CN101672729A - 高空低气压内燃机压气机特性模拟试验台 - Google Patents

高空低气压内燃机压气机特性模拟试验台 Download PDF

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高空低气压内燃机压气机特性模拟试验台，涉及一种内燃机压气机特性模拟试验台。该试验台包括空气管路系统和润滑系统，空气管路系统包括真空泵、稳压箱，与稳压箱出口依次相连的空气过滤器、流量测试段、进气参数测试段、稳流段和压气机，以及与压气机出口依次相连的排气参数测试段、背压调节阀、退喘阀以及排气中冷器；润滑系统包括油箱、供油系统和润滑油中冷器；排气中冷器的出口与稳压箱相连接，使试验台的空气管路形成封闭的空气循环系统；油箱设置在稳压箱内部，以提高试验台的密封性。该试验台可模拟0～30000米高度环境压力，并进行涡轮增压内燃机中压气机的高空模拟特性试验，其密封性能和模拟高度远远高于目前同类的模拟试验台。

Description

高空低气压内燃机压气机特性模拟试验台
技术领域
本发明涉及一种内燃机压气机的高空性能试验台，特别涉及一种内燃机压气机特性模拟试验台，属于人工环境下的模拟试验设备。
背景技术
涡轮增压内燃机是高空低速长航时无人机的首选动力。现有的涡轮增压系统在高空环境下，海拔高度的变化对涡轮增压系统的性能有明显的影响。例如在30000米高度，大气压力仅为地面的1/85，压气机的进气状况发生很大的改变，导致压气机的效率、压比和稳定流量范围等性能的衰退，从而影响涡轮增压内燃机的输出功率、比油耗等性能。为了探索研究压气机在高空不同海拔高度之间各种性能的差异及原因，设计增压系统的控制策略，需要大量的数据分析研究。显然现场试验难以建立起符合试验要求的物理参数及试验条件，且周期长、代价大。相比之下，在实验室内进行模拟试验，则比较容易克服上述困难。
在实验室内进行模拟试验，所用的试验台一般有两种实现方式：一种是将整个涡轮增压系统甚至整个发动机置于一个封闭试验舱，并对该封闭试验舱内环境的压力和温度进行控制和调节，使整个封闭试验舱内环境的压力和温度达到所模拟的高度对应的环境压力和温度，从而使整个涡轮增压系统或者整个发动机在模拟的环境压力和温度下进行性能试验。这种模拟试验台由于需要控制大容积范围内的温度和压力，导致成本极其高，且建设周期长。
另一种实现方式是只模拟压气机进气和排气的温度和压力环境，也就是通过模拟试验台使压气机的进气压力和温度以及压气机的排气压力和温度达到所模拟的高度对应的环境压力和温度。这种模拟试验台的成本较低，因此是目前广泛使用的方案。在这种方案中，由于在温度的控制比较复杂，带来成本极大增加，另一方面，考虑到高度变化导致环境压力的变化是压气机性能变化的主导因素，因此，此类高空模拟试验台常常只模拟高空的环境压力，而没有模拟高空的环境温度。
但是，目前这种高空模拟试验台尚无法模拟10000米高度以上的大气环境，这是由其设计结构和密封性能所限制的。目前此类高空模拟试验台的设计方案一般为开式的方案，即压气机的进气从大气环境中抽取，然后通过压气机排气再返回大气环境，因此，在这种方案中需要使用大抽气量的真空泵或者引射器，在相同的压气机质量流量下，随着模拟高度的增加，空气密度下降，空气的体积逐渐增大，对应地真空泵或者引射器的抽气能力需要增大，因此抽气机或引射器的工作能力直接限制了高空模拟试验台所能模拟的高度；此外，这种开式方案的试验台的密封效果较差也限制了其所能模拟的最大高度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种在实验室内模拟0～30000米高空大气压力环境，并能进行涡轮增压内燃机中压气机的特性试验的高空低压环境模拟试验台。
本发明的技术方案如下：
一种高空低气压内燃机压气机特性模拟试验台，该试验台包括空气系统和润滑系统，所述的空气循环系统包括真空泵1、稳压箱3，与稳压箱出口依次相连的空气过滤器4、流量测试段5、进气参数测试段6、稳流段7和压气机8，以及与压气机出口依次相连的排气参数测试段10、背压调节阀11、退喘阀12以及排气中冷器13，所述的退喘阀与背压调节阀并联；所述的润滑系统包括油箱15、供油系统16和润滑油中冷器17，其特征在于：所述的排气中冷器13的出口与稳压箱3相连接，使所述的稳压箱3、空气过滤器4、流量测试段5、进气参数测试段6、稳流段7、压气机8、排气参数测试段10、背压调节阀11、退喘阀12以及排气中冷器13形成封闭的空气循环系统；所述的油箱15设置在稳压箱3内部。
上述技术方案中，在所述的稳压箱3上安装有绝压传感器2；在所述的流量测试段5上安装有涡街流量计；在所述的进气参数测试段6上安装有总压传感器、静压传感器、总温传感器和静温传感器；在所述的排气参数测试段10上安装有总压传感器、静压传感器、总温传感器和静温传感器；在所述的排气中冷器13上安装有中冷调节阀14。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①试验台设计为一个封闭空气循环管路系统，在试验中与外界大气的空气交换量仅为该封闭系统的漏气量，因此不需要工作能力很大的真空泵或者引射器，就可以模拟较大高度的大气环境压力，该模拟试验台可模拟0～30000米高度环境压力，远远高于目前同类的模拟试验台；②该模拟试验台将润滑油箱置于稳压箱内，使得压气机背盘处的密封性能大大增加，相对于目前同类的模拟试验台，其密封性能更好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-真空泵；2-绝压传感器；3-稳压箱；4-空气过滤器；5-流量测试段；6-进气参数测试段；7-稳定段；8-压气机；9-涡轮；10-排气参数测试段；11-背压调节阀；12-退喘阀；13-排气中冷器；14-中冷调节阀；15-油箱；16-供油系统；17-润滑油中冷器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程作进一步的说明。
图1为本发明提供的高空低气压内燃机压气机特性模拟试验台的结构示意图。
该试验台包括空气系统和润滑系统，空气循环系统包括真空泵1、稳压箱3，与稳压箱3出口依次相连的空气过滤器4、流量测试段5、进气参数测试段6、稳流段7和压气机8，以及与压气机8出口依次相连的排气参数测试段10、背压调节阀11、退喘阀12以及排气中冷器13，其中所述的背压调节阀11与退喘阀12并联；润滑系统包括油箱15、与油箱15依次相连的供油系统16和润滑油中冷器17。
试验台中排气中冷器13的出口与稳压箱3相连接，使稳压箱3、空气过滤器4、流量测试段5、进气参数测试段6、稳流段7、压气机8、排气参数测试段10、背压调节阀11、退喘阀12以及排气中冷器13形成封闭的空气循环系统。
在稳压箱3上安装有绝压传感器2；在流量测试段5上安装有涡街流量计；在所述的进气参数测试段6上分别安装有总压传感器、静压传感器、总温传感器和静温传感器；在所述的排气参数测试段10上安装有总压传感器、静压传感器、总温传感器和静温传感器；在所述的排气中冷器13上安装有中冷调节阀14。
在试验前使用真空泵1将该封闭的空气循环系统抽成对应高度的低气压，并使用绝压传感器2来监测稳压箱3内的气压。当压力达到预定的低压阀值时，真空泵1停止工作。通过改变预定的低压阀值，可以调节稳压箱3内的空气压力，以模拟压气机在不同高度的进气低压。稳压箱3容积需大于2m3，以减小压气机排气气流波动对压气机进气的影响。同时为了保证测量数据的精确度，整个空气循环系统必须严格密封。
试验时，空气从稳压箱3的出气口流出，经过空气过滤器4进行过滤，再经过流量测试段5，由安装在流量测试段上的涡街流量计测量进气流量，再经过进气参数测试段6，由安装在进气参数测试段上的总压传感器、总温传感器、静压传感器和静温传感器分别测取进气的总压、总温、静压和静温，再经过稳流段7进行稳流，进入压气机8；压气机8由涡轮9驱动，空气在压气机8内增压后进入排气参数测试段10，由安装在排气参数测试段上的总压传感器、总温传感器、静压传感器和静温传感器分别测取排气总压、总温、静压和静温，再经过背压调节阀11进入排气中冷器13，最后从排气中冷器13出口重新返回稳压箱3内，实现空气在整个模拟试验台架内的循环。其中，调节背压调节阀11可以控制空气流量，与背压调节阀11并联连接的退喘阀12在压气机8发生喘振时开启，以恢复其稳定工作流量；排气中冷阀13上安装有中冷调节阀14，可以控制经过排气中冷器后排气的温度，以保证稳压箱3内空气的平均温度不变。
在试验中，当稳压箱3内的绝压传感器2检测到空气压力高于预定阀值时，真空泵1启动，维持稳压箱3内的空气压力在试验要求的范围内。由于试验中真空泵1抽走的空气量只是外界向试验台架的漏气量，这部分空气量很小，因此对真空泵的抽气能力要求不高。
本发明将油箱15置于稳压箱3内，使润滑油与压气机8内空气的压差减小，从而消除压气机背盘处润滑油和空气向压气机内部的泄漏。使得压气机背盘处的密封性能大大增加，从而使试验台的密封性能足够满足模拟30000米高度大气低压的要求。
在试验中，润滑系统的工作过程为：供油系统16将润滑油从油箱15内抽出，以一定的压力供给压气机8的轴承润滑，之后经过润滑油中冷器17回到油箱15。其中，润滑油中冷器17将回油冷却，以保证稳压箱3内空气的平均温度不变。

Claims (2)

1.一种高空低气压内燃机压气机特性模拟试验台，该试验台包括空气管路系统和润滑系统，所述的空气管路系统包括真空泵(1)，稳压箱(3)，与稳压箱出口依次相连的空气过滤器(4)、流量测试段(5)、进气参数测试段(6)、稳流段(7)和压气机(8)，以及与压气机出口依次相连的排气参数测试段(10)、背压调节阀(11)、退喘阀(12)以及排气中冷器(13)，所述的退喘阀与背压调节阀并联；所述的润滑系统包括油箱(15)，供油系统(16)和润滑油中冷器(17)，其特征在于：所述的排气中冷器(13)的出口与稳压箱(3)相连接，使所述的稳压箱(3)、空气过滤器(4)、流量测试段(5)、进气参数测试段(5)、稳流段(7)、压气机(8)、排气参数测试段(10)、背压调节阀(11)、与背压调节阀(11)、退喘阀(12)以及排气中冷器(13)形成封闭的空气循环系统；所述的油箱(15)设置在稳压箱(3)内部。
2.按照权利要求1所述的一种高空低气压内燃机压气机特性模拟试验台，其特征在于：在所述的稳压箱(3)上安装有绝压传感器(2)；在所述的流量测试段(5)上安装有涡街流量计；在所述的进气参数测试段(6)上安装有总压传感器、静压传感器、总温传感器和静温传感器；在所述的排气参数测试段(10)上安装有总压传感器、静压传感器、总温传感器和静温传感器；在所述的排气中冷器(13)上安装有中冷调节阀(14)。
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