CN117949213A - 一种高空模拟试车台进气湿度调节系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空发动机性能试验设备技术领域，特别涉及一种高空模拟试车台进气湿度调节系统；其包括混合气管路、水气调节装置和雾化加湿装置；混合气管路的出气端与环境试验舱的进气端连通；雾化加湿装置设置在混合气管路中，水气调节装置的供水端和供气端均与雾化加湿装置连通。该高空模拟试车台进气湿度调节系统利用水气调节装置和雾化加湿装置向混合气管路通喷洒细微的液滴，细微的液滴喷出后能够吸收供气调节系统提供的热空气的热量，以快速地汽化、蒸发变成水蒸气，改变空气的相对湿度，完成发动机进口空气湿度的模拟，并解决了现有技术中采用等温加湿方法时出现的设备体积过大和能耗过高的难题，从而有效的降低航空发动机试验成本。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机性能试验设备技术领域，特别涉及一种高空模拟试车台进气湿度调节系统。
背景技术
航空发动机性能试验时，通常需要将非标准大气条件下的试验值换算成标准大气条件下的数值从而对发动机性能进行评判，换算时根据相似原理一般假设发动机进口为完全干燥的空气，而实际上空气含有不同含量的水蒸气即存在一定的空气湿度，根据相似原理换算的标准大气换算值存在一定的误差，因此需要对大气湿度对发动机性能的影响进行研究，从而正确评定发动机的性能。
军用航空发动机性能鉴定时需要开展环境结冰试验，试验要求空气相对湿度需要保持在80％～100％之间，民用航空发动机适航取证结冰试验时也要求控制和测量进口空气的相对湿度，因为空气相对湿度对结冰试验中液态水含量和粒径的控制有着较大的影响。
由上可知，航空发动机无论开展性能试验还是结冰试验，均需要对发动机的进口空气相对湿度进行控制，使得进口空气相对湿度能够在0％～100％之间调节。
目前，常用的加湿方法为等温加湿方法，即利用电蒸汽锅炉提供蒸汽源，经过干蒸汽加湿器处理后向空气中提供完全干燥的水蒸气，直接增加空气中的水蒸气含量改变空气的相对湿度。
如专利号为：CN201310658810.1，名称为《一种冰风洞湿度控制方法及其专用加湿系统》的中国发明专利，其特征为：所述加湿系统由喷气装置、湿度控制器、湿度采集装置以及加热装置四部分组成；所述喷气装置设置在冰风洞换热器与第四拐角之间，由专用喷嘴将加热产生的水蒸气垂直冰风洞内主气流方向喷入冰风洞洞体内；喷气装置与加热装置通过管道连接；加热装置设置在冰风洞洞体外，由管道将加热装置产生的水蒸气引入喷气装置；所述湿度采集装置为一湿度传感器，安装在冰风洞稳定段内，可用于测量当前冰风洞内的湿度值；湿度控制器与喷气装置为电气连接，同时湿度控制器与湿度采集装置为电气连接，湿度控制器根据湿度采集装置反馈回的当前湿度来控制喷气装置工作。
上述的发明专利中使用的就是等温加湿方法，即使用电锅炉将水加热成水蒸气与空气混合直接改变空气中的相对湿度；
当环境温度为低温时，由于空气的饱和水蒸气含量很小，采用蒸汽直接加湿的方法加湿效率较高；
但是，当环境温度为常温或高温时(如航空性能试验温度包线一般为40℃)，空气中的饱和水蒸气含量急剧增加，且随着进气流量的增大，则需要的能耗和设备安装空间也会随之增加，同时，锅炉和配套设备的增加还会导致现场安装和存储极为不便，进而导致航空发动机试验成本大幅增加。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高空模拟试车台进气湿度调节系统，以解决现有技术中环境温度为常温或高温时，等温加湿方法会导致航空发动机试验成本大幅增加的技术问题。
一种高空模拟试车台进气湿度调节系统，包括混合气管路、水气调节装置和雾化加湿装置；
所述混合气管路的出气端与环境试验舱的进气端连通；
所述雾化加湿装置设置在所述混合气管路中，所述水气调节装置的供水端和供气端均与所述雾化加湿装置连通，所述水气调节装置通过所述雾化加湿装置向所述混合气管路中喷洒细微的液滴来吸收高温空气中的热量，使细微的滴液蒸发成水蒸气改变空气中的相对湿度。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述水气调节装置包括通水管路、通气管路和用于调节水压和气压的控制模块；
所述通水管路的进水端与市政水供水端连通，所述通水管路的出水端与所述雾化加湿装置的进水端连通；
所述通气管路的进气端与空气压缩设备的出气端连通，所述通气管路的出气端与所述雾化加湿装置的进气端连通；
所述通水管路和所述通气管路均与所述控制模块信号连接。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述通水管路包括依次连通的主过滤器A、增压泵A和比例阀A；
所述市政水供水端与所述主过滤器A的进水端连通，所述比例阀A的出水端与所述雾化加湿装置的进水端连通，所述增压泵A和所述比例阀A均与所述控制模块信号连接。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述通水管路还包括依次连通的超纯过滤组件、增压泵B、加热器A和比例阀B；
所述超纯过滤组件的进水端与所述主过滤器A的出水端连通，所述比例阀B的出水端与所述雾化加湿装置的进水端连通，所述增压泵B、所述加热器A和所述比例阀B均与所述控制模块信号连接。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述超纯过滤组件包括依次连通的活性炭过滤、保安过滤器、一级RO反渗透过滤、二级RO反渗透过滤和EDI除盐模块；
所述活性炭过滤的进水端与所述主过滤器A的出水端连通，所述EDI除盐模块的出水端与所述增压泵B的进水端连通。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述通气管路包括依次连通的主过滤器B、加热器B和比例阀C；
所述主过滤器B的进气端与所述空气压缩设备的出气端连通，所述比例阀C的出气端与所述雾化加湿装置的进气端连通，所述加热器B和所述比例阀C均与所述控制模块电连接。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述雾化加湿装置包括供水管路、供气管路以及雾化喷嘴；
所述水气调节装置的供水端和供气端分别通过所述供水管路和所述供气管路与所述雾化喷嘴连通，所述雾化喷嘴与所述水气调节装置信号连接。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述雾化加湿装置的数量为多组。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述雾化加湿装置与所述混合气管路的出气端的距离大于等于6m。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，该高空模拟试车台进气湿度调节系统还包括湿度传感器；
所述湿度传感器设置在环境试验舱的进气端，且所述湿度传感器与所述水气调节装置信号连接。
综上所述，本发明至少具有以下技术效果：
该高空模拟试车台进气湿度调节系统利用水气调节装置和雾化加湿装置向混合气管路通喷洒细微的液滴，细微的液滴喷出后能够吸收供气调节系统提供的热空气的热量，以快速地汽化、蒸发变成水蒸气，改变空气的相对湿度，完成发动机进口空气湿度的模拟，同时，使热空气的温度下降至发动机试验需要的目标温度，并解决了现有技术中采用等温加湿方法时出现的设备体积过大和能耗过高的难题，从而有效的降低航空发动机试验成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种高空模拟试车台进气湿度调节系统的结构示意图；
图2是本发明一种高空模拟试车台进气湿度调节系统中水气调节装置的结构示意图；
图3是水气调节装置中通水管路的结构示意图；
图4是水气调节装置中通气管路的结构示意图；
图5是本发明一种高空模拟试车台进气湿度调节系统中雾化加湿装置的结构示意图；
附图标记：
1、混合气管路；
2、水气调节装置；21、通水管路；211、主过滤器A；212、增压泵A；213、比例阀A；214、超纯过滤组件；215、增压泵B；216、加热器A；217、比例阀B；22、通气管路；221、主过滤器B；222、加热器B；223、比例阀C；
3、雾化加湿装置；31、供气管路；32、供水管路；33、雾化喷嘴；34、软管；
4、环境试验舱；
5、湿度传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1至图5所示：
一种高空模拟试车台进气湿度调节系统，其包括混合气管路1、水气调节装置2和雾化加湿装置3；其中，
混合气管路1的出气端与环境试验舱4的进气端连通；
雾化加湿装置3设置在混合气管路1中，水气调节装置2的供水端和供气端均与雾化加湿装置3连通，水气调节装置2通过雾化加湿装置3向混合气管路1中喷洒细微的液滴来吸收高温空气中的热量，使细微的滴液蒸发成水蒸气以改变空气中的相对湿度。
该高空模拟试车台进气湿度调节系统利用水气调节装置2和雾化加湿装置3向混合气管路1通喷洒细微的液滴，细微的液滴喷出后能够吸收供气调节系统提供的热空气的热量，以快速地汽化、蒸发变成水蒸气，改变空气的相对湿度，完成发动机进口空气湿度的模拟；
同时，使热空气的温度下降至发动机试验需要的目标温度，并解决了现有技术中采用等温加湿方法时出现的设备体积过大和能耗过高的难题。
以进气流量为25kg/s，性能录取时进口温度为40℃为例：
进口要达到完全饱和需要的水流量约为4000kg/h，若采用电锅炉将4000kg/h的水加热成水蒸气所需要的电功率约为2500kW；
试车台需要设计专用的高压配电系统供电锅炉使用，导致其建设成本增加，且市场上常用电锅炉的电功率约为500kW，其轮廓尺寸已达到2米以上，25kg/s进气流量即需要使用5台电锅炉，若进气流量再大，其需要的电功率和设备安装空间更大。
而采用该高空模拟试车台进气湿度调节系统只需要利用水气调节装置2持续的通过雾化加湿装置3向混合气管路1中喷洒细微的液滴，而热空气则是高空模拟试车台供气调节系统在工作时就会产生，无需增加其他的加热设备或者加湿设备，以减小设备的使用和占地空间，同时能够有效的降低能源的损耗。
优化的，参见图2、图3和图4，上述的水气调节装置2包括通水管路21、通气管路22和用于调节水压和气压的控制模块(图中未示出)；
通水管路21的进水端与市政水供水端连通，通水管路21的出水端与雾化加湿装置3的进水端连通；
通气管路22的进气端与空气压缩设备(空气压缩机或者其他压缩气体供气设备)的出气端连通，通气管路22的出气端与雾化加湿装置3的进气端连通；
通水管路21和通气管路22均与上述的控制模块信号连接，通过控制模块来调节供水和供气压力，以保证喷出的液滴能够全部蒸发变成水蒸气。
优选的，该高空模拟试车台进气湿度调节系统还包括湿度传感器5，参见图1；
湿度传感器5设置在环境试验舱4的进气端，且湿度传感器5与水气调节装置2中的控制模块信号连接；
通过湿度传感器5来监测环境试验舱4的进气端的空气湿度，并将该信息反馈给控制模块，再通过控制模块控制供水和供气压力。
优化的，上述的通水管路21包括依次连通的主过滤器A211、增压泵A212和比例阀A213，如图3所示；
市政水供水端与主过滤器A211的进水端连通，通过主过滤器A211来过滤水中的杂质，然后通过增压泵A212将被过滤后的水的压力升高，再利用比例阀A213将水的压力调整至雾化加湿装置3所需的压力，以使水能够由雾化加湿装置3喷出；
上述的增压泵A212和比例阀A213均与上述的控制模块信号连接，控制模块可以调节比例阀A213的开度，以实现对水的压力的调节。
优选的，上述的通水管路21还包括依次连通的超纯过滤组件214、增压泵B215、加热器A216和比例阀B217；其中，
超纯过滤组件214的进水端与主过滤器A211的出水端连通，比例阀B217的出水端与雾化加湿装置3的进水端连通；
当空气温度小于5℃时，为了防止水在喷出过程中被冻结以及提供蒸发需要的热量，需对水进行进一步过滤和加热，超纯过滤组件214能够将市政水变成超纯水，以保证电阻率不小于10MΩ·cm，再通过加热器A216将水进行加热，以保证水在喷出过程中不会被冻结；
上述的增压泵B215、加热器A216和比例阀B217均与上述的控制模块信号连接，通过控制模块能够调节加热器A216的加热温度以及比例阀B217的开度，以更好的调节水的温度以及压力。
优化的，上述的超纯过滤组件214包括依次连通的活性炭过滤、保安过滤器、一级RO反渗透过滤、二级RO反渗透过滤和EDI除盐模块；
活性炭过滤的进水端与主过滤器A211的出水端连通，EDI除盐模块的出水端与增压泵B215的进水端连通；
上述的活性炭过滤、保安过滤器、一级RO反渗透过滤、二级RO反渗透过滤和EDI除盐模块能够将市政水变成超纯水，以保证电阻率不小于10MΩ·cm。
优化的，上述的通气管路22包括依次连通的主过滤器B221、加热器B222和比例阀C223，如图4所示；其中，
主过滤器B221的进气端与空气压缩设备的出气端连通，比例阀C223的出气端与雾化加湿装置3的进气端连通；
主过滤器B221能够过滤压缩空气中的杂质，避免杂质进入通气管路22中造成管路的堵塞，加热器B222能够加热空气，再通过比例阀C223调整压缩空气的压力，以使空气能够将水冲击破碎成小于30um的水雾，以使水雾能够更加快速的蒸发；
加热器B222和比例阀C223均与上述的控制模块电连接，通过控制模块能够调节加热器B222的加热温度和比例阀C223的开度，以更好的实现压缩气体的温度和压力的调节。
需要说明的是，上述的控制模块可以为现有技术中常用的PLC控制器、PAC控制器或者是IPC控制器等，该类控制器均为现有技术，此处便不再进行详细说明。
优化的，上述的雾化加湿装置3包括供水管路32、供气管路31以及雾化喷嘴33；其中，
水气调节装置2的供水端和供气端通过两个软管34分别与供水管路32和供气管路31连通，供水管路32和供气管路31远离软管34的一端则与雾化喷嘴33连通，软管34的设置使得水气调节装置2与雾化喷嘴33的连接更加的方便；
上述的雾化喷嘴33与水气调节装置2中的控制模块信号连接，通过控制模块能够调节雾化喷嘴33的开/闭，以实现对空气湿度的调节。
需要说明的是，上述的雾化喷嘴33为BIMV型二元雾化喷嘴，其在水、气压差为0.1MPa时，其雾化的液滴直径在30um左右，液滴喷出后基本可以完全蒸发汽化。
优选的，上述的雾化加湿装置3的数量为多组；
本实施例以雾化加湿装置3的数量为7组为例进行说明：
由于不同空气温度下饱和水蒸汽密度不同，且存在极大的差异，如温度为40℃时饱和水蒸气含量为50.969g/m3，而温度为－40℃时饱和水蒸气含量仅为0.119g/m3；
若仅通过调节水和气的压力来调整喷雾量，即使在最低喷雾量条件下喷出的液滴含量也远远超出低温环境下饱和水蒸气的要求，多出的液滴将会在环境试验舱4整流网和发动机工艺进气道处结冰，影响发动机的试验安全，因此采用如下设计方式解决该问题；
每组雾化加湿装置3安装有7个雾化喷嘴33，共在－40℃～40℃温度包线内按照5℃、24℃和33℃的不同温度范围中分为4路控制；
当温度低于5℃时，仅开启其中一组雾化加湿装置3中的七个雾化喷嘴33，此时，供水管路32为雾化加湿装置3提供加热后的超纯水；
当温度高于5℃且低于24℃时，可以开启三组雾化加湿装置3中的二十一个雾化喷嘴33；
当温度高于24℃且小于33℃时，开启五组雾化加湿装置3中的三十五个雾化喷嘴33；
当温度大于33℃时，开启全部的雾化喷嘴33(四十九个)。
优化的，上述的雾化加湿装置3与混合气管路1的出气端的距离大于等于6m，以保证液滴能够完全蒸发变成水蒸气，以进一步避免液滴在环境试验舱4整流网和发动机工艺进气道处结冰的情况发生。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于，包括混合气管路(1)、水气调节装置(2)和雾化加湿装置(3)；
所述混合气管路(1)的出气端与环境试验舱(4)的进气端连通；
所述雾化加湿装置(3)设置在所述混合气管路(1)中，所述水气调节装置(2)的供水端和供气端均与所述雾化加湿装置(3)连通，所述水气调节装置(2)通过所述雾化加湿装置(3)向所述混合气管路(1)中喷洒细微的液滴来吸收高温空气中的热量，使细微的滴液蒸发成水蒸气改变空气中的相对湿度。
2.根据权利要求1所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：所述水气调节装置(2)包括通水管路(21)、通气管路(22)和用于调节水压和气压的控制模块；
所述通水管路(21)的进水端与市政水供水端连通，所述通水管路(21)的出水端与所述雾化加湿装置(3)的进水端连通；
所述通气管路(22)的进气端与空气压缩设备的出气端连通，所述通气管路(22)的出气端与所述雾化加湿装置(3)的进气端连通；
所述通水管路(21)和所述通气管路(22)均与所述控制模块信号连接。
3.根据权利要求2所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：所述通水管路(21)包括依次连通的主过滤器A(211)、增压泵A(212)和比例阀A(213)；
所述市政水供水端与所述主过滤器A(211)的进水端连通，所述比例阀A(213)的出水端与所述雾化加湿装置(3)的进水端连通，所述增压泵A(212)和所述比例阀A(213)均与所述控制模块信号连接。
4.根据权利要求3所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：所述通水管路(21)还包括依次连通的超纯过滤组件(214)、增压泵B(215)、加热器A(216)和比例阀B(217)；
所述超纯过滤组件(214)的进水端与所述主过滤器A(211)的出水端连通，所述比例阀B(217)的出水端与所述雾化加湿装置(3)的进水端连通，所述增压泵B(215)、所述加热器A(216)和所述比例阀B(217)均与所述控制模块信号连接。
5.根据权利要求4所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：所述超纯过滤组件(214)包括依次连通的活性炭过滤、保安过滤器、一级RO反渗透过滤、二级RO反渗透过滤和EDI除盐模块；
所述活性炭过滤的进水端与所述主过滤器A(211)的出水端连通，所述EDI除盐模块的出水端与所述增压泵B(215)的进水端连通。
6.根据权利要求2所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：所述通气管路(22)包括依次连通的主过滤器B(221)、加热器B(222)和比例阀C(223)；
所述主过滤器B(221)的进气端与所述空气压缩设备的出气端连通，所述比例阀C(223)的出气端与所述雾化加湿装置(3)的进气端连通，所述加热器B(222)和所述比例阀C(223)均与所述控制模块电连接。
7.根据权利要求1所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：所述雾化加湿装置(3)包括供水管路(32)、供气管路(31)以及雾化喷嘴(33)；
所述水气调节装置(2)的供水端和供气端分别通过所述供水管路(32)和所述供气管路(31)与所述雾化喷嘴(33)连通，所述雾化喷嘴(33)与所述水气调节装置(2)信号连接。
8.根据权利要求7所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：所述雾化加湿装置(3)的数量为多组。
9.根据权利要求8所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：所述雾化加湿装置(3)与所述混合气管路(1)的出气端的距离大于等于6m。
10.根据权利要求1所述的高空模拟试车台进气湿度调节系统，其特征在于：还包括湿度传感器(5)；
所述湿度传感器(5)设置在环境试验舱(4)的进气端，且所述湿度传感器(5)与所述水气调节装置(2)信号连接。
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