CN104654007A - 一种乙烯供给装置及其流量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乙烯供给装置及其流量测量方法，乙烯气瓶与活塞缸、活塞缸与试验模型、补偿气气源与活塞缸通过管路连接。乙烯气瓶给活塞缸内填充乙烯气体，并通过连接管路至试验模型；补偿气气源为活塞缸内补充稳定压力的补偿气，补偿气以稳定的压力推动活塞，进而使得活塞挤压乙烯气体的压力恒定，实现乙烯稳定快速的供应。同时,乙烯供给装置通过电磁阀的精确控制进入活塞缸内乙烯气体的压力，使其工作压力始终低于当地温度下的液化压力点，避免在工作过程中乙烯相变问题的发生，通过测量活塞缸内乙烯气体的压力和体积得出充入燃料缸内乙烯气体的质量，通过测量乙烯流出的时间，计算并准确的得出乙烯的流量。

Description

一种乙烯供给装置及其流量测量方法

技术领域

本发明涉及航空航天乙烯燃料发动机领域，具体地说,涉及一种乙烯供给装置及其流量测量方法。

背景技术

目前，高超音速飞行器研制、试飞已取得了较大的进展。但飞行试验费用较高，地面试验是发动机设计和性能评估的主要手段，往往地面试验准确参数的获得对发动机的设计和发动机真实飞行可能遇到的问题预估有很大作用；目前超燃冲压发动机燃料使用较为普遍的有氢气、乙烯、煤油。燃料当量油气比是发动机工作的重要参数，当量油气比测量的准确与否对发动机性能评估有很大的影响。氢气流量有气体体积流量计和氢气容器内前后压差法等测量方法，煤油流量普遍使用的有涡轮流量计测量方法，但是乙烯作为一种特殊气体目前并未有通用的流量测量方法。

发明专利CN203927392U中公开了一种乙烯汽化器，是通过控制液态乙烯进入气化管中，乙烯在气化管中自然吸热充分，此时液态乙烯变成气态乙烯,供下游设备使用，此方法适用于乙烯压力不高、流量比较大且对乙烯流量精度要求不高的工厂企业，但是该方法在对乙烯流速比较快且精度要求较高的地方不适用，因为流速快会造成乙烯在管道内的静温降低，甚至会低于其液化点，造成气液共存现象发生，乙烯流量不准确。

发明内容

为了克服乙烯在试验条件下容易发生相变，造成气液共存而导致供油流量不稳定的问题，本发明提出一种乙烯供给装置及其流量测量方法；通过补偿气推动活塞，活塞挤压乙烯气体，电磁阀的精确控制实现乙烯的供给；在使用过程中通过严格控制乙烯的供给温度和压力，保证其在使用过程始终处于气态，实现精确的流量测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:乙烯供给装置包括活塞缸、活塞缸底座、补偿气整流板、活塞、乙烯出口整流板、补偿气气源、第五截止阀、乙烯气瓶、过滤器、第一截止阀、减压阀、第二截止阀、第三截止阀、压力表、第四截止阀、电磁阀、压力传感器、第六截止阀，其特点是:乙烯气瓶与活塞缸的乙烯进出口通过管路连接，连接管路上依次安装有过滤器、第一截止阀、减压阀、第二截止阀、第三截止阀、压力表；活塞缸与试验模型通过管路连接，连接管路上依次安装有第四截止阀、电磁阀、压力传感器；补偿气气源与活塞缸的补偿气进口通过管路连接，连接管路上依次安装有第五截止阀、第六截止阀，乙烯气瓶给活塞缸内填充乙烯气体，并通过连接管路至试验模型，连接管路长度≤0.5m；补偿气气源为活塞缸内补充气体，补偿气管道直径d₁≥1.7(W₁/W₂)0.25d₂，其中，W₁为补偿气分子量，W₂为乙烯气体分子量，d₂为燃料进出口直径；活塞缸与活塞缸底座固连,活塞缸底盖有补偿气进气口,活塞缸顶盖设有乙烯进出口和压力表接口,活塞缸内两端分别安装有补偿气整流板和乙烯出口整流板,补偿气整流板与乙烯出口整流板结构相同,整流板中心有中心孔，依中心孔外延均布有若干个直径为3mm的小孔，活塞位于两块整流板之间，乙烯和补偿气进入活塞缸后进行整流。

一种利用权利要求1所述的乙烯供给装置进行流量测量的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.打开补偿气气源开关，打开第三截止阀、第五截止阀，通过补偿气使活塞运动至活塞缸的顶部，关闭第五截止阀，排空活塞缸内上部气体；

步骤2.将乙烯气瓶打开，打开第一截止阀、第六截止阀，调节减压阀压力小于乙烯液化点，打开第二截止阀对活塞缸内填充乙烯，活塞受到乙烯气体挤压，同时观察压力表，当乙烯填充完毕后关闭乙烯气瓶及第一截止阀、第六截止阀，读取压力表压力值P₁；

步骤3.计算试验所需的乙烯流量和所需的补偿气气源提供的补偿气压力，打开第五截止阀、第六截止阀，调节补偿气气源压力至所需的补偿气压力，工作过程中压力不低于初始压力的95％；

步骤4.试验开始前打开第四截止阀，试验开始时通过时序控制电磁阀开启时间t₁和关闭时间t₂；同时采集乙烯供给管路中压力传感器的实时压力信号；

步骤5.试验结束后，关闭第五截止阀，打开第六截止阀，活塞缸内活塞在乙烯压力的推动下至活塞缸内下部，读取压力表压力值P₂；

步骤6.乙烯流量的计算按下式进行:

Ma＝(P₁-P₂)/(R*T)*V/(t₁-t₂)

式中,R为乙烯的气体常数，T为环境温度，V为活塞缸的有效体积。

有益效果

本发明提出的一种乙烯供给装置及其流量测量方法，通过补偿气推动活塞，活塞挤压乙烯气体，电磁阀的精确控制实现乙烯的供应。乙烯气瓶与活塞缸的乙烯进出口通过管路连接，活塞缸与试验模型通过管路连接，补偿气气源与活塞缸的补偿气进口通过管路连接，乙烯气瓶给活塞缸内填充乙烯气体，并通过连接管路至试验模型；补偿气气源为活塞缸内补充稳定压力的补偿气气体，使得补偿气以稳定的压力推动活塞，进而使得活塞挤压乙烯的压力恒定，实现乙烯稳定快速的供应。同时,乙烯供给系统通过调节进入活塞缸体内部乙烯气体的压力，使其工作压力始终低于当地温度下的液化压力点，避免在工作过程中乙烯相变问题的发生，通过测量活塞缸内乙烯的压力和体积得出充入燃料缸内乙烯的质量，通过测量乙烯流出的时间，得出乙烯流量，避免了乙烯相变造成的流量计算不准确问题，并准确的得出乙烯的流量。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种乙烯供给装置及其流量测量方法作进一步的详细说明。

图1为本发明乙烯供给装置示意图。

图2为本发明乙烯供给装置的活塞缸剖视图。

图3为本发明乙烯供给装置的活塞缸内整流板示意图。

图中

1.乙烯气瓶 2.过滤器 3.第一截止阀 4.减压阀 5.第二截止阀 6.第三截止阀7.压力表 8.补偿气气源 9.第五截止阀 10.第六截止阀 11.活塞缸12.第四截止阀 13.电磁阀 14.压力传感器 15.活塞缸底座 16.补偿气进气口17.补偿气整流板 18.活塞 19.乙烯出口整流板 20.乙烯进出口 21.压力表接口

具体实施方式

本实施例是一种乙烯供给装置及其流量测量方法。

参阅图1、图2、图3，本实施例乙烯供给装置由乙烯气瓶1、过滤器2、第一截止阀3、减压阀4、第二截止阀5、第三截止阀6、压力表7、补偿气气源8、第五截止阀9、第六截止阀10、活塞缸11、第四截止阀12、电磁阀13、压力传感器14组成；乙烯气瓶8与活塞缸11的乙烯进出口20通过管路连接，连接管路上依次安装有过滤器2、第一截止阀3、减压阀4、第二截止阀5、第三截止阀6、压力表7；活塞缸11与试验模型通过管路连接，连接管路上依次安装有第四截止阀12、电磁阀13、压力传感器14；补偿气气源8与活塞缸11的补偿气进气口16通过管路连接，连接管路上依次安装有第五截止阀9、第六截止阀10，乙烯气瓶1给活塞缸内填充乙烯气体，并通过连接管路至试验模型，连接管路长度≤0.5m；补偿气气源8为活塞缸11内补充气体，补偿气管道直径d₁≥1.7(W₁/W₂)0.25d₂，其中，W₁为补偿气分子量，W₂为乙烯气体分子量，d₂为燃料进出口直径；减压阀4控制调节充入活塞缸11内乙烯气体的压力；补偿气气源8为活塞缸提供充足稳定的补偿气体，保证活塞挤压乙烯气体的压力恒定；电磁阀13控制乙烯流出活塞缸11进入试验模型的时间；压力传感器14采集乙烯进入试验模型的喷射压力。

活塞缸11包括活塞缸底座15、补偿气整流板17、活塞18、乙烯出口整流板19、乙烯进出口20、压力表接口21,活塞缸11与活塞缸底座15固定连接,活塞缸底盖上开有补偿气进气口16,活塞缸顶盖上设置有乙烯进出口20和压力表接口21,活塞缸内两端分别固定安装有补偿气整流板17和乙烯出口整流板19,补偿气整流板17和乙烯出口整流板19结构相同,整流板中心有中心孔，依整流板中心孔外延均布有若干个直径为3mm的小孔，活塞18位于补偿气整流板17与乙烯出口整流板19之间。当乙烯和补偿气进入活塞缸11后，补偿气整流板17与乙烯出口整流板19对其进行整流，使其由整流板上的小孔均匀流入，防止由于进气不均匀而导致活塞受力不均匀发生活塞18卡死的现象。活塞18的活动范围在补偿气整流板17与乙烯出口整流板19之间，活塞缸11腔体的有效体积V＝S*L，其中，S为活塞缸腔体的截面面积，L＝L₁-L₂，L₁为补偿气整流板17和乙烯出口整流板19之间的距离，L₂为活塞18的高度。

试验时，首先根据试验时间和当量油气比估算出试验所需的乙烯流量，由活塞缸11的有效体积根据理想气体计算出所需补偿气的压力P₃。然后,打开第一截止阀3调节减压阀4至出口压力为P₄，P₄小于当地乙烯液化压力，后打开第五截止阀9、第二截止阀5，乙烯从乙烯气瓶1流出,依次通过过滤器2、第一截止阀3、减压阀4、第二截止阀5、进入活塞缸11上部，活塞18下行至活塞缸体底部。活塞缸内充满乙烯后关闭第二截止阀5，静止10分钟后通过压力表测出活塞缸内部乙烯的压力为P₅，后关掉第一截止阀3、第六截止阀10和乙烯气瓶开关。调节补偿气气源压力P₃，打开第五截止阀9，补偿气进入活塞缸底部，活塞稳定后打开第四截止阀12，读取压力表读数P₁，等待试验开始。试验开始时，打开电磁阀13，补偿气推动活塞18运动，活塞挤压上部的乙烯气体通过乙烯供给管路进入试验模型，压力传感器14测出进入试验模型的乙烯喷射压力，记录下压力传感器14测得的乙烯原始压力的时间点t₁到压力为原始压力0.95倍的时间点t₂，得出乙烯喷射的有效时间t₃＝t₂-t₁。试验结束后，关闭第五截止阀9，打开第六截止阀10、第三截止阀6放出活塞缸内的补偿气和乙烯气体。

乙烯流量的计算按下式进行:

Ma＝(P₁-P₂)/(R*T)*V/(t₁-t₂)

式中,P为试验开始前活塞缸压力表的读数，R为乙烯气体常数R＝296.62，T为环境温度，V为活塞缸的有效体积，t₃为乙烯流出活塞缸进入试验模型的有效时间。

Claims (2)

1.一种乙烯供给装置,包括活塞缸、活塞缸底座、补偿气整流板、活塞、乙烯出口整流板、补偿气气源、第五截止阀、乙烯气瓶、过滤器、第一截止阀、减压阀、第二截止阀、第三截止阀、压力表、第四截止阀、电磁阀、压力传感器、第六截止阀，其特征在于:乙烯气瓶与活塞缸的乙烯进出口通过管路连接，连接管路上依次安装有过滤器、第一截止阀、减压阀、第二截止阀、第三截止阀、压力表；活塞缸与试验模型通过管路连接，连接管路上依次安装有第四截止阀、电磁阀、压力传感器；补偿气气源与活塞缸的补偿气进口通过管路连接，连接管路上依次安装有第五截止阀、第六截止阀，乙烯气瓶给活塞缸内填充乙烯气体，并通过连接管路至试验模型，连接管路长度≤0.5m；补偿气气源为活塞缸内补充气体，补偿气管道直径d₁≥1.7(W₁/W₂)0.25d₂，其中W₁为补偿气分子量，W₂为乙烯气体分子量，d₂为燃料进出口直径；活塞缸与活塞缸底座固连,活塞缸底盖有补偿气进气口,活塞缸顶盖设有乙烯进出口和压力表接口,活塞缸内两端分别安装有补偿气整流板和乙烯出口整流板,补偿气整流板与乙烯出口整流板结构相同,整流板中心有中心孔，依中心孔外延均布有若干个直径为3mm的小孔，活塞位于两块整流板之间，乙烯和补偿气进入活塞缸后进行整流。

2.一种利用权利要求1所述的乙烯供给装置进行流量测量的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.打开补偿气气源开关，打开第三截止阀、第五截止阀，通过补偿气使活塞运动至活塞缸的顶部，关闭第五截止阀，排空活塞缸内上部气体；

步骤2.将乙烯气瓶打开，打开第一截止阀、第六截止阀，调节减压阀压力小于乙烯液化点，打开第二截止阀对活塞缸内填充乙烯，活塞受到乙烯气体挤压，同时观察压力表，当乙烯填充完毕后关闭乙烯气瓶及第一截止阀、第六截止阀，读取压力表压力值P₁；

步骤3.计算试验所需的乙烯流量和所需的补偿气气源提供的补偿气压力，打开第五截止阀、第六截止阀，调节补偿气气源压力至所需的补偿气压力，工作过程中压力不低于初始压力的95％；

步骤4.试验开始前打开第四截止阀，试验开始时通过时序控制电磁阀开启时间t₁和关闭时间t₂；同时采集乙烯供给管路中压力传感器的实时压力信号；

步骤5.试验结束后，关闭第五截止阀，打开第六截止阀，活塞缸内活塞在乙烯压力的推动下至活塞缸内下部，读取压力表压力值P₂；

步骤6.乙烯流量的计算按下式进行:

Ma＝(P₁-P₂)/(R*T)*V/(t₁-t₂)

式中,R为乙烯的气体常数，T为环境温度，V为活塞缸的有效体积。