CN106017875B - 航空油料低温供油系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供油系统领域，公开了一种航空油料低温供油系统，包括储油罐、真空压力油罐、真空泵、高粘度换热器、低温高粘度泵和低温机组。储油罐与真空压力油罐通过油管连接，真空泵与真空压力油罐连接，真空压力油罐上连接有氮气加压管、试验油输出管、试验油回流管，低温高粘度泵和高粘度换热器分别与真空压力油罐通过油管连接，低温高粘度泵和高粘度换热器之间通过油管连接，低温机组与高粘度换热器循环连接。本发明的航空油料低温供油系统能够有效地解决油料结冰和油料与蒸发器的传热问题，并且换热效率非常高。油料在流动时，通过控制氮气压力，可使低温下油料的流动性得到提高，却不会在用户做高压试验时产生“气蚀”现象。

Description

航空油料低温供油系统

技术领域

本发明涉及供油系统领域，尤其涉及一种航空油料低温供油系统。

背景技术

随着航空技术的不断发展，对航空飞行器一些器件(如：电磁阀、柱塞泵和阀门等)的可靠性、耐候性等技术指标的要求越来越高，往往要对设计或生产的器件进行从地面到高空的模拟试验，并根据试验得出的数据进一步优化设计或生产的器件，电磁阀、柱塞泵和阀门等器件在航空飞行器中主要是用来输送各种航空油料(如：航空燃油、航空润滑油、航空冷冻液等)，这些油料在输送过程中，油料的温度会经历大范围的变化，从+200℃～+160℃到-45℃～-60℃，这就要求这些器件能耐受这样的温度变化。这类试验是一般有航空器件油料模拟试验系统进行。

如申请号为201020553850.1的中国专利公开了一种飞机燃油系统低温模拟装置，它包括储油箱、主泵、试验装置、回收油箱、机架、环境箱、保温管路，机架为长方型板状体结构，环境箱为长方体结构，安装在机架上部，储油箱、主泵、试验装置、回收油箱依次安装在环境箱内部，并通过保温管路连接。

在这类试验中能否提供流量、温度恒定油料是试验能否进行的关键，特别是一些油料在低温时发生的变化即粘度增大，使试验很难进行。例如航空蜗轮发动机用合成润滑油，当温度为100℃时，其运动粘度是4.9～5.4mm²/s，当温度为-40℃时，其运动粘度就增大为13000mm²/s。两种温度下的粘度相差约2400倍，这样就很难使低温供油系统提供流量、温度恒定油料。

通常提供低温油料的方法是将油料放入保温箱内，同时将低温系统的蒸发器也放入保温箱内，这时蒸发器和油料便可以交换热量，依靠搅拌叶片搅拌油料以达到箱内油料温度均匀的目。油料和蒸发器就装在油槽内，油料通过油料进出口与用户的试验器相连。这样的油槽在低压力、油料粘度低、设备运行时间短的情况下可以勉强使用，但由于设备的性能不稳定，使用寿命短。这样的油槽其特点是结构简单造价低廉。如果试验器的压力高，温度低、运行时间长，油料粘度大的情况下，这样的油槽就不适用了，原因如下：(1)这样的油槽密封性能不好，箱内的油料在低温、搅拌器的作用下会产生负压，空气会进入油槽内混入油料内并结冰，这些冰渣会使用户试验器的过滤器堵塞，影响流速、流量，严重时还会损坏试验器的高压泵。(2)液体在低温下，其粘度会增大，无论是燃油还是滑油，在温度极低的情况下，其粘度会大幅度地提高(燃油在温度25℃时，粘度为3.7mPas，-60℃时，粘度为480mPas，滑油温度在25℃时，粘度为59mPas，-40℃时，粘度为20000mPas(动力粘度)。这样高的粘度，靠搅拌或高压泵冲击都不能使油料充分流动起来，尤其是在靠近蒸发器表面的油料根本无法流动，随着时间的推移蒸发器表面的油料很可能达到油料的凝固点，最终使蒸发器无法进行热交换。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种航空油料低温供油系统。本发明的航空油料低温供油系统能够有效地解决油料结冰和油料与蒸发器的传热问题，并且换热效率非常高。油料在流动时，通过控制氮气压力，可使低温下油料的流动性得到提高，却不会在用户做高压试验时产生“气蚀”现象。

本发明的具体技术方案为：一种航空油料低温供油系统，包括储油罐、真空压力油罐、真空泵、高粘度换热器、低温高粘度泵和低温机组。

所述储油罐与所述真空压力油罐通过油管连接，所述真空泵与所述真空压力油罐连接，所述真空压力油罐上连接有氮气加压管、试验油输出管、试验油回流管，所述低温高粘度泵和所述高粘度换热器分别与所述真空压力油罐通过油管连接，所述低温高粘度泵和所述高粘度换热器之间通过油管连接，所述低温机组与所述高粘度换热器循环连接。

作为优选，所述高粘度换热器包括壳体和若干换热管，所述壳体的两端分别为油料进口和油料出口，壳体的侧壁两端分别设有换热介质进口和换热介质出口；所述换热管设于壳体内且换热管的两端分别与所述油料进口和油料出口接通，且换热管之间并联设置；所述换热管的内径为10mm。

换热器的任务就是将两种不同温度的液体灌入相邻的容器里，而量容器的位置是相连的，这样两种液体就通过两个容器相邻的壁相互换热，它们的传热方式首先是通过壁传导热量，然后是液体内部通过传导和对流的方式传热。当液体的粘度很高时，液体内部对流的传热方式变得越来越困难，因为液体的粘度高时它的内生摩擦阻力变大，这样一来容器壁附近的液体就只能靠传导这一种方式传热了。

如何增大换热量就成了设计者的主要考虑的问题，一般的情况下都是增大换热面积和让液体泵的压力作用下流动起来及让液体与壁之间的距离尽可能地减少。如板式换热器，对于粘度高的液体来说，虽然液体的厚度方向非常薄利于传热，但是宽度方向的距离大，大部分的液体因阻力大而不流动，这样就只有少部分液体参与换热，无论是换热量还是流量都不能满足要求。

本发明人根据高粘度液体在换热器里的运动情况，设计了一个特殊的高粘度换热器，配上一个能低温高粘度泵，就能够进行很好的换热。其原理是：将高粘度液体从很细的一根换热管中流过，换热介质从这根换热管的外面流过。换热介质是包围着通过高粘度液体的换热管的，从任何方向上看，高粘度液体的厚度只是换热管的直径，理论上是换热管越细越好，换热管内的液体很快通过管壁和管内液体传导热量，由于厚度小很快就能将热量传出，这时如果有足够的压力将高粘度液体推走，让新的液体进来，那么高粘度液体就可以很好地换热。根据试验，用凸轮转子泵或螺纹泵作为低温高粘度泵都可以用来实现油料的输送，而其它种类的泵很难实现这类油料的输送。

作为优选，所述低温机组包括低温泵、导热油罐、板式换热器和压缩机组；所述高粘度换热器的换热介质出口、低温泵、导热油罐、板式换热器、高粘度换热器的换热介质进口依次连接；所述压缩机组与所述板式换热器循环连接。

作为优选，所述真空压力油罐的顶部分别连接有第一压力变送器和压力表，所述真空压力油罐的底部连接有第二压力变送器。

作为优选，所述储油罐与所述真空压力油罐连接的油管的出口位于所述真空压力油罐的底部。

作为优选，所述真空压力油罐与所述低温高粘度泵的连接处低于所述真空压力油罐与所述高粘度换热器的连接处。

作为优选，所述真空压力油罐的底部还设有排油管。

作为优选，所述真空压力油罐与真空泵之间的油管上设有第一阀门，所述氮气加压管上设有第二阀门，所述真空压力油罐与所述储油罐之间油管上设有第三阀门，所述真空压力油罐与所述高粘度换热器之间的油管上设有第四阀门，所述真空压力油罐与所述低温高粘度泵之间的油管上设有第五阀门。

作为优选，所述排油管上设有第六阀门。

作为优选，所述压缩机组为复叠式压缩机组。

在传统低温供油系统中，由于油料在低温时粘度增大，无法与低温系统中的制冷剂进行热交换，其原因是在蒸发器附近的油料的流动性变差，即只要让蒸发器表面的油料流动起来就可以进行和换热。

为了解决上述问题，本发明将低温供油系统中油槽的蒸发器从油槽里去除，并将油槽换成真空压力油罐，将蒸发器换成外置的高粘度换热器，通过低温高粘度泵来输送油料，其过程是：油料从真空压力油罐的底部经油管流入低温高粘度泵的进口，然后从泵的出口排出，并进入高粘度换热器的油料进口，油料在高粘度换热器里面与换热介质换热，之后从高粘度换热器的油料出口流出并经油管回到真空压力油罐，这样就形成了一个循环的油路，只要油料在高粘度换热器内能保持流动，就能够使油料与高粘度换热器里的换热介质交换热量。

在本发明中，从油料加载到油料运行试验的全过程都是在真空压力油罐内进行的，这就保证了油料与外界空气的隔绝，从而杜绝了用户在试验时产生的冰渣。由于真空压力油罐内的油料液位高于回油口，油料在循环时，真空压力油罐内的顶部油面不会产生剧烈的翻滚现象，故在用氮气加压时，氮气与油料表面相对平稳的，减少了氮气被卷入油料内的机会，从而使用户在做油料高压试验时，“气蚀”现象的减少。同时由于液体是可以传递压力的，油料顶部的压力被传递到底部，使油料流出的速度加快，从而减少了由于油料粘度的提高而产生的“断流”现象。

如果将油料直接倒入真空压力油罐里时，会将空气带入油料中，而空气中是含有水份的，另外，真空压力油罐是要留有一定的空间的，而这个空间内如果全是空气，在运行时，空气中的水份由于低温而凝结成水滴并掉入油料中。

在本发明的系统中，加载油料的过程如下：

首先将油料倒入储油罐里，然后启动系统加载命令，系统将自动完成油料的加载。系统接到命令后，首先关闭第二阀门、第三阀门，然后打开第一阀门，启动真空泵对真空压力油罐进行抽真空处理，当第一压力变送器测得压力为10KPa时系统便自动打开第三阀门，储油罐里的油料在大气压力的作用下将油料输到真空压力油罐里，随着油位的升高，第二压力变送器可测得真空压力油罐里的油料液位，当油料的液位达到预设的值时，系统会自动关闭第三阀门和第一阀门，之后系统会自动打开第二阀门，高纯度氮气会输入到真空压力油罐的剩余的空间，当第一压力变送器测得压力为101KPa时，系统会关闭第二阀门，至此油料的加载过程结束。

在本发明的系统中，油料处于运行状态的过程如下：

油料运行状态在加载状态结束后便可进入油料运行状态，在该状态下第二阀门、第三阀门、第一阀门关闭，第四阀门、第五阀门打开，在真空压力油罐与高粘度换热器之间形成通路，油料的驱动是通过低温高粘度泵来完成的，系统同时启动低温机组对油料进行降温。由于高粘度换热器的特殊结构，它不能直接作为制冷机组的蒸发器与油料进行热交换，故本发明采用导热性能极佳的导热油作为直接与油料换热的换热介质，并通过换热性能极佳的板式换器作为低温机组的蒸发器参与换热。导热油与油料进行换热后，又进入板式换热器中与板式换热器中的介质进行换热。随着温度的降低油料的流动性变差，系统便调整低温高粘度泵的电机转数，以期增大电机的扭矩，同时系统还将打开第二阀门让氮气进入真空压力油罐并控制压力为某一直，由于低温下油料的粘度很高流动性变差，故真空压力油罐内上面的油料是不会翻滚的，氮气就不会卷入油料内，在做油料高压试验时不会产生“气蚀”现象。同时液体油料是可以传递压力的，使真空压力油罐底部的油料快速流出，以保证系统足够的流量。当油料的温度达到规定的温度后，就可以向试验器提供油料。

在本发明的系统中，油料卸载的过程如下：

首先启动系统卸载命令，系统将自动完成油料的卸载。系统接到命令后，首先关闭电一阀门，然后打开第二阀门、第三阀门，高纯度氮气会输入到真空压力油罐的空间，随着压力的增高，真空压力油罐内的油料便会被压出真空压力油罐进入储油罐。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的航空油料低温供油系统能够有效地解决油料结冰和油料与蒸发器的传热问题，并且换热效率非常高。油料在流动时，通过控制氮气压力，可使低温下油料的流动性得到提高，却不会在用户做高压试验时产生“气蚀”现象。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明中高粘度换热器的一种结构示意图；

图3为本发明中高粘度换热器的一种截面结构示意图。

附图标记为：储油罐1、真空压力油罐2、真空泵3、高粘度换热器4、低温高粘度泵5、氮气加压管6、试验油输出管7、试验油回流管8、低温泵9、导热油罐10、板式换热器11、压缩机组12、第一压力变送器13、压力表14、第二压力变送器15、排油管16、第一阀门17、第二阀门18、第三阀门19、第四阀门20、第五阀门21、第六阀门22、壳体41、换热管42、油料进口43、油料出口44、换热介质进口45、换热介质出口46。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，一种航空油料低温供油系统，包括储油罐1、真空压力油罐2、真空泵3、高粘度换热器4、低温高粘度泵5和低温机组。

所述储油罐与所述真空压力油罐通过油管连接，所述真空泵与所述真空压力油罐连接，所述真空压力油罐上连接有氮气加压管6、试验油输出管7、试验油回流管8，所述低温高粘度泵和所述高粘度换热器分别与所述真空压力油罐通过油管连接，所述低温高粘度泵和所述高粘度换热器之间通过油管连接，所述低温机组与所述高粘度换热器循环连接。所述真空压力油罐的顶部分别连接有第一压力变送器13和压力表14，所述真空压力油罐的底部连接有第二压力变送器15。所述储油罐与所述真空压力油罐连接的油管的出口位于所述真空压力油罐的底部。所述真空压力油罐与所述低温高粘度泵的连接处低于所述真空压力油罐与所述高粘度换热器的连接处。所述真空压力油罐的底部还设有排油管16。所述真空压力油罐与真空泵之间的油管上设有第一阀门17，所述氮气加压管上设有第二阀门18，所述真空压力油罐与所述储油罐之间油管上设有第三阀门19，所述真空压力油罐与所述高粘度换热器之间的油管上设有第四阀门20，所述真空压力油罐与所述低温高粘度泵之间的油管上设有第五阀门21。所述排油管上设有第六阀门22。

如图2、图3所示，所述高粘度换热器包括壳体41和71根均匀分布的换热管42，所述壳体的两端分别为油料进口43和油料出口44，壳体的侧壁两端分别设有换热介质进口45和换热介质出口46；所述换热管设于壳体内且换热管的两端分别与所述油料进口和油料出口接通，且换热管之间并联设置；所述换热管的内径为10mm。

所述低温机组包括低温泵9、导热油罐10、板式换热器11和压缩机组12；所述高粘度换热器的换热介质出口、低温泵、导热油罐、板式换热器、高粘度换热器的换热介质进口依次连接；所述压缩机组与所述板式换热器循环连接。

在本实施例中，所述压缩机组为复叠式压缩机组。所述低温高粘度泵为凸轮转子泵。

实施例2

一种航空油料低温供油系统，包括储油罐1、真空压力油罐2、真空泵3、高粘度换热器4、低温高粘度泵5和低温机组。

所述储油罐与所述真空压力油罐通过油管连接，所述真空泵与所述真空压力油罐连接，所述真空压力油罐上连接有氮气加压管6、试验油输出管7、试验油回流管8，所述低温高粘度泵和所述高粘度换热器分别与所述真空压力油罐通过油管连接，所述低温高粘度泵和所述高粘度换热器之间通过油管连接，所述低温机组与所述高粘度换热器循环连接。所述真空压力油罐的顶部分别连接有第一压力变送器13和压力表14，所述真空压力油罐的底部连接有第二压力变送器15。所述储油罐与所述真空压力油罐连接的油管的出口位于所述真空压力油罐的底部。所述真空压力油罐与所述低温高粘度泵的连接处低于所述真空压力油罐与所述高粘度换热器的连接处。所述真空压力油罐的底部还设有排油管16。所述真空压力油罐与真空泵之间的油管上设有第一阀门17，所述氮气加压管上设有第二阀门18，所述真空压力油罐与所述储油罐之间油管上设有第三阀门19，所述真空压力油罐与所述高粘度换热器之间的油管上设有第四阀门20，所述真空压力油罐与所述低温高粘度泵之间的油管上设有第五阀门21。所述排油管上设有第六阀门22。

所述高粘度换热器包括壳体41和71根均匀分布的换热管42，所述壳体的两端分别为油料进口43和油料出口44，壳体的侧壁两端分别设有换热介质进口45和换热介质出口46；所述换热管设于壳体内且换热管的两端分别与所述油料进口和油料出口接通，且换热管之间并联设置；所述换热管的内径为10mm。

所述低温机组包括低温泵9、导热油罐10、板式换热器11和压缩机组12；所述高粘度换热器的换热介质出口、低温泵、导热油罐、板式换热器、高粘度换热器的换热介质进口依次连接；所述压缩机组与所述板式换热器循环连接。

在本实施例中，所述压缩机组为复叠式压缩机组。所述低温高粘度泵为螺纹泵。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种航空油料低温供油系统，其特征在于：包括储油罐(1)、真空压力油罐(2)、真空泵(3)、高粘度换热器(4)、低温高粘度泵(5)和低温机组；所述储油罐与所述真空压力油罐通过油管连接，所述真空泵与所述真空压力油罐连接，所述真空压力油罐上连接有氮气加压管(6)、试验油输出管(7)、和试验油回流管(8)，所述低温高粘度泵和所述高粘度换热器分别与所述真空压力油罐通过油管连接，所述低温高粘度泵和所述高粘度换热器之间通过油管连接，所述低温机组与所述高粘度换热器循环连接。

2.如权利要求1所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述高粘度换热器包括壳体(41)和若干换热管(42)，所述壳体的两端分别为油料进口(43)和油料出口(44)，壳体的侧壁两端分别设有换热介质进口(45)和换热介质出口(46)；所述换热管设于壳体内且换热管的两端分别与所述油料进口和油料出口接通，且换热管之间并联设置；所述换热管的内径为10mm。

3.如权利要求2所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述低温机组包括低温泵(9)、导热油罐(10)、板式换热器(11)和压缩机组(12)；所述高粘度换热器的换热介质出口、低温泵、导热油罐、板式换热器、高粘度换热器的换热介质进口依次连接；所述压缩机组与所述板式换热器循环连接。

4.如权利要求1所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述真空压力油罐的顶部分别连接有第一压力变送器(13)和压力表(14)，所述真空压力油罐的底部连接有第二压力变送器(15)。

5.如权利要求1所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述储油罐与所述真空压力油罐连接的油管的出口位于所述真空压力油罐的底部。

6.如权利要求1所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述真空压力油罐与所述低温高粘度泵的连接处低于所述真空压力油罐与所述高粘度换热器的连接处。

7.如权利要求1所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述真空压力油罐的底部还设有排油管(16)。

8.如权利要求1所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述真空压力油罐与真空泵之间的油管上设有第一阀门(17)，所述氮气加压管上设有第二阀门(18)，所述真空压力油罐与所述储油罐之间油管上设有第三阀门(19)，所述真空压力油罐与所述高粘度换热器之间的油管上设有第四阀门(20)，所述真空压力油罐与所述低温高粘度泵之间的油管上设有第五阀门(21)。

9.如权利要求7所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述排油管上设有第六阀门(22)。

10.如权利要求3所述的航空油料低温供油系统，其特征在于，所述压缩机组为复叠式压缩机组。