CN111373864B - 一种顺序增压试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于机电技术领域，具体涉及一种顺序增压试验系统。该试验系统包括放气阀、外气源流量调节阀、燃烧室前流量计、燃烧室、副增压器压气机前流量计、主增压器压气机前流量计、三通阀、外气源以及相应的连接管路。本发明的优点，实现发动机与顺序增压系统的良好匹配、缩短研制周期和节省研制经费，减少电能的消耗，降低了试验成本，节约了研制经费，同时满足了质量管理程序的规定。

Description

一种顺序增压试验系统

技术领域

本发明属于机电技术领域，具体涉及一种顺序增压试验系统。

背景技术

在兵器技术的发展进程中，装甲车辆仍是陆军机械化部队实施战略威慑和战略决战的主战装备，而发动机又是陆军机械化装备的核心。随着发动机功率密度的不断提高，要求的增压压比也越来越高，常规增压方式中增压器高效工作区域将进一步变窄，它与发动机的匹配问题将会越来越突出。主要表现在起动和加速性能恶化、冒黑烟、低速扭矩不足等。另外高压比所带来的高机械负荷和热负荷的工作条件也直接影响到涡轮增压器的可靠运转，而改善此种状况的有效措施之一就是采用顺序增压系统。顺序增压系统是由两台或两台以上增压器组成。这些增压器并联，在标定功率时将所有增压器均投入工作，使此工作点的性能指标达到最佳。在部分负荷时采用一套气流控制装置，随着发动机转速和负荷的降低，顺序地切断一台或几台增压器，这样使涡轮流通面积减少，从而相应地增加了涡轮膨胀比和压气机压比，以满足发动机不同转速、负荷下对进气量的要求，同时保证增压器始终在高效率区运行，使发动机低速性能和响应性得到显著改善。

每一种发动机与顺序增压系统的匹配需要进行大量的试验，因为在顺序增压系统的副增压器切换过程中，切换的持续时间、控制阀门开启的时间间隔对系统的稳定性均有较大的影响。切换间隔时间太小时，由于切入的增压器的转速较低，增压压力较小，而此时进气道的压力较高，就会出现倒流，压气机出现喘振。当时间间隔太长的时候，影响切换速度，造成发动机功率下降较多，只有进行大量的试验，才能制定合理的控制策略，实现发动机与顺序增压系统的良好匹配。一般而言，在增压系统与发动机进行匹配时，往往是在计算机性能仿真后，直接装配在整机上进行试验。对于顺序增压系统来说，因为其控制、执行机构复杂，影响因素较多，所以直接在整机上的匹配会造成时间周期长、成本高。如果有一种顺序增压试验系统，可以对顺序增压系统进行深入的研究，就能制定合适的控制阀延迟控制策略，缩短研制周期和节省研制经费。

另外，按照兵器工业质量管理程序文件，武器装备的研制中部件的可靠性要求高于整机，所以顺序增压系统的研制必须经过部件可靠性考核验证，才能具备在发动机上完成装配再进行考核试验的条件。而部件的考核必须要有专用的考核试验系统，如果没有部件试验系统，则部件必须随整机完成可靠性验证。因整机的试验成本大大高于部件，所以部件随整机试验所带来的后果是研制周期和研制经费的大大增加。长期以来，顺序增压系统在研制过程中一直在整机上进行各种试验，既浪费了大量的人力、物力，又没有满足部件完成可靠性验证后再进行整机装配这一质量管理程序，严重制约了军用发动机的可靠性验证周期。

发明内容

本发明的目的正是为了解决现有技术的不足，而提供一个顺序增压试验系统，该系统既能满足顺序增压系统的切换过程性能测试，又能够保障顺序增压系统部件的可靠性考核验证。

本发明的技术方案是：一种顺序增压试验系统，包括放气阀、外气源流量调节阀、燃烧室前流量计、燃烧室、副增压器压气机前流量计、主增压器压气机前流量计、三通阀、外气源以及相应的连接管路，燃烧室前流量计同时与小型空气压缩机和外气源流量调节阀以及三通阀连接，燃烧室前端与燃烧室前流量计连接，燃烧室后端与Y形管的上游连接，Y形管下游的一路管路连接副增压器涡轮前控制阀，再连接副增压器的涡轮；Y形管下游的另一路管路连接主增压器的涡轮；主增压器的压气机的出口和副增压器的压气机的出口通过管路连通后，这段连通管路再与三通阀连接，三通阀其余两端的一端安装在小型空气压缩机处，三通阀的另一端连接到顺序增压试验系统的排气管路；副增压器压气机前控制阀的一端与副增压器的压气机的进口连接，副增压器压气机前控制阀的另一端与副增压器压气机前流量计连接；主增压器压气机前流量计与主增压器的压气机的进口连接；在外气源模式下，外气源流量调节阀打开，而小型空气压缩机关闭；在自循环模式下，外气源流量调节阀关闭，而小型空气压缩机打开。

Y形管的管路下游结构对称，以保证两管路流量一致。

本发明的有益效果：

现有技术是顺序增压系统直接上整机上进行大量的匹配试验。因为顺序增压系统的控制、执行机构复杂，影响因素较多，所以直接在整机上的匹配试验会造成研制周期长、成本高。本发明利用部件试验系统，可以对顺序增压系统进行深入的研究，对于制定合适的控制阀延迟控制策略，实现发动机与顺序增压系统的良好匹配、缩短研制周期和节省研制经费有重要意义。

本发明提供了顺序增压系统部件的可靠性试验平台，解决了上述问题。本发明的顺序增压试验系统在自循环工作模式下适合长时间的可靠性考核试验验证，因只需要消耗燃油以及少量的由小型空气压缩机提供的补气，所以可以将大功率的压缩机停转，从而大大减少电能的消耗，降低了试验成本，节约了研制经费，同时满足了质量管理程序的规定。

附图说明

本发明共有3幅附图，图1为本发明的最佳实施例，亦可做说明书摘要的附图。

图1、为一种顺序增压试验系统结构示意图；

图2、为一种顺序增压试验系统外气源工作模式结构示意图；

图3、为一种顺序增压试验系统自循环工作模式结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步描述。

如图1所示，一种顺序增压试验系统，主增压器的压气机C1、主增压器的涡轮T1构成主增压器12，副增压器的压气机C2、副增压器的涡轮T2构成副增压器13，主增压器12和副增压器13如虚线框图内所示，不包含在本顺序增压试验系统内，而只是被试验件。这种顺序增压试验系统的燃烧室5的前端与燃烧室前流量计4连接，燃烧室前流量计4与外气源流量调节阀2连接后再与放气阀1连接，之后与外气源11连接。燃烧室前流量计4同时与小型空气压缩机3连接。在外气源模式下，外气源流量调节阀2打开，而小型空气压缩机3关闭；在自循环模式下，外气源流量调节阀2关闭，而小型空气压缩机3打开。燃烧室5后端与Y形管14的上游连接，Y形管14下游的一路管路连接副增压器涡轮前控制阀6，再连接副增压器13的副增压器的涡轮T2；Y形管14下游的另一路管路连接主增压器12的主增压器的涡轮T1；主增压器12的压气机C1的出口和副增压器13的压气机C2的出口通过管路连通后，这段连通管路再与三通阀10连接，三通阀10其余两端的一端安装在小型空气压缩机3处，三通阀10的另一端连接到顺序增压试验系统的排气管路。副增压器压气机前控制阀7的一端与副增压器13的压气机C2的进口连接，副增压器压气机前控制阀7的另一端与副增压器压气机前流量计8连接。主增压器压气机前流量计9与主增压器12的压气机C1的进口连接。Y形管14的管路下游结构对称，以保证两管路流量一致。

如图2所示，一种顺序增压试验系统外气源工作模式结构示意图，这种顺序增压试验系统的燃烧室5的前端与燃烧室前流量计4连接，燃烧室前流量计4与外气源流量调节阀2连接后再与放气阀1连接，之后与外气源11连接。燃烧室5后端与Y形管14的上游连接，Y形管14下游的一路管路连接副增压器涡轮前控制阀6，再连接副增压器13的副增压器的涡轮T2；Y形管14下游的另一路管路连接主增压器12的主增压器的涡轮T1；主增压器12的压气机C1的出口和副增压器13的压气机C2的出口通过管路连通后，这段连通管路再与三通阀10连接，三通阀10其余两端的一端连接到顺序增压试验系统的排气管路，另外一端关闭。副增压器压气机前控制阀7的一端与副增压器13的压气机C2的进口连接，副增压器压气机前控制阀7的另一端与副增压器压气机前流量计8连接。主增压器压气机前流量计9与主增压器12的压气机C1的进口连接。

如图3所示，为一种顺序增压试验系统自循环工作模式结构示意图，这种顺序增压试验系统的燃烧室5的一端与燃烧室前流量计4连接，燃烧室前流量计4与同时与小型空气压缩机3和三通阀10连接。燃烧室5另一端与Y形管14的上游连接，Y形管14下游的一路管路连接副增压器涡轮前控制阀6，再连接副增压器13的副增压器的涡轮T2；Y形管14下游的另一路管路连接主增压器12的主增压器的涡轮T1；主增压器12的压气机C1的出口和副增压器13的压气机C2的出口通过管路连通后，这段连通管路再与三通阀10连接，三通阀10其余两端的一端同时与燃烧室前流量计4和小型空气压缩机3连接，三通阀10的另一端关闭。副增压器压气机前控制阀7的一端与副增压器13的压气机C2的进口连接，副增压器压气机前控制阀7的另一端与副增压器压气机前流量计8连接。主增压器压气机前流量计9与主增压器12的压气机C1的进口连接。

工作过程：

本发明有两种工作模式，外气源工作模式和自循环工作模式。

如图2所示的外气源工作模式：

在外气源模式下，打开外气源流量调节阀2并适当调节放气阀阀1，使气体由外气源11进入燃烧室前流量计4。旋转三通阀10使排气管路与主增压器12的压气机C1的出口和副增压器13的压气机C2的出口的连通管路连通。压缩空气经燃烧室5加热，高温高压气流经Y形管14分成二路，一路气流流到副增压器涡轮前控制阀6，再进入副增压器13的副增压器的T2，另一路气流进入主增压器12的主增压器的涡轮T1。高温高压气流驱动涡轮T1和涡轮T2做功，涡轮T1带动压气机C1旋转，对经过主增压器压气机前流量计9进入的压气机C1的空气进行压缩，涡轮T2带动压气机C2旋转，对经过副增压器压气机前流量计8进入的压气机C2的空气进行压缩。主增压器12的压气机C1的出口和副增压器13的压气机C2的出口气流连通后通过三通阀10排出。在进行顺序增压系统的切换试验时，关闭副增压器涡轮T2前控制阀6和副增压器压气机C2前控制阀7，可以使燃烧室5的气流经过Y形管14全部进入主增压器12的涡轮T1，可以实现从二台增压器到一台增压器的工况切换；打开副增压器涡轮T2前控制阀6和副增压器压气机C2前控制阀7，可以实现Y形管14对燃烧室5气流的分流，实现从一台增压器到二台增压器的工况切换；通过控制副增压器压气机前控制阀7相对于副增压器涡轮前控制阀6的阀门开启或关闭的延迟时间，可以进行顺序增压系统的喘振、倒流试验；设定好副增压器涡轮T2前控制阀6和副增压器压气机C2前控制阀7的打开和关闭频率，则可以进行设定时间内的顺序增压系统的部件可靠性考核试验。

如图3所示的自循环工作模式：

在自循环模式下，旋转三通阀10，使主增压器12的压气机C1的出口和副增压器13的压气机C2的出口的连通管路经过三通阀10同时与燃烧室前流量计4和小型空气压缩机3连接。由此，主增压器12的压气机C1的出口的压缩空气和副增压器13的压气机C2的出口的压缩空气汇合后，经过燃烧室前流量计4进入燃烧室5。根据增压器的最低允许转速调节小型空气压缩机3的进气量以满足进入燃烧室前流量计4的气流的压力和流量，以保证顺序增压试验系统的稳定运行。压缩空气经燃烧室5加热，高温高压气流经Y形管14分成二路，一路气流流到副增压器涡轮前控制阀6，再进入副增压器13的副增压器的T2，另一路气流进入主增压器12的主增压器的涡轮T1。高温高压气流驱动涡轮T1和涡轮T2做功。涡轮T1带动压气机C1旋转，对经过主增压器压气机前流量计9进入的压气机C1的空气进行压缩；涡轮T2带动压气机C2旋转，对经过副增压器压气机前流量计8进入的压气机C2的空气进行压缩。主增压器12的压气机C1的出口气流和副增压器13的压气机C2的出口气流连通后通过三通阀10，经过燃烧室前流量计4重新进入燃烧室5，以此构成自循环工作模式。在进行顺序增压系统的切换试验时，关闭副增压器涡轮T2前控制阀6和副增压器压气机C2前控制阀7，使燃烧室5的气流经过Y形管14全部进入主增压器12的涡轮T1，可以实现从二台增压器到一台增压器的工况切换；打开副增压器涡轮T2前控制阀6和副增压器压气机C2前控制阀7，可以实现Y形管14对燃烧室5气流的分流，实现从一台增压器到二台增压器的工况切换；通过控制副增压器压气机前控制阀7相对于副增压器涡轮前控制阀6的阀门开启或关闭的延迟时间，可以进行顺序增压系统的喘振、倒流试验。设定好副增压器涡轮T2前控制阀6和副增压器压气机C2前控制阀7的打开和关闭频率，则可以进行设定时间内的顺序增压系统的部件可靠性考核试验。

自循环模式主要用于顺序增压系统的长时间可靠性考核试验验证。因只需要消耗燃油以及少量的由小型空气压缩机3提供的补气，所以可以将大功率的外气源11的压缩机停转，从而大大减少电能的消耗，降低了试验成本。

Claims (2)

1.一种顺序增压试验系统，包括放气阀(1)、外气源流量调节阀(2)、燃烧室前流量计(4)、燃烧室(5)、副增压器压气机前流量计(8)、主增压器压气机前流量计(9)、三通阀(10)、外气源(11)以及相应的连接管路，其特征在于：燃烧室前流量计(4)同时与小型空气压缩机(3)和外气源流量调节阀(2)以及三通阀(10)连接，燃烧室(5)前端与燃烧室前流量计(4)连接，燃烧室(5)后端与Y形管(14)的上游连接，Y形管(14)下游的一路管路连接副增压器涡轮前控制阀(6)，再连接副增压器(13)的涡轮(T2)；Y形管(14)下游的另一路管路连接主增压器(12)的涡轮(T1)；主增压器(12)的压气机(C1)的出口和副增压器(13)的压气机(C2)的出口通过管路连通后，这段连通管路再与三通阀(10)连接，三通阀(10)其余两端的一端安装在小型空气压缩机(3)处，三通阀(10)的另一端连接到顺序增压试验系统的排气管路；副增压器压气机前控制阀(7)的一端与副增压器(13)的压气机(C2)的进口连接，副增压器压气机前控制阀(7)的另一端与副增压器压气机前流量计(8)连接；主增压器压气机前流量计(9)与主增压器(12)的压气机(C1)的进口连接；在外气源模式下，外气源流量调节阀(2)打开，而小型空气压缩机(3)关闭；在自循环模式下，外气源流量调节阀(2)关闭，而小型空气压缩机(3)打开。

2.如权利要求1所述的顺序增压试验系统，其特征在于：Y形管(14)的管路下游结构对称，以保证两管路流量一致。

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