CN114278634B - 一种高温燃油伺服流量计量特性试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温燃油伺服流量计量特性试验系统，包括燃油动力源系统，用于向燃油测试系统提供增压后的温度可调的燃油；燃油测试系统，设有燃油导叶控制装置、燃油分布器、主燃油泵、模拟风扇导叶作动筒、模拟压气机导叶作动筒、模拟喷嘴；负载模拟系统，用于向模拟风扇导叶作动筒、模拟压气机导叶作动筒提供负载。该系统具备主燃油泵进口温度连续可调、模拟风扇导叶作动筒、模拟压气机导叶作动筒、模拟喷嘴，以及各被试件主要油口的燃油流量伺服计量，压力/压差、温度的实时监测等功能。

Description

一种高温燃油伺服流量计量特性试验系统

技术领域

本发明属于航空发动机燃油系统地面试验领域，特别是一种高温燃油伺服流量计量特性试验系统。

背景技术

随着我国航空工业的发展，为了测试飞机和其他设备的性能，需对机载设备进行系统性地面试验。发动机作为飞机的核心动力装置，其产品性能直接关系到飞机的飞行性能。传统航空发动机组成部件的地面试验往往需要多台试验设备进行单独试验，试验燃油温度都采用电加热与循环冷却水降温同步进行的方式进行控制，往往外循环水常开或电加热持续工作，能源浪费严重。

申请号201210003344.9的中国专利，公开了一种航空燃油附件综合测试系统，该专利中主要完成燃油伺服/比例阀等产品的性能测试，未对燃油介质温度进行高温调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温燃油伺服流量计量特性试验系统，以完成飞机主燃油泵、航空发动机的燃油导叶控制装置、燃油分布器的联合伺服计量特性试验。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种高温燃油伺服流量计量特性试验系统，包括：

燃油动力源系统，用于向燃油测试系统提供增压后的温度可调的燃油；

燃油测试系统，设有燃油导叶控制装置、燃油分布器、主燃油泵、模拟风扇导叶作动筒、模拟压气机导叶作动筒、模拟喷嘴；

经燃油动力源增压后的油液分为三条油路：一条油路经气动截止阀连接燃油导叶控制装置P22口，另两条油路分别经过气动截止阀、流量计后，合流为一条主油路，主油路经截止阀进入主燃油泵PB1口，同时PB1口前设置有压力传感器和温度传感器；主燃油泵加压后的燃油经截止阀分两路，两路分别通过截止阀接入燃油导叶控制装置的P20口和P计后口，截止阀前设置有压力传感器和温度传感器，两条油路间设置有压差传感器；燃油导叶控制装置由P1口流出燃油经截止阀流入燃油分布器的D1口，由P2口流出的燃油经截止阀、节流阀进入模拟风扇导叶作动筒有杆腔，燃油由模拟风扇导叶作动筒无杆腔流经节流阀、截止阀进入燃油导叶控制装置的P3油口，由P4口流出的燃油经截止阀、节流阀进入模拟压气机导叶作动筒有杆腔，燃油由模拟风扇导叶作动筒无杆腔流经节流阀、截止阀进入燃油导叶控制装置的P5油口；所述燃油导叶控制装置的流出的燃油经燃油分布器分流通过两个模拟喷嘴，最终汇合后经过气动三通阀，气动三通阀接入燃油动力源系统；每个喷嘴的油路上均设有压力传感器、温度传感器、电液比例溢流阀、比例调速阀；

负载模拟系统，用于向模拟风扇导叶作动筒、压气机导叶作动筒提供模拟负载。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)该系统可以完成主燃油泵，航空发动机的燃油导叶控制装置、燃油分布器的伺服计量特性试验，并具备主燃油泵进口温度连续可调、模拟风扇导叶作动筒、模拟压气机导叶作动筒和模拟喷嘴等功能。

(2)采用蒸汽和导热油换热装置共同进行回路燃油加热，当温度传感器检测到系统燃油温度与设定值存在偏差时，通过电动三通调节阀对冷、热油进行按比例掺混来使油温达到预设值，燃油介质的温度调节具有升降速率快、调温范围广、调温精度高等优点；采用二级冷热油掺混法进行燃油介质温度调节，相对传统燃油温度调节方式，其能源利用率相对较高。当设定燃油介质温度大于120℃时，采用蒸气和导热油换热装置共同加热；当设定燃油介质温度小于120℃时，仅需打开蒸气换热装置进行加热

(3)采用固定节流口来模拟发动机主、副油路等值燃油喷嘴，电液比例溢流阀可实现油路燃油压力的调节，具备主、副油路流量测量与总流量测量功能，能够真实准确的模拟燃油喷嘴的性能。

(4)采用液压系统实现对模拟风扇导叶作动筒和模拟压气机导叶作动筒的加载，通过力闭环控制，当力检测值偏移设定值时，控制系统反馈差值信号给比例阀调整其阀芯位置，实现对输出负载力的精确控制。

附图说明

图1为燃油动力源系统原理图。

图2为燃油油箱系统原理图。

图3为油温调节系统原理图。

图4为过滤系统原理图。

图5为燃油测试系统原理图。

图6为液压负载模拟系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1-图6，本实施例的一种高温燃油伺服流量计量特性试验系统，由燃油动力源、燃油测试系统和液压负载模拟系统组成。

图1为燃油动力源系统原理图，燃油由燃油箱1经截止阀2被燃油泵电机组3抽出，然后经过滤器5与截止阀6进入油温调节系统8，油液调温后进入过滤系统9进行精滤，精滤后的油液经气动三通阀10可控制油液进入主油路P0或进入燃油箱1。同时，电机泵组3出口后设置有溢流阀4与燃油箱1连通；燃油测试系统回油T0可以经过单向阀7进入油温调节系统8。燃油动力源系统可为元件测试系统提供一定温度、经增压后的洁净低压燃油。

进一步地，燃油箱1由过滤器1.1、加油泵1.2、翻板液位计1.3、截止阀1.4、压力传感器1.5、压力表1.6、空滤1.7、气动截止阀1.8、气体安全阀1.9、气接口1.10、储油罐1.11、温度传感器1.12、截止阀1.13组成。储油罐1.11为充压油罐，留有气接口1.10进行罐体加压，气动截止阀1.8和空滤1.7可完成储油罐1.11的放气，压力传感器1.5、压力表1.6用于监测储油罐1.11的充气加压压力，同时设置有气体安全阀1.9，保证充气不过压。另外设置有加油泵1.2与截止阀1.13，分别可为储油罐1.11加注、放空燃油；翻板液位计1.3用于监测储油罐1.11的燃油液位，温度传感器1.12用于监测储油罐1.11的油液温度。

进一步地，油温调节系统8的原理图如图3所示，油温调节系统8包括冷却水冷却器8.1、高温气体过滤器8.2、温度传感器8.3、蒸汽加热器8.4、导热油加热器8.5、气动三通阀8.6；燃油由进油口进入油温调节系统后，经过蒸汽加热器8.4与导热油加热器8.5加热，冷却水冷却器8.1降温，汇流至电动三通阀8.7进行冷热油掺混，来调节出口燃油油温。蒸汽加热器8.4与导热油加热器8.5后设置有气动三通阀8.6，对热油进行掺混；蒸汽加热回路设置有高温气体过滤器8.2与温度传感器8.3。

进一步地，过滤系统原理图如图4所示，过滤系统9包括四个过滤器，燃油由进口流经过滤器9.1、过滤器9.2、过滤器9.3、过滤器9.4至出口，其中过滤器9.1与过滤器9.2并联，过滤器9.3与过滤器9.4并联。两两并联后串联，过滤器两两并联可实现燃油的大流量通过，两级过滤器可实现燃油的高精度过滤。

燃油测试系统原理图如图5所示，经燃油动力源增压后的油液分为三条油路，一条油路经气动截止阀20、截止阀34连接燃油导叶控制装置36的P22口；第二条油路经过气动截止阀11，流量计12，第三条油路经过截止阀13、流量计14，第二油路和第三条油路分别经过气动截止阀11，流量计12和截止阀13、流量计14后，合流为一条主油路。主油路经截止阀14进入主燃油泵19的PB1口，同时PB1口前设置有压力传感器15、温度传感器16；主燃油泵19由传动系统21驱动，主燃油泵19加压后的高压燃油(PB2口)经截止阀18分流，一条油路经截止阀27进入燃油导叶控制装置36的P20口，同时截止阀27前设置有压力传感器22、温度传感器23；另一条油路经截止阀30进入燃油导叶控制装置36的P计后口，同时截止阀30前设置有压力传感器25；两条油路间设置有压差传感器24。燃油导叶控制装置36的高压燃油可由油口P1、P2、P3、P4、P5、P28和P21流出/流入，由P1口流出的高压燃油经截止阀35、截止阀62流入燃油分布器65的D1口；由P2口流出的高压燃油经截止阀56、节流阀57进入模拟风扇导叶作动筒58有杆腔，燃油由模拟风扇导叶作动筒58无杆腔流经节流阀54、截止阀53进入燃油导叶控制装置36的P3油口；由P4口流出的高压燃油经截止阀49、节流阀50进入模拟压气机导叶作动筒51有杆腔，燃油由模拟风扇导叶作动筒51无杆腔流经节流阀47、截止阀46进入燃油导叶控制装置36的P5油口；由燃油导叶控制装置36的P21口流出的高压燃油经截止阀32后分流为两条油路，一条进入比例调速阀39，一条进入比例溢流阀40，经过组合调压后油液流过流量传感器42、冷却器43、过滤器44流回油箱，同时截止阀32后设置有温度传感器37、压力传感器38，压差传感器41测量截止阀32后油路与量截止阀17前油路的油压差；由燃油导叶控制装置36的P28口流出的高压燃油，流经截止阀26、流量传感器59后分流为两条油路，一路进入比例溢流阀60，一路进入比例调速阀61，两条流出的油路合流经冷却器43、过滤器44流入油箱；由燃油导叶控制装置36的P1、P2、P3、P4、P5、P53、P28口后分别设置有压力传感器33、压力传感器55、压力传感器52、压力传感器48、压力传感器45、压力传感器31、压力传感器28，P28口后还设置有温度传感器29。

由燃油导叶控制装置36流入燃油分布器65的高压燃油经D2、D3、D4、D5口流出。其中，D2口后油路模拟发动机副油路，D3口后油路模拟发动机主油路。经D2口流出的高压燃油通过截止阀67后分流为三条油路，一条油路流过模拟喷嘴70(固定节流孔)、气动截止阀72、流量计73；一条油路流过比例溢流阀74；最后一条油路流过比例调速阀75，三条油路汇流为一条油路；同时，截止阀67后设置有压力传感器68、温度传感器69，模拟喷嘴70后设置有压力传感器71。经D3口流出的高压燃油通过截止阀66后分流为三条油路，一条油路流过模拟喷嘴78(固定节流孔)、气动截止阀80后分流分别流入流量计84、气动截止阀85、流量计81、气动截止阀82后合流为一条油路；一条油路流过比例调速阀83；最后一条油路流过比例溢流阀86，三条油路汇流为一条油路，同时，截止阀66后设置有压力传感器76、温度传感器77，模拟喷嘴78后设置有压力传感器79。燃油分布器65的D2、D3口流出的高压燃油最终汇流为一条油路后分流为两条油路，分别流经流量计87、气动截止阀88和流量计89、气动截止阀90后汇流为一条油路，流入气动三通阀91，气动三通阀91可将燃油选择进入燃油动力源的T0接口或直接流回油箱。经D4、D5口流出的燃油分别经过截止阀63和截止阀64后流回油箱。

液压负载模拟系统原理图如图6所示，液压油经液压燃油箱104、截止阀92进入电机泵组93加压，加压后高压油经过滤器95分两路分别流入比例阀96、液压缸98和比例阀101、液压缸100。液压缸98、液压缸100流出的油液分别经比例阀96、比流阀101后合流，流经冷却器103后流入液压燃油箱104。同时截止阀94后设置有溢流阀102连接系统的回油路，液压缸98、液压缸100前设置有力传感器。

该高温燃油流量伺服计量特性试验系统的工作原理为：

燃油泵电机组3将燃油燃油箱1内燃油抽出并进行增压，溢流阀4可实现增压压力在0-1.6MPa可调。经增压过的低压燃油可同时进入油温调节系统8的冷却水冷却器8.1、蒸汽加热器8.4与导热油加热器8.5，当测控系统油温设定值小于120℃时，气动三通阀8.6出口仅与蒸汽加热器8.4出口相通，电动三通阀8.7将经过冷却水冷却器8.1的冷油与经过蒸汽加热器8.4的热油按比例掺混；当测控系统油温设定值大于120℃小于150℃时，气动三通阀8.6出口与蒸汽加热器8.4出口和导热油加热器8.5的出口同时相通，进行热油掺混，电动三通阀8.7将经过冷却水冷却器8.1的冷油与经过蒸汽加热器8.4和导热油加热器8.5的热油按比例进行冷热油掺混；其中，电动三通阀8.7的比例开度由测控系统根据温度传感器16的温度采集值进行温度闭环控制。

主燃油泵19由传动系统21拖动，传动系统由电机、增速箱、传动座和滑油系统组成。传动系统功率为200kw，最大转速9000rpm，5990rpm转速时扭矩不小于200NM，滑油系统可为增速箱提供润滑与冷却。来自燃油泵电机组3增压、油温调节系统8调温后的燃油经过主燃油泵19的进一步增压，通过相应管路送入燃油导叶控制装置36的相应油口。其中，主燃油泵19的吸油口设置有两个并联的流量计12、14，可实现最大流量为25000L/h的流量监测；设置有压力传感器15，可实现压力量程0-2.5MPa的压力监测；设置有温度传感器16，可实现温度0-200℃的温度监测

测控系统对燃油导叶控制装置36的各个输出油口的流量/压力进行控制，其中油口P2、P3输出燃油用于控制模拟风扇导叶作动筒58，油口P4、P5输出燃油用于控制模拟压气机导叶作动筒51。压力传感器55、52、48、45可实现对P2、P3、P4、P5油口压力的监测。P21输出油液经过比例调速阀39与比例溢流阀40的组合调压后送回油箱；P28输出油液经过比例调速阀61与比例溢流阀60的组合调压后送回油箱。同时，P21出口后设置有温度传感器37、压力传感器38、流量计42监测出口油路燃油参数，以及通过压差传感器41测量与主燃油泵19吸油路的压差；P28出口后设置有温度传感器29、压力传感器28、流量计59监测出口油路燃油参数。P53口设置有压力传感器31用来监测油口压力。P计后油口设置有压力传感器25监测油口压力和压差传感器24监测P计后与P20油口压差。P20口前设置有压力传感器28监测油口压力，温度传感器29监测油口温度。P1口连接燃油分布器65的D1口，压力传感器33用于监测P1口后压力。

测控系统对燃油分布器65的D2、D3出口燃油流量/压力进行控制，D2出口燃油经模拟喷嘴70，流向气动三通阀91，比例溢流阀74、比例调速阀75组合调压，保证油路背压与测控系统设定值一致；D2口后设置有压力传感器68监测油口压力，温度传感器69监测油口温度；模拟喷嘴70后设置有压力传感器70监测喷嘴后压力，流量传感器73监测喷嘴后流量。D3口后设置有压力传感器76监测油口压力，温度传感器77监测油口温度；模拟喷嘴78后设置有压力传感器79监测喷嘴后压力，流量传感器81与流量传感器82监测喷嘴后流量。D2、D3口合流后总流量由流量传感器87、流量传感器89并联测量。气动三通阀91可根据测控系统指令，将喷嘴后流量选择流回油箱或流回油温调节系统8的进口。

其中涉及的比例溢流阀与比例调速阀组合调压原理是：比例溢流阀用于设定流经管路燃油的最大压力值，主要起安全保护的作用；比例调速阀通过测控系统调节阀口比例开度来对流经管路燃油的压力、流量进行调节。

负载模拟系统油缸100与模拟风扇导叶作动筒58对顶，油缸98与模拟压气机导叶作动筒51对顶，测控系统可设置负载模拟系统的对顶力。压力传感器97、99用于采集对顶力，测控系统将采集力值与设定值相比较计算后，输出控制信号控制比例阀96、101的阀芯开度，进而实现对对顶力的闭环控制。

该高温燃油流量伺服计量特性试验系统在被试件主燃油泵19、燃油导叶控制装置36、燃油分布器65的联合试验过程中，各被试件相应进出口的压力、流量、温度或压差可根据设计需求，进行实时的计量监测与保存，有利于试验人员对被试件的实际工作特性分析，比较是否达到理论设计水平。

Claims (7)

1.一种高温燃油伺服流量计量特性试验系统，其特征在于，包括：

燃油动力源系统，用于向燃油测试系统提供增压后的温度可调的燃油；

燃油测试系统，设有燃油导叶控制装置、燃油分布器、主燃油泵、模拟风扇导叶作动筒、模拟压气机导叶作动筒、模拟喷嘴；

经燃油动力源增压后的油液分为三条油路：一条油路经气动截止阀连接燃油导叶控制装置P22口，另两条油路分别经过气动截止阀、流量计后，合流为一条主油路，主油路经截止阀进入主燃油泵PB1口，同时PB1口前设置有压力传感器和温度传感器；主燃油泵加压后的燃油经截止阀分两路，两路分别通过截止阀接入燃油导叶控制装置的P20口和P计后口，截止阀前设置有压力传感器和温度传感器，两条油路间设置有压差传感器；燃油导叶控制装置由P1口流出燃油经截止阀流入燃油分布器的D1口，由P2口流出的燃油经截止阀、节流阀进入模拟风扇导叶作动筒有杆腔，燃油由模拟风扇导叶作动筒无杆腔流经节流阀、截止阀进入燃油导叶控制装置的P3油口，由P4口流出的燃油经截止阀、节流阀进入模拟压气机导叶作动筒有杆腔，燃油由模拟压气机导叶作动筒无杆腔流经节流阀、截止阀进入燃油导叶控制装置的P5油口；所述燃油导叶控制装置的流出的燃油经燃油分布器分流通过两个模拟喷嘴，最终汇合后经过气动三通阀，气动三通阀接入燃油动力源系统；每个喷嘴的油路上均设有压力传感器、温度传感器、电液比例溢流阀、比例调速阀；

负载模拟系统，用于向模拟风扇导叶作动筒、压气机导叶作动筒提供模拟负载。

2.根据权利要求1所述的高温燃油伺服流量计量特性试验系统，其特征在于，所述燃油动力源系统包括燃油箱、燃油泵电机组、油温调节系统、过滤系统；

燃油由燃油箱经截止阀被燃油泵电机组抽出，然后经过滤器与截止阀进入油温调节系统，油液调温后进入过滤系统进行精滤，精滤后的油液经气动三通阀后控制油液进入主油路或进入燃油箱。

3.根据权利要求2所述的高温燃油伺服流量计量特性试验系统，其特征在于，所述燃油箱的储油罐的进油管路上依次设有过滤器、加油泵、截止阀；底部出油管路上设有截止阀；储油罐设有气接口，用于罐体加压；储油罐上还设有气动截止阀、压力传感器、压力表、液位计、温度传感器。

4.根据权利要求2所述的高温燃油伺服流量计量特性试验系统，其特征在于，所述油温调节系统包括冷却水冷却器、高温气体过滤器、温度传感器、蒸汽加热器、导热油加热器、气动三通阀；燃油经过蒸汽加热器与导热油加热器加热，冷却水冷却器降温，汇流至气动三通阀进行冷热油掺混，用于调节出口燃油油温。

5.根据权利要求4所述的高温燃油伺服流量计量特性试验系统，其特征在于，当设定燃油介质温度大于120℃时，采用蒸汽加热器和导热油加热器共同加热；当设定燃油介质温度小于120℃时，仅采用蒸汽加热器进行加热。

6.根据权利要求2所述的高温燃油伺服流量计量特性试验系统，其特征在于，所述过滤系统采用四个过滤器，四个过滤器两两并联后串联。

7.根据权利要求1所述的高温燃油伺服流量计量特性试验系统，其特征在于，所述负载模拟系统包括液压燃油箱、电机泵组、两个液压缸；

电机泵组用于将液压油进行加压，加压后液压油经过滤器分两路分别经比例阀流入两个液压缸，液压缸流出的油液分别经对应比例阀后合流，流经冷却器后流入液压燃油箱；液压缸前设置有力传感器；两个液压缸分别与模拟风扇导叶作动筒、模拟压气机导叶作动筒对顶。