上；

e)用算术平均方法、面积加权平均方法或质量加权平均方法计算出口总压平均值。

9.3.2.3壁面静压测量

通过在测量截面壁面上开孔测量静压。

a)在各测量截面的内、外壁开静压孔，孔径为0.5mm～1.0mm，孔深大于3倍孔径，孔的中心

线垂直于气流方向，允许顺气流方向倾斜不大于30°，孔口保持锐边无毛刺；

b)进、出口测量截面的内、外壁静压孔不少于4个，级间壁面静压孔位于静叶槽道中心线上，

与级间总压测量截面位于同一轴向位置；

c)若结构允许，在动叶片尾缘与静叶片前缘的中间截面上也设置静叶孔。

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9.3.2.4进出口静压测量

用多点Γ形或单点径向移动静压探针测量静压的径向分布，近壁静压参考内、外壁静压值确定。

9.3.2.5进口总温测量

进口总温可以用电阻温度计，也可以用热电偶测量。测量点设置在进气系统中气流速度最低的部

位。

9.3.2.6出口总温测量

可采用多点总温探针、耙形探针等测量出口总温。具体要求如下：

a)用多支多点总温探针测量出口总温时，总温探针数量不少于6支，沿周向布置考虑周向温度

的不均匀性；

b)用耙形总温探针测量出口总温时参考出口总压测量的布置方式；

c)出口总温测量截面可根据情况适当稍后于压力测量截面，以减弱出口探针过多对所测流场的

影响；

d)在进行总温测量时，各测量温度在计算过程中按总温探针形式选取相应的总温恢复系数对所

测值进行修正。

9.3.2.7气流方向测量

允许采用不同形式的气动探针测量气流方向，探针或位移机构应有定位基准。

9.3.2.8动叶后参数测量

动叶后参数测量分为稳态测量和动态测量：

a)用五孔探针沿径向移动的稳态测量方法进行动叶后参数测量，或者采用静叶片前缘敷设受感

部的方式进行测量；

b)用高频响压力探针和高速采集器组成的动态系统测量动叶后的动态参数。

9.3.2.9扭矩测量

用测扭仪测量扭矩时，应对扭矩测量值做机械效率等影响的修正。通常采用的一种修正机械效率

等影响因素的方法是在无压气机试验件的情况下进行扭轴动校准。

9.3.2.10转速测量

转速传感器分别设置在动力源系统输出轴和压气机试验件的传动轴上。动力源的转速测量系统按

其各自的特点选取。压气机试验件传动轴的转速可以用转矩转速测量仪测量，亦可以用音轮、磁电式

传感器和频率计组成的系统测量。

9.3.2.11稳定工作极限出口压力

通过测量稳定工作极限出口压力来确定压气机的稳定工作边界。具体要求如下：

a)采用多支多点总压探针测量出口总压，或采用沿周向置于不同半径位置的多支耙形总压探针

测量出口总压时，在试验对象压气机到达该转速的稳定工作极限时，同时采集全部测点总压

值；用算术平均方法、面积加权平均方法或质量加权平均方法计算出口总压，作为该状态点

的出口总压值；

b)采用一支沿径向移动耙形总压探针测量出口总压时，在试验对象压气机到达该转速的稳定工

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作极限时，该测点置于出口平均半径