高速电动涡轮-压气机的性能测试结果分析

1、压气机/涡轮性能试验

         图5 和图6 分别为压气机实测效率和压比曲线。图7 为涡轮实测效率曲线。

从试验结果可以看出：

        （1）压气机的实测效率曲线和压比曲线变化趋势与计算结果相同。

        （2）压气机/涡轮的单独测试性能与预期有一定差距。

         这是因为该新组件以飞机吊舱环境控制系统为应用目的，因此其径向尺寸受到严格限制。作为转轴上径向尺寸最大的部件，压气机叶轮和涡壳的设计均较为困难，导致压气机性能偏低。

        经过反复修改，设计状态下压气机的压比和流量基本达到了设计要求，但效率仍有5%~10%的差距。涡轮在备选产品上的测试结果较好，但在新组件上的单独测试结果却不理想，其原因主要在组件的装配上。

2、组件整机性能试验

       根据测试结果，有如下发现：

      （1）整个组件的运转平稳，而且经过上百小时的测试，未发生重大故障，说明组件结构、支撑轴承及其润滑、电机的冷却等设计是成功的。

      （2）当组件中HSEM 不工作时，涡轮的出口空气温度较高，导致组件的制冷性能较低。这是因为压气机、涡轮均按照转速n0=24000r/min 的要求设计的，而由于此时组件的驱动力小，实际转速远低于n0，使得压气机和涡轮工作严重偏离了设计点。

      （3）当HSEM 开启工作时，组件轴的转速显著提高，压气机和涡轮的工作状态接近设计点，涡轮的出口空气温度明显降低，组件的制冷性能可明显提高。例如，按照前述试验控制参数工作的新组件，其制冷性能可提高1.5 倍以上。

       （4）尽管HSEM 开启工作时，组件轴的转速显著提高，但是由于前述径向尺寸受限以及装配工艺有待完善等原因，组件中压气机与涡轮的实测性能与设计参数仍有一定差距，其中压机效率降低约20%，涡轮效率降低约15%。

结论

        （1）高速电动涡轮－压气机组件性能试验的结果，一方面证明将高速电机引入传统涡轮－压气机组件而形成的结构方案具有较好的运行稳定性和可行性，另一方面也说明高速电机的驱动作用可提高空气循环机转子的旋转速度，增大涡轮温降，从而获得更多制冷量。

        （2）高速电动涡轮－压气机组件具有结构紧凑、能量输出能力强等优点，可以根据需要方便地提供制冷空气。由该组件构成的空气循环制冷系统可提高环境控制系统的可控性和节能效果，丰富空气循环制冷的应用领域，是一种很有前途的制冷通风设备。

        （3）尽管试验组件尚无法达到设计工作状态，但在放宽组件设计尺寸限制、提高组件装配工艺水平的前提下，高速电动涡轮－压气机组件完全可以付诸工程应用。