CN114441180A - 低温耐久试验系统以及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温耐久试验系统以及试验方法。其中，所述低温耐久试验系统包括低温环境箱，低温油槽以及油泵，试验系统包括并联的第一流体回路以及第二流体回路，所述第一流体回路为温度调节回路，从所述低温油槽经所述油泵抽出的流体，经过第一控制阀直接后直接返回所述低温油槽，所述第二流体回路为试验回路，从所述低温油槽经过所述油泵抽出的流体，经过第二控制阀、低温环境箱以及第三控制阀后返回所述低温油槽。

Description

低温耐久试验系统以及试验方法

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机试验领域，特别涉及一种用于燃气涡轮发动机附件低温耐久试验的试验系统以及试验方法。

背景技术

航空发动机需要对各种极限条件下系统部件的工作状况进行试验。航空发动机适航规定中26个试验考察各种极限条件下系统部件的工作状况,低温耐久试验基于适航条款CCAR33.91(对应AC33.91.1-1)及SAE ARP5757推荐的上述26项部件试验中的1项试验，其验证要求如下表1所示。

表1：发动机系统和部件高低温耐久试验要求

航空发动机的附件包括但不限于燃油泵、滑油泵、液压泵、热交换器、液压机械组件、引气阀门、燃油关断阀门，发动机电子控制器、点火激励器(点火装置)、发动机传感器、附件驱动齿轮箱等。这些部件通常安装在发动机机匣外侧，也有一些可能安装在内部，如温度、压力、速度和扭矩传感器。也可能涉及其他类型的成附件。

低温几乎对所有的基体材料都有不利的影响，对于暴露于低温环境的部件，由于低温会改变其组成材料的物理特性，可能会对其工作性能造成暂时或永久性的损害。对于燃油系统附件，应考虑飞机提供的燃油温度、燃油系统工作环境温度、燃油通过热交换器从其他系统获取的热量、燃油系统工作对燃油增加的热量等影响因素，可参考CCAR33.67燃油系统最危险结冰条件分析。对于润滑油系统附件，应该使用粘度最大的滑油以达到最不利的流动状态。

因此，附件的低温耐久试验必须考核附件最低工作环境温度及最低内部流体温度，通常这两个最低温度不会出现在同一状态，因此可接受的试验程序需要同时考核最低工作环境温度和最低内部流体温度状态，需要考核燃油附件在最低温度环境中能够正常运行。

但是现有的试验系统大多为单一的环境试验箱系统或者单一的燃油附件压力循环试验系统，缺少一种兼顾低温大气环境，同时可以模拟发动机燃油系统附件的实际工作状况(包括燃油温度、流量、压力等参数)的试验系统。例如现有技术中的低温试验系统，一般是基于工作环境的试验，而内部流体温度是基于工作环境而随之确定，无法对内部流体温度进行调节，也就无法实现同时考核最低工作环境温度和最低内部流体温度状态。

因此，本领域需要一种低温耐久试验系统以及试验方法，以实现同时考核最低工作环境温度和最低内部流体温度状态。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种低温耐久试验系统。

本发明的一个目的是提供一种低温耐久试验方法。

根据本发明一个方面的一种低温耐久试验系统，用于燃气涡轮发动机的附件的低温耐久试验，包括：低温环境箱，用于放置该附件；低温油槽，储存流体；油泵，从所述低温油槽抽出流体泵送至该附件；其中，试验系统包括并联的第一流体回路以及第二流体回路，所述第一流体回路为温度调节回路，从所述低温油槽经所述油泵抽出的流体，经过第一控制阀直接后直接返回所述低温油槽，所述第一流体回路具有第一温度传感器以及第二温度传感器，所述第一温度传感器位于流体从所述低温油槽至所述油泵的路径，所述第二温度传感器位于流体从所述油泵回流至所述低温油槽的路径，且位于所述第一控制阀的上游；所述第二流体回路为试验回路，从所述低温油槽经过所述油泵抽出的流体，经过第二控制阀、低温环境箱以及第三控制阀后返回所述低温油槽，所述第二控制阀控制该低温环境箱的进油压力以及进油流量；所述第三控制阀控制该低温环境箱的出油压力以及出油流量。

在所述低温耐久试验系统的一个或多个实施例中，所述试验系统包括第一状态以及第二状态，在所述第一状态，所述第二控制阀以及第三控制阀关闭，所述第二流体回路关闭，所述第一控制阀开启，所述第一流体回路运行；在所述第二状态，所述第一控制阀、第二控制阀以及第三控制阀开启，所述第一流体回路、所述第二流体回路均开启。

在所述低温耐久试验系统的一个或多个实施例中，所述低温油槽包括搅拌器、加热器以及蒸发器，以对流体进行搅拌、加热升温或者制冷剂蒸发降温。

在所述低温耐久试验系统的一个或多个实施例中，流体的温度范围为-55℃至室温的任意温度点。

在所述低温耐久试验系统的一个或多个实施例中，所述低温环境箱还包括工作台、进油管道以及出油管道，所述工作台用于放置该附件，所述进油管道、出油管道分别用于连接该附件的流体入口、流体出口；所述第二流体回路包括第三温度传感器、第四温度传感器，所述第三温度传感器位于所述第二控制阀的下游，所述第四温度传感器位于所述第三控制阀的上游；所述试验系统还包括第五温度传感器以及第六温度传感器，所述第五温度传感器用于测量所述低温环境箱的温度，所述第六温度传感器用于测量该附件的温度。

在所述低温耐久试验系统的一个或多个实施例中，所述试验系统还包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及第四压力传感器，所述第一压力传感器用于测量该附件进口压力，所述第二压力传感器用于测量该附件的工作压力，所述第三压力传感器用于测量该附件的出口压力，第四压力传感器用于测量该进油管道的进油压力。

在所述低温耐久试验系统的一个或多个实施例中，所述第一压力传感器、所述第三压力传感器均为PID压力表。

在所述低温耐久试验系统的一个或多个实施例中，所述试验系统还包括数据采集控制单元，所述传感器的数据采集后输入所述数据采集控制单元，输出控制信号至所述控制阀形成闭环反馈控制。

根据本发明另一个方面的一种低温耐久试验方法，用于燃气涡轮发动机附件的低温耐久试验，所述试验方法包括：S1:在进行低温耐久试验前，将流体温度调整至低温耐久试验的设定温度点；S2：在进行低温耐久试验过程中，流体设定温度与低温耐久试验的低温环境的温度不同，流体经过位于所述低温环境的附件输出之后，该流体的温度被调整至低温耐久试验的设定温度点，再输入至所述低温环境的附件，以保持流体温度于所述设定温度点。

在所述低温耐久试验方法的一个或多个实施例中，所述试验方法适用于以上任意一项所述的低温耐久试验系统，在所述S1中，关闭第二流体回路，打开第一流体回路；在所述S2中，打开第一流体回路以及第二流体回路。

本案的进步效果包括但不限于：

通过并联的第一流体回路与第二流体回路的设置，实现第一流体回路调节流体温度以上两者协同工作，可以实现同时考核最低工作环境温度和最低内部流体温度状态。并且，由于第一流体回路、第二流体回路是并联关系，可以在试验前关闭第二流体回路而第一流体回路打开工作，使得试验件在试验前将流体温度调试至设定温度点，而且不通过试验器，不会对试验器的低温耐久性试验产生影响。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1是一实施例的低温耐久试验系统的结构示意图。

图2是一实施例的低温耐久试验系统的低温油槽的结构示意图。

图3是一实施例的低温耐久试验方法的流程示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。

另外，需要理解的是，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”、“一个或多个实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”或“一个或多个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

以下叙述中，附件以航空发动机的燃油系统附件为例进行说明，流体以燃油为例进行说明，但不以此为限。

如图1所示的，低温耐久试验系统100包括油泵1、低温油槽2、低温环境箱3。油泵1为高压泵，紧固于地上，将低温油槽2中的燃油泵送到管路中去,在燃油流经的管路和低温油槽分别设置有外接工艺阀门，在设备维护和维修过程中采用惰性气体填充驱赶余油。低温环境箱3用来模拟航空发动机部件的低温工作环境，试验的附件，以下称为试验件，放置于低温环境箱3内的工作台。工作台可以由厚钢板和钢架构成，钢架中留有空间以放置试验用燃油附件。

继续参考图1所示的，试验系统100包括并联的第一流体回路1000和第二流体回路2000。第一流体回路1000为温度调节回路，第二流体回路2000为试验回路。第一流体回路1000的流体流动路线为从低温油槽2经油泵1抽出的流体，经过第一控制阀9直接后直接返回低温油槽2，第一流体回路1000还具有第一温度传感器6以及第二温度传感器7，第一温度传感器6位于流体从低温油槽2至油泵1的路径，第二温度传感器7位于流体从油泵1回流至所低温油槽2的路径，且位于第一控制阀9的上游，即第一温度传感器6为油槽后温度传感器，第二温度传感器7为泵后温度传感器，如图1所示的，第一流体回路1000的流体流动方向为图1中箭头101-102-102-101流动，通过第一温度传感器6、第二温度传感器7的温度反馈，对流体温度进行调节，将流体调节至设定温度点。

继续参考图1所示的，第二流体回路2000为试验回路，如图1所示的，第二流体回路2000的流体流动方向为图1中箭头101-103-103-101流动，从低温油槽2经过油泵1抽出的燃油，经过第二控制阀8、低温环境箱3以及第三控制阀200后返回低温油槽2，第二控制阀8控制该低温环境箱3的进油压力以及进油流量，以满足进入试验件4的流体压力和流量的要求；第三控制阀200控制该低温环境箱3的出油压力以及出油流量，以保持试验件4出口处的压力以及流量。第三控制阀200的具体数目可以是如图1所示的两个，即控制阀20、21，低温环境箱3内部设置一个进油管道，两个出油管道，分别连接被测试的附件的燃油入口以及燃油出口，若被测试的燃油系统附件只有一个出口，则关闭两个控制阀20、21的其中之一，若被测试附件有两个燃油出口，则两个第三控制阀20、21均打开。可以理解到，第二控制阀8、第三控制阀200的数量均不以图1所示的为限。

采用以下实施例介绍的试验系统100的有益效果在于，可以实现第一流体回路调节流体温度以上两者协同工作，可以实现同时考核最低工作环境温度和最低内部流体温度状态。并且，由于第一流体回路、第二流体回路是并联关系，可以在试验前关闭第二流体回路而第一流体回路打开工作，使得试验件在试验前将流体温度调试至设定温度点，而且不通过试验器，不会对试验器的低温耐久性试验产生影响。具体原理在于，第一流体回路1000、第二流体回路2000的并联结构，使得试验系统可以具有第一状态以及第二状态，在第一状态，例如在进行低温试验前，可以打开第一控制阀9，关闭第二控制阀8、第三控制阀200，使得第一流体回路1000运行，第二流体回路2000关闭，通过第一温度传感器6，第二温度传感器7得到的燃油温度，调节燃油温度，该回路在试验件正式试验前将燃油温度调试至设定温度点。在第二状态，例如在进行低温试验的过程中，打开第一控制阀9，以及第二控制阀8、第三控制阀200，使得第一流体回路1000、第二流体回路2000同时运行，通过设定温度点的燃油送到试验件4中，低温环境箱3内的温度与流体温度不一致，经过试验件与环境之间、流体与试验件之间的热量交换传递后，流体的温度将有所变化。通过第一流体回路1000的作用，使流体温度快速回复至设定温度点，使得试验结果的准确。

参考图2，在一些实施例中，低温油槽2的具体结构可以是包括搅拌器201、低温油槽盖202、加热器203、操作面板204、燃油回油入口205、不锈钢高压壳管式蒸发器206、燃油出口207，试验人员可以在操作面板204设定需要达到的设定温度点，温度降低通过制冷剂调节进入蒸发的制冷剂流量来实现，温度升高通过加热器203来进行实现，搅拌器201一般可以是电动的，通过电机转速的控制搅拌速度，使得燃油均匀受热(受冷)，使得输出的燃油温度均匀性好，输出燃油的温度可以稳定在-55℃至室温的任意温度点，满足低温耐久试验的要求。

继续参考图1的，在一些实施例中，第二流体回路2000的具体结构还可以包括第三温度传感器12、第四温度传感器19，第三温度传感器12位于第二控制阀8的下游，第三温度传感器12用于测量试验件4的进口温度，第四温度传感器19位于第三控制阀200的上游，第四温度传感器19用于测量试验件4的出口温度；试验系统100还可以包括第五温度传感器14以及第六温度传感器15，第五温度传感器14用于测量低温环境箱3的环境温度，第六温度传感器15用于测量试验件4的工作温度。试验系统100还可以包括第一压力传感器11、第二压力传感器16、第三压力传感器300以及第四压力传感器11，第一压力传感器13用于测量试验件4的进口压力，所述第二压力传感器用于测量试验件4的工作压力，第三压力传感器300用于测量试验件4的出口压力，第三压力传感器300可以包括传感器17、18，第四压力传感器11用于测量进油管道的进油压力，通过流量计10和第四压力传感器11来调节油泵1的功率以及第一控制阀8，第二控制阀9的开度，让试验件4的满足入口压力和流量要求。第三压力传感器300可以是PID压力表，通过第三压力传感器300调节控制阀20、21的开度，来保持试验件4出口处的压力以及流量，同理的，第一压力传感器13也可以是PID压力表。继续参考图1的，试验系统100还可以包括数据采集控制单元5，传感器的数据采集后输入数据采集控制单元5，如图1所示的，第一温度传感器6、第二温度传感器7、第三温度传感器12、第四温度传感器19、第五温度传感器14、第六温度传感器15、第一压力传感器11、第二压力传感器16、第三压力传感器300、第四压力传感器11、流量计10采集的流量、压力、温度数据，经过控制单元的分析计算后输出控制信号至第一控制阀9、第二控制阀8、第三控制阀200，PID压力表、流量计10等形成闭环反馈控制燃油的流量、压力、温度。

承上所述的，参考图3，用于燃气涡轮发动机附件的低温耐久试验的低温耐久试验方法可以包括如下步骤：

S1:在进行低温耐久试验前，将流体温度调整至低温耐久试验的设定温度点；例如以上介绍在在低温耐久试验前，第一流体回路1000运行，第二流体回路2000关闭，通过第一温度传感器6，第二温度传感器7得到的燃油温度，调节燃油温度，该回路在试验件正式试验前将燃油温度调试至设定温度点。

S2：在进行低温耐久试验过程中，流体设定温度与低温耐久试验的低温环境的温度不同，流体经过位于所述低温环境的附件输出之后，该流体的温度被调整至低温耐久试验的设定温度点，再输入至所述低温环境的附件，以保持流体温度于所述设定温度点。例如以上介绍的，在进行低温试验的过程中，打开第一控制阀9，以及第二控制阀8、第三控制阀200，使得第一流体回路1000、第二流体回路2000同时运行，通过设定温度点的燃油送到试验件4中，低温环境箱3内的温度与流体温度不一致，经过试验件与环境之间、流体与试验件之间的热量交换传递后，流体的温度将有所变化。通过第一流体回路1000的作用，使流体温度快速回复至设定温度点，使得试验结果的准确。

综上，采用以上实施例介绍的低温耐久试验系统以及试验方法的有益效果包括但不限于：通过并联的第一流体回路与第二流体回路的设置，实现第一流体回路调节流体温度以上两者协同工作，可以实现同时考核最低工作环境温度和最低内部流体温度状态。并且，由于第一流体回路、第二流体回路是并联关系，可以在试验前关闭第二流体回路而第一流体回路打开工作，使得试验件在试验前将流体温度调试至设定温度点，而且不通过试验器，不会对试验器的低温耐久性试验产生影响。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温耐久试验系统，用于燃气涡轮发动机的附件的低温耐久试验，其特征在于，包括：

低温环境箱，用于放置该附件；

低温油槽，储存流体；

油泵，从所述低温油槽抽出流体泵送至该附件；

其中，试验系统包括并联的第一流体回路以及第二流体回路，

所述第一流体回路为温度调节回路，从所述低温油槽经所述油泵抽出的流体，经过第一控制阀直接后直接返回所述低温油槽，所述第一流体回路具有第一温度传感器以及第二温度传感器，所述第一温度传感器位于流体从所述低温油槽至所述油泵的路径，所述第二温度传感器位于流体从所述油泵回流至所述低温油槽的路径，且位于所述第一控制阀的上游；

所述第二流体回路为试验回路，从所述低温油槽经过所述油泵抽出的流体，经过第二控制阀、低温环境箱以及第三控制阀后返回所述低温油槽，所述第二控制阀控制该低温环境箱的进油压力以及进油流量；所述第三控制阀控制该低温环境箱的出油压力以及出油流量。

2.如权利要求1所述的低温耐久试验系统，其特征在于，所述试验系统包括第一状态以及第二状态，在所述第一状态，所述第二控制阀以及第三控制阀关闭，所述第二流体回路关闭，所述第一控制阀开启，所述第一流体回路运行；在所述第二状态，所述第一控制阀、第二控制阀以及第三控制阀开启，所述第一流体回路、所述第二流体回路均开启。

3.如权利要求1所述的低温耐久试验系统，其特征在于，所述低温油槽包括搅拌器、加热器以及蒸发器，以对流体进行搅拌、加热升温或者制冷剂蒸发降温。

4.如权利要求1所述的低温耐久试验系统，其特征在于，流体的温度范围为-55℃至室温的任意温度点。

5.如权利要求1所述的低温耐久试验系统，其特征在于，所述低温环境箱还包括工作台、进油管道以及出油管道，所述工作台用于放置该附件，所述进油管道、出油管道分别用于连接该附件的流体入口、流体出口；所述第二流体回路包括第三温度传感器、第四温度传感器，所述第三温度传感器位于所述第二控制阀的下游，所述第四温度传感器位于所述第三控制阀的上游；所述试验系统还包括第五温度传感器以及第六温度传感器，所述第五温度传感器用于测量所述低温环境箱的温度，所述第六温度传感器用于测量该附件的温度。

6.如权利要求5所述的低温耐久试验系统，其特征在于，所述试验系统还包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及第四压力传感器，所述第一压力传感器用于测量该附件进口压力，所述第二压力传感器用于测量该附件的工作压力，所述第三压力传感器用于测量该附件的出口压力，第四压力传感器用于测量该进油管道的进油压力。

7.如权利要求6所述的低温耐久试验系统，其特征在于，所述第一压力传感器、所述第三压力传感器均为PID压力表。

8.如权利要求7所述的低温耐久试验系统，其特征在于，所述试验系统还包括数据采集控制单元，所述传感器的数据采集后输入所述数据采集控制单元，输出控制信号至所述控制阀形成闭环反馈控制。

9.一种低温耐久试验方法，其特征在于，用于燃气涡轮发动机附件的低温耐久试验，所述试验方法包括：

S1:在进行低温耐久试验前，将流体温度调整至低温耐久试验的设定温度点；

S2：在进行低温耐久试验过程中，流体设定温度与低温耐久试验的低温环境的温度不同，流体经过位于所述低温环境的附件输出之后，该流体的温度被调整至低温耐久试验的设定温度点，再输入至所述低温环境的附件，以保持流体温度于所述设定温度点。

10.如权利要求9所述的低温耐久试验方法，其特征在于，所述试验方法适用于如权利要求1-8任意一项所述的低温耐久试验系统，在所述S1中，关闭第二流体回路，打开第一流体回路；在所述S2中，打开第一流体回路以及第二流体回路。

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