CN108760322A - 一种适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统，包括气源(1)和与气源(1)连接的分散式布置的多个加热模组，其中，加热模组分别包括通过进气总管与气源(1)连接的第一调节阀(2)、与第一调节阀(2)连接的第一匀气罐(3)、与第一匀气罐(3)连接的并联的四个电加热器(7)、以及用于将电加热器加热后的空气混合整流的第二匀气罐(9)，其中第一匀气罐(3)能够将来自气源(1)的空气均匀地分配到四个电加热器(7)中。根据本发明，实现了对于所产生的高温空气流量的从系统级到设备级的宽幅调节，避免了引气流量较小时电加热器自身的“干烧”风险，同时消除了流量分配不均匀而导致的空气温度不一致现象。

Description

一种适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统
技术领域
本发明涉及一种能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统，其能够均匀气流。特别地，根据本发明的空气电加热系统适于在地面试验室中模拟来自航空发动机的高温引气、环控系统空调的入口高温气体及用作环控系统设备级性能试验用高温气源。
背景技术
飞机环控系统，即飞机环境控制系统作为重要的机载系统之一，承担着为机上人员提供舒适空气环境的任务。环控系统通过控制机舱内空气的温度、湿度、流速、压力等参数，向机组人员和乘客提供足够舒适的生存和工作环境。航空飞行器在完成整个飞行任务时，环控系统需从发动机引气供空调、防冰等用气单元正常工作。而发动机的处于高中压的引气的温度通常约在100-600℃范围内并且随发动机的推力变化而变化，同时发动机推力的变化还造成引气口压力的变化，伴随着引气流量也跟着不断改变，因此在地面试验室进行环控系统研发与验证试验时，提供一套类似航空发动机能产生高温高压气源，而且温度、压力和流量可调的试验设备是必不可少的。
目前，在地面试验室中模拟航空发动机引气通用的做法是：由空压机及其附属干燥净化装置产生具有一定洁净度、露点温度的高压气源，然后通过加热系统、调压系统及加湿系统等实现温度、压力、流量及湿度的调节。通常作为主机的地面试验设备不仅要完成系统级性能试验，还需要兼顾设备级性能验证及数据收集试验等，由于系统级(例如最大为20,000kg/h的空气流量)和设备级(例如，最小为800kg/h的空气流量)试验的同时存在要求试验台的流量调节范围较宽。
当前，通常使用单台加热器对流经其的空气进行加热以达到期望的温度，然而，模拟单台加热器对流经其的流量的范围存在限制，对流量的敏感性较高，若模拟试验所需的引气流量较大，单台加热器并不能满足试验所需。若同时使用多台单独加热器来满足较大的引气流量，则在试验所需模拟的引气流量较小时，单台加热器容易由于流经的空气较少而过热“干烧”，从而带来设备性能降低，严重地可能导致损坏。另一方面，多台单独加热器简单的连接可能造成每台加热器流量分配不均匀现象，导致所产生的引气温度不一致。
发明内容
基于当前现有技术中存在的问题，本发明提出一种能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统，其利用电加热器并联成组，组与组再次并联，且使用过程中根据流量来灵活组合工作的电加热器的数量，由此实现了对于所产生的高温空气流量的从系统级到设备级的宽幅调节，并且避免了引气流量较小时电加热器自身的“干烧”风险，同时消除了使用多台电加热器时造成的流量分配不均匀而导致的空气温度不一致现象。
为了实现以上目的，根据本发明的匀气型分散式空气电加热系统包括气源和与所述气源连接的分散式布置的多个加热模组，其中，加热模组分别包括通过进气总管与气源连接的第一调节阀、与第一调节阀连接的第一匀气罐、与第一匀气罐连接的并联的四个电加热器、以及用于将电加热器加热后的空气混合整流的第二匀气罐，其中第一匀气罐能够将来自气源的空气均匀地分配到四个电加热器中。
根据本发明的一种优选技术方案，为每个电加热器设有管道流量计、流量开关、第二调节阀和出气口温度传感器。优选地，还设有与第一调节阀、管道流量计、流量开关、第二调节阀和出气口温度传感器连接的控制器，该控制器能够在通过管道流量计测量的流经电加热器的空气的流量低于限值时使电加热器停止加热，以及根据出气口温度传感器的信号控制第一调节阀和/或第二调节阀以调节进入电加热器的空气的流量。
根据本发明的一种优选技术方案，四个电加热器在所述加热模组中相对于所述进气总管的轴线左右对称地设置，并且四个电加热器在所述加热模组中相对于上下地设置。通过电加热器相对于进气总管的布置方式，能够保证进入电加热器的空气最佳地均匀分配。
根据本发明的一种优选技术方案，在工作时四个电加热器中的两个电加热器进行加热。由此，当所需的高温引气流量较小时，能够保证每个电加热器工作时最低的空气流量而不会发生“干烧”。
根据本发明的一种优选技术方案，第一匀气罐和第二匀气罐可以是相同的球形罐。优选地，第一匀气罐和/或第二匀气罐的内部具有蜂窝状导流片。
根据本发明的一种优选技术方案，第一匀气罐的截面积为在第一匀气罐与四个电加热器之间的管路的截面的2倍，第二匀气罐的截面积为在第二匀气罐与四个电加热器之间的管路的截面的2倍。
附图说明
在附图中示出了根据本发明的有利的实施方案。在附图中：
图1示出了根据本发明的能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统的俯视图，其中示例性地示出了具有两个加热模组；以及
图2示出了在图1的箭头方向观察一个加热模组的视图。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述根据本发明的能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统的具体实施方式。以下所给出的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围内。
参见图1，其示出了根据本发明的能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统的俯视图，其中示例性地示出了具有两个加热模组，然而，根据本发明的匀气型分散式空气电加热系统可以具有多于两个加热模组。
为了在地面试验室中模拟航空发动机引气端口的高温气源，根据本发明的能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统首先包括例如为集气罐的气源1，其内存储有压缩空气并通过管路与多个分散式布置的加热模组相连接(在图1中示出了两个加热模组)。各加热模组分别包括通过进气总管与气源1连接的第一调节阀2、与第一调节阀2连接的第一匀气罐3、与第一匀气罐3连接的并联的四个电加热器7、以及用于将电加热器7加热后的空气混合整流的第二匀气罐9，其中第一匀气罐2能够将来自气源1的空气均匀地分配到四个电加热器7中。为此，第一匀气罐2例如可以是内部具有蜂窝状导流片的球形罐，其能够将空气流均匀地分配给四个电加热器7。
优选地，为加热模组中的每个电加热器设有管道流量计4、流量开关5、第二调节阀6和出气口温度传感器8，并且设有与第一调节阀2、管道流量计4、流量开关5、第二调节阀6和出气口温度传感器8连接的控制器10，其中管道流量计4能够测量流经电加热器7的空气的流量，该控制器由此能够在流经电加热器7的空气的流量低于限值时使电加热器7停止加热，以在试验所需的引气流量较小时避免电加热器7的“干烧”。控制权10还可以根据出气口温度传感器8的信号控制所述第一调节阀2和/或所述第二调节阀6以调节进入所述电加热器7的空气的流量，从而获得所需的引气温度。
特别地，当所需的高温引气流量较小时并不需要四个电加热器7同时工作，此时可以通过控制器10关闭两个电加热器7并关闭与其对应的两个第一调节阀2，而仅使剩余的两个电加热器7对空气流进行加热，以此方式也可以在试验所需的引气流量较小时避免电加热器7的“干烧”。
参照图2，在示出的实施例中，四个电加热器7在所述加热模组中相对于所述进气总管的轴线左右对称地设置，更确切地说两两上下对称且左右对称地设置，由此能够保证进入电加热器的空气最佳地均匀分配。
根据本发明，第一匀气罐3和第二匀气罐9可以是相同的，也可以是不同的，例如在示出的实施例中，两者可以是相同的球形罐。优选地，第一匀气罐3和/或第二匀气罐9的内部具有蜂窝状导流片。通过电加热器7加热的空气流通过第二匀气罐9进行混合整流，使得流下游用气装置11的空气的温度一致并且流速均匀。
优选地，第一匀气罐的截面积为在第一匀气罐与四个电加热器之间的管路的截面的2倍，第二匀气罐的截面积为在第二匀气罐与四个电加热器之间的管路的截面的2倍。
根据本发明的能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统可以根据需要加热空气的最大流量来确定分散式加热模组的数量，并在工作中根据实际需要选择性地关闭和打开加热模组和/或加热模组中的电加热器7，从而能够灵活地适应高温引气的较大空气流量范围的需求，对于地面实验室中模拟多种类型的航空发动机引气具有重要的意义。
鉴于在此结合优选的实施例已经对本发明进行了演示和描述，显而易见，在符合本发明权利要求预期的广泛范围内可以进行变型、替换和附加。

Claims (10)

1.一种能够适应流量宽幅调节的匀气型分散式空气电加热系统，包括气源(1)和与所述气源(1)连接的分散式布置的多个加热模组，其特征在于，所述加热模组分别包括通过进气总管与所述气源(1)连接的第一调节阀(2)、与所述第一调节阀(2)连接的第一匀气罐(3)、与所述第一匀气罐(3)连接的并联的四个电加热器(7)、以及用于将所述电加热器加热后的空气混合整流的第二匀气罐(9)，其中所述第一匀气罐(3)能够将来自所述气源(1)的空气均匀地分配到所述四个电加热器(7)中。
2.按照权利要求1所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，为每个电加热器(7)设有管道流量计(4)、流量开关(5)、第二调节阀(6)和出气口温度传感器(8)。
3.按照权利要求2所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，设有与所述第一调节阀(2)、所述管道流量计(4)、所述流量开关(5)、所述第二调节阀(6)和所述出气口温度传感器(8)连接的控制器(10)，该控制器能够在通过所述管道流量计(4)测量的流经所述电加热器(7)的空气的流量低于限值时使所述电加热器(7)停止加热，以及根据所述出气口温度传感器(8)的信号控制所述第一调节阀(2)和/或所述第二调节阀(6)以调节进入所述电加热器(7)的空气的流量。
4.按照前述权利要求1至3中任一项所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，所述四个电加热器(7)在所述加热模组中相对于所述进气总管的轴线左右对称地设置。
5.按照权利要求5所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，所述四个电加热器(7)在所述加热模组中相对于上下对称地设置。
6.按照前述权利要求1至3中任一项所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，在工作时所述四个电加热器(7)中的两个电加热器(7)进行加热。
7.按照前述权利要求1至3中任一项所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，所述第一匀气罐(3)和所述第二匀气罐(9)是相同的球形罐。
8.按照前述权利要求1至3中任一项所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，所述第一匀气罐(3)和/或所述第二匀气罐(9)的内部具有蜂窝状导流片。
9.按照前述权利要求1至3中任一项所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，所述第一匀气罐(3)的截面积为在所述第一匀气罐(3)与所述四个电加热器(7)之间的管路的截面的2倍。
10.按照前述权利要求1至3中任一项所述的匀气型分散式空气电加热系统，其特征在于，所述第二匀气罐(9)的截面积为在所述第二匀气罐(9)与所述四个电加热器(7)之间的管路的截面的2倍。
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