CN117871197A - 一种低温研磨冰晶生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模拟航空发动机压气机叶片冰晶结冰地面模拟试验领域，尤其是涉及一种低温研磨冰晶生成装置。该装置包括：驱动电机、研磨轮盘、过滤网、冷气源、第一冷气管路、第二冷气管路、冰晶引射管、冰晶喷流管、鼓风机；研磨轮盘本体上设置有研磨轮盘冷气入口、研磨轮盘加冰口、研磨轮盘冰晶出口；驱动电机用于驱动研磨轮盘；研磨轮盘冷气入口通过第一冷气管路与冷气源连通，研磨轮盘加冰口用于从研磨轮盘加冰，研磨轮盘冰晶出口位于研磨轮盘下方，通过冰晶引射管通入冰晶喷流管；冰晶喷流管位于冰晶引射管之前的位置上设置有鼓风机，鼓风机的入口既与大气连通，又通过第二冷气管路与冷气源连通。

Description

一种低温研磨冰晶生成装置

技术领域

本发明涉及模拟航空发动机压气机叶片冰晶结冰地面模拟试验领域，尤其是涉及一种低温研磨冰晶生成装置。

背景技术

一般认为，航空发动机压气机，尤其是高压压气机等温度较高的部件不会结冰，但是近几十年来，研究发现，当飞机在冰晶气象条件下飞行时，航空发动机吸入冰晶会导致其压气机叶片结冰，严重影响飞行安全。目前国内针对航空发动机压气机叶片冰晶结冰的研究尚处于理论研究阶段，没有进行相关的试验研究。

为了研究航空发动机压气机叶片冰晶结冰机理，迫切需要开展航空发动机叶片冰晶结冰地面模拟试验，在地面模拟试验中，冰晶的生成技术是该试验的关键。本产品的特点就是能够将常见的较大冰块，在地面研磨生成满足试验需求的小颗粒冰晶，冰晶直径约为30～200μm。

本产品解决了地面模拟空中气象环境中冰晶生成的问题，国内目前还没有同类产品。

发明内容

本发明的目的：

目前国内缺乏对于航空发动机压气机叶片冰晶结冰机理的试验研究。本发明为航空发动机叶片冰晶结冰地面模拟试验提供了一种冰晶制造生成技术，能够为相关试验制造出尺寸、含量等符合试验要求的冰晶，用于相关试验研究中。

本发明的技术方案是：

提出一种低温研磨冰晶生成装置，包括：驱动电机、研磨轮盘、过滤网、冷气源、第一冷气管路、第二冷气管路、冰晶引射管、冰晶喷流管、鼓风机；

研磨轮盘本体上设置有研磨轮盘冷气入口、研磨轮盘加冰口、研磨轮盘冰晶出口；驱动电机用于驱动研磨轮盘；

研磨轮盘冷气入口通过第一冷气管路与冷气源连通，研磨轮盘加冰口用于从研磨轮盘加冰，研磨轮盘冰晶出口位于研磨轮盘下方，通过冰晶引射管通入冰晶喷流管；冰晶喷流管位于冰晶引射管之前的位置上设置有鼓风机，鼓风机的入口既与大气连通，又通过第二冷气管路与冷气源连通。

进一步的，研磨轮盘包括研磨轮盘壳体、研磨轮盘本体、过滤网；

过滤网安装于研磨轮盘本体的外围，并与研磨轮盘本体存在一定间隙，研磨轮盘本体纵向安装于研磨轮盘壳体内，用于将上方研磨轮盘加冰口送入的冰块进行研磨，被研磨冰晶的尺寸小于或等于过滤网的孔径，在研磨轮盘本体中研磨刀片的作用下进入过滤网，并在重力和驱动电机振动的作用下，向下从研磨轮盘冰晶出口出去。

进一步的，第一阀门设置于第一冷气管路，起到开关的作用，还能调节冷气流量；第二阀门设置于第二冷气管路，起到开关的作用，还能调节冷气流量。

进一步的，鼓风机用于将大气和从冷气源引出的冷气混合，向冰晶引射管出口以一定流速喷气，使冰晶随喷气从冰晶喷流管喷出。

进一步的，间隙的尺寸范围为5-10mm。

进一步的，研磨轮盘本体还包括：轮盘轴和研磨刀片。

进一步的，所述装置还包括：第一温度测量探针和第二温度测量探针；

第一温度测量探针设置于靠近第一冷气管路出口的位置，用于测量引气的温度，为研磨轮盘的研磨环境提供足够低的温度；

第二温度测量探针位于鼓风机出口处，用于测量混合气体的温度，确保冰晶不会融化。

进一步的，当研磨轮盘本体的工作转速增大时，通过增大第一阀门的开度，以增大进入研磨轮盘冷气入口的冷气含量，以维持研磨过程所需的低温环境。

本发明的优点：

优点一：本方法中试验温度等条件均可进行调节，且能实时观测调节后的温度，通过反复调节能够获得理想的试验环境条件；

优点二：本发明通过过滤网对研磨的冰晶进行筛选，能够精确获得尺寸等符合试验条件的冰晶；

优点三：本发明装置结构不复杂，且实施过程中没有操作难度高的步骤，操作易于实现；

优点四：通过电机自身的振动作用，可以有效避免研磨后的冰晶在通过滤网时出现堵塞现象；

优点五：本发明中，冷气不仅为研磨提供了低温环境，防止了研磨过程中磨盘温度升高导致冰晶融化，同时为冰晶从冰晶喷流管喷出过程同样提供低温环境，维持了冰晶的物理状态。鼓风机喷出的冷气还将冰晶送至冰晶喷流管出口，并使冰晶以一定初速度喷出。本发明中冷气具有多种用途，实现了对成本的高效利用。

附图说明

图1为本发明的装置静置示意图，装置部件包含：驱动电机1，研磨轮盘外壳2，冷气源3，第一冷气管路4，第二冷气管路5，研磨轮盘冷气入口6，研磨轮盘加冰口7，研磨轮盘冰晶出口8，冰晶引射管9，冰晶喷流管10，鼓风机11，第一阀门12，第二阀门13，第一温度测量探针14，第二温度测量探针15。

图2为本发明的装置打开研磨轮盘后，轮盘内部构造图，其中1～15与图1对应关系一致，其他装置部件包含：过滤网16，研磨轮盘本体17(跟随驱动电机转动)。

具体实施方式

本发明提供一种低温研磨冰晶生成装置，如图1-2所示，包含驱动电机1，研磨轮盘外壳2，冷气源3，第一冷气管路4，第二冷气管路5，研磨轮盘冷气入口6，研磨轮盘加冰口7，研磨轮盘冰晶出口8，冰晶引射管9，冰晶喷流管10，鼓风机11，第一阀门12，第二阀门13，第一温度测量探针14，第二温度测量探针15，过滤网16，研磨轮盘本体17等。

其中，研磨轮盘包括研磨轮盘外壳2、过滤网16以及研磨轮盘本体17，冷气源上装有第一冷气管路4和第二冷气管路5。第一冷气管路4将冷气源3与研磨轮盘冷气入口6相连，可将冷气源3中的冷气通至研磨轮盘冷气入口6处。在第一冷气管路靠近冷气源处装有第一阀门12，可作为开关控制冷气源3向第一冷气管路4中通冷气，且控制阀门开度可以调节第一冷气管路中冷气流量。在靠近研磨轮盘冷气入口6附近装有第一温度测量探针14，用于检测研磨轮盘冷气入口6处温度；第二冷气管路将冷气源3与冰晶喷流管10相连，可将冷气源3中的冷气通至冰晶喷流管10中，在管路靠近冷气源处装有第二阀门13，可作为开关控制冷气源3向第二冷气管路5中通冷气，且控制阀门开度可以调节第二冷气管路中冷气流量。在鼓风机11后的冰晶喷流管10处装有第二温度测量探针15，用于检测鼓风机11后冰晶喷流管10内温度。在驱动电机1处于工作状态时，使冰块从研磨轮盘加冰口7进入研磨轮盘，并在低温环境下经研磨轮盘本体17研磨后形成冰晶。尺寸符合条件的冰晶通过滤网16，并在重力作用下落入研磨轮盘冰晶出口8，经冰晶引射管9进入冰晶喷流管10。冰晶在鼓风机11形成的冷气流作用下以一定速度从冰晶喷流管10喷出，用于后续的冰晶结冰试验。

具体试验步骤如下：

步骤一：打开第一阀门12使冷气源3中的冷气通过第一冷气管路4从研磨轮盘冷气入口6进入研磨轮盘；

步骤二：通过第一温度测量探针14观测研磨轮盘冷气入口6处的气流温度。调节第一阀门12的开度，控制第一冷气管路4中的冷气流量，来调节研磨轮盘冷气入口6附近的气流温度，使研磨轮盘的研磨环境温度处于预期范围；

步骤三：打开第二阀门13使冷气源3中的冷气通过第二冷气管路5进入冰晶喷流管10，打开鼓风机11使冰晶喷流管10中的冷气经鼓风机11喷出；

步骤四：通过第二温度测量探针15观测鼓风机11出口处冷气流温度。调节第二阀门13的开度，控制第二冷气管路5中的冷气流量，来调节鼓风机出口处气流温度，使鼓风机出口处气流温度处于预期范围；

步骤五：调整鼓风机11工作功率大小，来调节鼓风机出口处冰晶喷流管10内的冷气流流量，使鼓风机出口处气流流量处于预期范围；

步骤六：在经过步骤一至步骤五，使研磨轮盘冷气入口6的气流温度和鼓风机11出口处冰晶喷流管10内的气流温度、流量稳定后，打开驱动电机使研磨轮盘本体进入工作状态；

步骤七：在研磨轮盘本体能够稳定工作后，继续调节第一阀门12和第二阀门13的开度，确保研磨轮盘冷气入口6附近气流温度和鼓风机11出口处冰晶喷流管10内的气流温度处于预期范围；

步骤八：在步骤七的基础上，待研磨轮盘冷气入口和鼓风机出口处气流温度稳定后，从研磨轮盘加冰口7处加入冰块，冰块在重力作用下从研磨轮盘加冰口7进入研磨轮盘本体17中。在研磨轮盘本体17的作用下，冰块被研磨成为细小的冰晶颗粒；

步骤九：在研磨过程中，继续不断地调节第一阀门12的开度，控制冷气源3向研磨轮盘供气量，使冰晶研磨过程处于温度足够低的环境中，保证冰晶不会融化；

步骤十：尺寸符合要求的冰晶能够通过过滤网16，并在重力作用下从研磨轮盘冰晶出口8离开研磨轮盘，并从冰晶引射管9喷出，进入冰晶喷流管10。观察冰晶引射管9的冰晶喷出量，来判断能够通过过滤网16的冰晶量。调整驱动电机1的工作功率，以调节研磨轮盘的工作状态，使研磨轮盘能够研磨生成更多尺寸符合要求的冰晶通过滤网16。若研磨轮盘本体17的功率增大，则需要增大第一阀门12的开度，以增大进入研磨轮盘冷气入口6的冷气含量，维持研磨过程所需的低温环境；

步骤十一：在保证有足够量的冰晶能够通过滤网16并经过冰晶引射管9进入冰晶喷流管10后，继续不断调节第二阀门13的开度，控制冷气源3向冰晶喷流管10供气量，使得鼓风机11后的冰晶喷流管10处于温度足够低的环境中，在从冰晶引射管9进入冰晶喷流管10到从冰晶喷流管10出口处喷出的过程中，保证冰晶不会融化，并保持其原有的物理状态；

步骤十二：在步骤十一的基础上，调节鼓风机11功率大小，使得在鼓风机11喷出的冷气作用下，冰晶能够以一定的水平速度从冰晶喷流管10喷出并用于进一步的冰晶结冰试验研究。

本发明提供一种低温研磨冰晶生成装置，主要包含研磨轮盘、冷气源3、冰晶喷流管10、鼓风机11等。研磨轮盘用于将冰块研磨形成冰晶，并通过过滤网16筛选出符合需求的冰晶，研磨轮盘通过研磨轮盘冷气入口6和第一冷气管路4冷气源相连，通过研磨轮盘冰晶出口8_、冰晶引射管9与冰晶喷流管10相连；冰晶喷流管10用于将冰晶与经过鼓风机11的冷气流喷出，通过第二冷气管路5与冷气源3相连，且与大气相连；冷气源3用于给研磨过程和冰晶喷出过程提供低温环境；鼓风机11用于调节冰晶喷流管10内冷气流量，安装于冰晶喷流管10上位于第二冷气管路5和冰晶引射管9之间处；提出了一种地面条件下的冰晶生成技术，用于制造出尺寸、含量等符合试验需求的冰晶，用于航空发动机叶片冰晶结冰地面模拟试验研究中。

Claims (8)

1.一种低温研磨冰晶生成装置，其特征在于，包括：驱动电机(1)、研磨轮盘、过滤网(16)、冷气源(3)、第一冷气管路(4)、第二冷气管路(5)、冰晶引射管(9)、冰晶喷流管(10)、鼓风机(11)；

研磨轮盘本体(17)上设置有研磨轮盘冷气入口(6)、研磨轮盘加冰口(7)、研磨轮盘冰晶出口(8)；驱动电机(1)用于驱动研磨轮盘；

研磨轮盘冷气入口(6)通过第一冷气管路(4)与冷气源(3)连通，研磨轮盘加冰口(7)用于从研磨轮盘(17)加冰，研磨轮盘冰晶出口(8)位于研磨轮盘下方，通过冰晶引射管(9)通入冰晶喷流管(10)；冰晶喷流管(10)位于冰晶引射管(9)之前的位置上设置有鼓风机(11)，鼓风机的入口既与大气连通，又通过第二冷气管路(5)与冷气源(3)连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，研磨轮盘包括研磨轮盘壳体(2)、研磨轮盘本体(17)、过滤网(16)；

过滤网(16)安装于研磨轮盘本体(17)的外围，并与研磨轮盘本体(17)存在一定间隙，研磨轮盘本体(17)纵向安装于研磨轮盘壳体(2)内，用于将上方研磨轮盘加冰口(7)送入的冰块进行研磨，被研磨冰晶的尺寸小于或等于过滤网(16)的孔径，在研磨轮盘本体(17)中研磨刀片的作用下进入过滤网(16)，并在重力和驱动电机(1)振动的作用下，向下从研磨轮盘冰晶出口(8)出去。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一阀门(12)设置于第一冷气管路(4)，起到开关的作用，还能调节冷气流量；第二阀门(13)设置于第二冷气管路(5)，起到开关的作用，还能调节冷气流量。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，鼓风机用于将大气和从冷气源(3)引出的冷气混合，向冰晶引射管(9)出口以一定流速喷气，使冰晶随喷气从冰晶喷流管(10)喷出。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，间隙的尺寸范围为5-10mm。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，研磨轮盘本体(17)还包括：轮盘轴和研磨刀片。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第一温度测量探针(14)和第二温度测量探针(15)；

第一温度测量探针(14)设置于靠近第一冷气管路(4)出口的位置，用于测量引气的温度，为研磨轮盘的研磨环境提供足够低的温度；

第二温度测量探针(15)位于鼓风机(11)出口处，用于测量混合气体的温度，确保冰晶不会融化。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当研磨轮盘本体(17)的工作转速增大时，通过增大第一阀门(12)的开度，以增大进入研磨轮盘冷气入口(6)的冷气含量，以维持研磨过程所需的低温环境。