CN110376008B - 一种可实现高温与低温滑油泵组试验的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空发动机试验技术领域，涉及一种可实现高温与低温滑油泵组试验的系统及方法。系统包括加温滑油箱、水冷散热器及管路加温器，所述加温滑油箱包括第一出口及第二出口，第一出口连接所述水冷散热器，水冷散热器的另一端连接所述供油级的入口，第二出口连接所述管路加温器，管路加温器的出口分出多条支路，分别连接在所述回油级的各级入口，所述回油级的出口管路与所述供油级的出口管路合并为一路后，连接至加温滑油箱，构成循环回路。本申请增加了系统加温能力，可以模拟更高温度工况；另一方面将滑油泵组进口管路分成两路，在供油级和回油级进口管路上分别增加水冷散热器和管路加温器，实现了调节供油级和回油级不同进口温度的效果。

Description

一种可实现高温与低温滑油泵组试验的系统及方法
技术领域
本申请属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种可实现高温与低温滑油泵组试验的系统及方法。
背景技术
航空发动机滑油泵组主要用于发动机轴承和传动齿轮部分润滑油的输送和回收。目前航空发动机的滑油泵一般分为一级供油级和多级回油级，供油级起滑油输送作用，其供给能力满足整个滑油系统的滑油需求，各回油级对各腔室的回油进行抽吸，回油能力要求满足各腔室回供油比的要求，各型号滑油泵组正式装机前需进行性能试验验证。
航空发动机实际工况中供油级与回油级存在较大温差，且某些工况回油级温度最高可以达到200℃，与供油级最大温差可以达到80℃以上。以往航空发动机型号的滑油泵组均在传统试验系统上进行过性能试验，传统试验系统将滑油泵组进出口与滑油箱组成循环回路，将滑油泵组各级进口的滑油温度统一加温，且只加温至70℃～80℃，验证该温度下的流量是否满足试验要求。
传统试验系统的不足之处：1.只能开展70℃～80℃的工况，无法模拟发动机实际高温工况；2.试验系统各级进口温度都一样，无法针对滑油泵组供油级和回油级实际工况下的较大温度差进行模拟。
发明内容
为了解决上述问题至少之一，本申请提供了一种可实现高温与低温滑油泵组试验的系统及方法。
本申请第一方面提供了一种可实现高温与低温滑油泵组试验的系统，所述滑油泵组包括多个回油级及一个供油级，所述系统包括加温滑油箱、水冷散热器及管路加温器，所述加温滑油箱包括第一出口及第二出口，所述第一出口连接所述水冷散热器，水冷散热器的另一端连接所述供油级的入口，所述第二出口连接所述管路加温器，管路加温器的出口分出多条支路，分别连接在所述回油级的各级入口，所述回油级的出口管路与所述供油级的出口管路合并为一路后，连接至所述加温滑油箱，构成循环回路。
优选的是，所述管路加温器的出口还通过电动三通转换阀连接至所述加温滑油箱。
优选的是，所述管路加温器出口侧及入口侧均设置有温度传感器。
优选的是，所述管路加温器的出口管路上设置有滑油流量计Gh。
优选的是，所述水冷散热器出口侧及入口侧均设置有温度传感器。
优选的是，所述水冷散热器的出口管路上设置有滑油流量计。
优选的是，所述加温滑油箱设置有温度传感器。
本申请第二方面提供了一种可实现高温与低温滑油泵组试验的方法，采用如上所述的可实现高温与低温滑油泵组试验的系统，所述方法包括：
启动管路加温器，调节加温滑油箱内滑油温度至设定值；
启动水冷散热器，根据管路加温器的出口需求温度与水冷散热器的出口需求温度对管路加温器及水冷散热器进行调节。
优选的是，调节加温滑油箱内滑油温度至设定值包括：
获取管路加温器的出口需求温度T3与水冷散热器的出口需求温度T2；
获取管路加温器的出口需求流量Gh及水冷散热器的出口需求流量G7；
获取滑油的比热Cp及密度ρ；
计算管路加温器的吸热量Q吸与水冷散热器的放热量Q放；
根据热平衡计算加温滑油箱内滑油温度的设定值。
本申请的关键点在于：
1.提出在供油级与回油级进口管路分别布置水冷散热器和管路加温器的方案，可以分别进行冷却和加温调节，为供油级和回油级不同进口温度的调节创造条件；
2.提出通过热平衡计算来确定初步热平衡温度的方法，在初期热平衡基础上再进行供油级和回油级不同进口温度的调节。
本申请在传统试验系统基础上，一方面增加了系统加温能力，可以模拟更高温度工况；另一方面将滑油泵组进口管路分成两路，在供油级和回油级进口管路上分别增加水冷散热器和管路加温器，这样对两根管路同时进行降温与增温操作，实现调节供油级和回油级不同进口温度的效果。此外，不同进口温度调节过程中，先进行管路系统热平衡计算，通过计算确定初期调节的平衡温度，大大简化了供油级和回油级不同进口温度的调节难度，提高了调节效率。
附图说明
图1是本申请可实现高温与低温滑油泵组试验的系统结构示意图。
其中，1-滑油泵组，11-回油级，12-供油级，2-加温滑油箱，3-水冷散热器，4-管路加温器，5-电动三通转换阀，6-电机，7-齿轮箱。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请第一方面提供了一种可实现高温与低温滑油泵组试验的系统，如图1所示，某7级滑油泵组1，包括1级供油级12和6级回油级11，在变频电机6驱动和齿轮箱7变速作用下旋转运动。其中，回油级1级-6级例如可以是分别对应发动机的前腔、中腔、后腔及附件机匣腔等。加温滑油箱2设置两条出口，分别连接供油级和回油级的两条主管路，供油级主管路上设置水冷散热器3，回油级主管路上设置管路加温器4，管路加温器后面分成6条支路，分别与滑油泵组的6级回油级进口连接。滑油泵组供油级和回油级的出口汇合成一条管路后连接至加温滑油箱进口。加温滑油箱中的滑油在滑油泵组驱动下，沿图1中箭头所示方向流动，最终回到加温滑油箱，形成一个循环回路。试验过程通过滑油泵组各级进口的流量计进行流量测量，检验滑油泵组的流量性能是否满足要求。
图1中，H为液位传感器，T1-T5为温度传感器或其检测的温度值，P1-P10为压力传感器、G1-G8、Gh为滑油流量计，G9为供水流量计，KD1-KD3为电动调节阀，N1为转速。
滑油泵组进口温度的测试是通过设置高精度温度传感器实现，温度控制是通过加温器功率调节或水冷散热器水量调节来实现，具体方法如下：
1)在加温滑油箱设置温度传感器T1，测量加温滑油箱中滑油温度，同时T1作为加温滑油箱中的加温器功率调节的反馈值，当输入T1要求值后，系统可以根据T1反馈值自动控制管路加温器功率大小来进行温度调节，直到T1达到要求值的精度范围；
2)在管路加温器进口和出口分别设置温度传感器T5和T3，用于测量回油级进口管路上的滑油温度，同时T3作为管路加温器功率调节的反馈值，当输入T3要求值后，系统可以根据T3反馈值自动控制管路加温器功率来进行温度调节，直到T3达到要求值的精度范围；
3)水冷散热器的进口和出口分别设置温度传感器T4和T2，用于测量供油级进口管路上的滑油温度，同时T2作为水冷散热器冷却水量调节的反馈值，当输入T2要求值后，系统可以根据T2反馈值自动控制电动调节阀门KD4开度来进行冷却水量调节，直到T2达到要求值的精度范围。
该试验系统首先可以满足原有滑油泵组试验系统的功能，只通过加温滑油箱功率大小的控制来调节系统管路的温度。当需要进行不同温度调节时，按照以下调节方法：
1)打开循环管路系统的所有阀门，启动滑油泵组，调节滑油泵组转速至要求转速N1，设置加温滑油箱温度T1，系统自动调节至该温度，此时系统达到初步的热平衡状态。
该温度T1的设置需要实现经过计算得到：忽略管路与外界散热，此时T5＝T4＝T1，根据回油级和供油级最终需调节的目标值T3和T2、供油级和回油级的流量G7和Gh进行热平衡计算，回油级相对加温滑油箱的吸热量Q吸(管路加温器)与供油级相对加温滑油箱的放热量Q放(水冷散热器)相等，通过该设定可以保证由KD1和KD2出口混合后的滑油温度保持与T1相等。
其中：
Q吸＝Cp吸Ghρ吸(T3-T1) (1)
Q放＝Cp放G7ρ放(T1-T2) (2)
Q吸＝Q放 (3)
比热Cp和密度ρ按照具体牌号滑油的物性参数选取得到，联合以上3式经计算得到：
T1＝(Cp吸Ghρ吸T3+Cp放G7ρ放T2)/(Cp吸Ghρ吸+Cp放G7ρ放)。
2)当T1调节到位后，关闭加温滑油箱的功率调节功能，然后通过输入回油级和供油级最终需调节的目标值T3和T2，系统通过温度反馈控制回路自动进行温度调节，直到调节到位。
以上分两步的调节方式，避免了一开始就启动水冷散热器进行系统散热，起到节省能源的效果；而且分两步的调节方式可以减少反馈控制回路的调节难度，可以减少调节用时，提高调节效率。另外，在管路加温器后设置了电动三通转换阀KQ1，根据T3温度是否超温来自动判断阀门是否执行切换响应，当超出规定温度后，切换电动三通转换阀KQ1，使管路加温器后的流动直接回到加温滑油箱，合理规避了滑油泵组试验件超温损坏的风险。
本申请在传统试验系统基础上，一方面增加了系统加温能力，可以模拟更高温度工况；另一方面将滑油泵组进口管路分成两路，在供油级和回油级进口管路上分别增加水冷散热器和管路加温器，这样对两根管路同时进行降温与增温操作，实现调节供油级和回油级不同进口温度的效果。此外，不同进口温度调节过程中，先进行管路系统热平衡计算，通过计算确定初期调节的平衡温度，大大简化了供油级和回油级不同进口温度的调节难度，提高了调节效率。
试验系统能更真实地模拟航空发动机滑油泵组的真实温度工况，验证得到更真实地性能数据，为航空发动机滑油系统设计提供数据支持。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种可实现高温与低温滑油泵组试验的方法，其特征在于，采用一种可实现高温与低温滑油泵组试验的系统，所述滑油泵组(1)包括多个回油级(11)及一个供油级(12)，所述系统包括加温滑油箱(2)、水冷散热器(3)及管路加温器(4)，所述加温滑油箱(2)包括第一出口及第二出口，所述第一出口连接所述水冷散热器(3)，水冷散热器(3)的另一端连接所述供油级(12)的入口，所述第二出口连接所述管路加温器(4)，管路加温器(4)的出口分出多条支路，分别连接在所述回油级(11 )的各级入口，所述回油级(11)的出口管路与所述供油级(12)的出口管路合并为一路后，连接至所述加温滑油箱(2)，构成循环回路；
所述方法包括：
启动管路加温器(4)，调节加温滑油箱(2)内滑油温度至设定值；
启动水冷散热器(3)，根据管路加温器的出口需求温度与水冷散热器的出口需求温度对管路加温器(4)及水冷散热器(3)进行调节；
其中，调节加温滑油箱(2)内滑油温度至设定值包括：
获取管路加温器的出口需求温度T3与水冷散热器的出口需求温度T2；
获取管路加温器的出口需求流量Gh及水冷散热器的出口需求流量G7；
获取滑油的比热Cp及密度ρ；
计算管路加温器的吸热量Q吸与水冷散热器的放热量Q放；
根据热平衡计算加温滑油箱内滑油温度的设定值。
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