CN205102477U - 发动机试验用的冰样的制冰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种发动机试验用的冰样的制冰系统，包括：第一冷库，该第一冷库中设有供水装置，用于提供制冰用的水；供气装置，用于提供雾化用的气体；该第一冷库具有第一环境温度，以用于对该供水装置中的水和该供气装置中的气体进行初步降温；第二冷库，该第二冷库中包含制冰工作区，其中该第二冷库具有比该第一环境温度低的第二环境温度，以使该制冰工作区符合制冰温度条件；以及喷雾装置，耦接至该供水装置和该供气装置，其中该喷雾装置能在该第一冷库和该第二冷库之间移动，以用于在制冰时从该第一冷库移动至该第二冷库，在该制冰工作区中喷出水雾进行制冰。

Description

发动机试验用的冰样的制冰系统

技术领域

本实用新型涉及一种航空发动机技术领域，尤其涉及一种发动机试验用的冰样的制冰系统。

背景技术

商用航空发动机对结冰效应的反应非常敏感，极容易造成危险。一旦发动机进气系统结冰，会改变进气系统的空气动力特性，增加流动阻力，造成进气流场分布不均，轻者发生气流畸变，影响发动机的工作稳定性，严重时它可能导致熄火停车，造成危害性后果。同时，发动机进气系统结冰到一定程度后还会发生冰脱落现象，进而被发动机吸入，使发动机压缩系统产生外物吸入损伤的严重问题。由于发动机冰脱落会对飞行安全造成严重的危害，所以发动机冰脱落试验、冰本构和力学性能测量试验是发动机设计研制过程中必不可少的验证项目。

从目前公开的专利资料和文献来看，没有针对航空发动机的冰脱落试验及冰本构和力学性能测量试验研发专用的冰样制备方法。传统的冰样制备方法均利用水的物理性质，在自然环境条件或者冷库、冰箱等人工制冷环境条件下生成冰样。传统冰样的生成环境为稳定静态，并且由大颗粒水滴或者成股水流冻结而成。但是航空发动机的内部流场具有三维旋转效应，并且所处的结冰环境一般为云雾环境，其水滴直径只有几十微米量级。在这种特殊条件下，发动机上的结冰机理与传统冰样的形成机理有较大差别。因此，传统的冰样制备方法与发动机真实结冰环境所形成的冰样相比，不能有效地反映冰的真实生成环境和气象条件，导致两者的力学本构及性能相去甚远，不能为发动机的冰脱落试验及冰本构和力学性能测量试验提供真实有效的冰样。

为此，需要发明一种新型的冰样制备系统，以更真实地模拟航空发动机的结冰气象条件和结冰生长过程，为发动机的相关试验研究提供更真实有效的冰样。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型旨在提供一种发动机试验用的冰样的制冰系统。

根据本实用新型的一方面，提供了一种发动机试验用的冰样的制冰系统，包括：

第一冷库，该第一冷库中设有：

供水装置，用于提供制冰用的水；

供气装置，用于提供雾化用的气体；

该第一冷库具有第一环境温度，以用于对该供水装置中的水和该供气装置中的气体进行初步降温；

第二冷库，该第二冷库中包含制冰工作区，其中该第二冷库具有比该第一环境温度低的第二环境温度，以使该制冰工作区符合制冰温度条件；以及

喷雾装置，耦接至该供水装置和该供气装置，其中该喷雾装置能在该第一冷库和该第二冷库之间移动，以用于在制冰时从该第一冷库移动至该第二冷库，在该制冰工作区中喷出水雾进行制冰。

在一实例中，该喷雾装置配置为在制冰后移回该第一冷库。

在一实例中，该系统还包括：运输装置，用于在该第一冷库和该第二冷库之间移动该喷雾装置。

在一实例中，该制冰工作区中放有制冰模具，该喷雾装置向该制冰模具中喷射水雾以进行制冰。

在一实例中，该系统还包括：模具清洁装置，以用于在制冰之前对该制冰模具进行清洁。

在一实例中，该喷雾装置包括：喷嘴；以及喷嘴调压装置，用于调节喷嘴压力，从而调节从该喷嘴喷出的水雾的水滴直径大小，以用于制取明冰或霜冰。

在一实例中，该喷嘴调压装置包括：耦接在该喷嘴和该供水系统之间的气压调节阀、过滤嘴和空气开关阀；以及

耦接在该喷嘴和该供气系统之间的液压调节阀、过滤嘴和空气开关阀。

在一实例中，该第一冷库和该第二冷库中分别设有第一制冷装置和第二制冷装置，以用于将该第一冷库和该第二冷库分别保持在该第一环境温度和该第二环境温度。

在一实例中，该第二制冷装置适用于调节该第二环境温度，以用于制取明冰或霜冰。

在一实例中，该第一环境温度为0～5摄氏度，该第二环境温度为小于0摄氏度。

在本实用新型中，利用压缩空气与液体的剪切作用形成气雾，并通过调节喷嘴的压力来控制喷雾的液态水含量和水滴直径，从而获取发动机冰脱落机理研究以及冰力学本构和力学性能研究所需的更接近真实结冰环境的冰样。同时，通过分开的两个独立冷库进行制冰前的预冷却，提高了制冰效率，降低了制冰成本。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。

图1是示出了根据本实用新型的一方面的制冰系统的框图；以及

图2是示出了根据本实用新型的一方面的喷雾装置的框图。

为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：

100：制冰系统

101：第一冷库

102：供水装置

103：供气装置

104：喷雾装置

1041：喷嘴

1042：喷嘴调压装置1042

10421：气压调节阀

10422：过滤器

10423：空气开关阀

10424：液压调节阀

10425：过滤器

10426：液体开关阀

105：第二冷库

106：制冰工作区

107：第一制冷装置

108：第二制冷装置

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。

图1是示出了根据本实用新型的一方面的制冰系统100的框图。如图1所示，制冰系统100包括供水装置102和供气装置103。供水装置102可提供制冰用的水。供气装置103可提供气体以用于水的雾化。

如图1所示，制冰系统100还包括喷雾装置104，该喷雾装置104耦接至供水装置102和供气装置103。供水装置102在向喷雾装置104提供水的同时，供气装置103向喷雾装置104提供气体，从而从喷雾装置104的喷嘴喷射出雾化的水雾。这里，利用压缩空气与液体的剪切作用,使水滴以微米量级的直径例如15～40um的直径从喷嘴中喷出。

在本实用新型中，供水装置102和供气装置103设置在第一冷库101中。第一冷库101中安装有第一制冷装置107，以用于将第一冷库101的环境温度降到第一环境温度，例如该第一环境温度一般设定在0～5摄氏度。在未制冰时，喷雾装置104可位于第一冷库101中。第一冷库101中的低温使得供水装置102和供气装置103中的水和气体可以初步降温，也使喷雾装置104初步降温，同时第一冷库101的低温又不会使喷雾装置104结冰。

在本实用新型中，喷雾装置104可在第一冷库101和第二冷库105之间移动，从而可以在制冰时从第一冷库101移动到第二冷库105。一般地，制冰系统100还可包括运输装置(未示出)以用于在第一冷库101和第二冷库105之间移动喷雾装置104。

第二冷库105中安装有第二制冷装置108，以永固将第二冷库105的环境温度降低到第二环境温度。该第二环境温度可以是低于第一环境温度的温度，例如0摄氏度以下的温度。第二冷库105中设有制冰工作区106，由于第二冷库105的低于0摄氏度的低温，使得制冰工作区106符合制冰温度条件。

在制冰时，喷雾装置104可从第一冷库101被移到第二冷库105中，在制冰工作区106中喷出水雾进行制冰。一般地，在制冰工作区106中设有制冰模具(未示出)，喷雾装置104可向制冰模具中喷射水雾，水雾中的水滴快速凝固形成颗粒冰。较优地，制冰模具可在制冰之前先使用模具清洁装置(未示出)进行清洁，例如使用无水酒精进行清洁。

喷雾装置104的喷嘴压力可以调节，以控制喷出水雾的水滴直径的大小。图2是示出了根据本实用新型的一方面的喷雾装置104的框图。

如图2所示，喷雾装置104可包括喷嘴1041，以及用于控制喷嘴1041的压力的喷嘴调压装置1042。喷嘴调压装置1042可以通过调节喷嘴1041的压力，来调节从喷嘴1041喷出的水滴直径大小。

发动机的相关试验研究所需的冰样一般包括明冰和霜冰，其中明冰一般在大液态水含量、大水滴直径的较高温度下生成，而霜冰一般在小液态水含量、小水滴直径的低温下生成。因此，在需要制取明冰时，可以调小压力，从而增大水滴直径，在需要制取霜冰时，可以调大压力，从而减小水滴直径。

具体而言，喷嘴调压装置1042可以包括耦接在喷嘴1041与供气装置103之间的气压调节阀10421、过滤器10422、以及空气开关阀10423。空气开关阀10423可以控制气体通路的通断，在一些实施例中，也可起到粗调压力的作用。过滤器10422用于对气体进行过滤，以提供纯净气体。气压调节阀10421可对气压进行细调。

另外，喷嘴调压装置1042可以包括耦接在喷嘴1041与供水装置102之间的液压调节阀10424、过滤器10425、以及液体开关阀10426。液体开关阀10426可以控制液体通路的通断，在一些实施例中，也可起到粗调压力的作用。过滤器10425用于对水进行过滤，以提供纯净的液体。液压调节阀10424可对液压进行细调。

如上所述，在制取明冰时一般需要相比于制取霜冰较高的温度。因此，第二冷库105的第二制冷装置108可调节第二冷库105的环境温度。换言之，第二冷库105的第二环境温度可以调高或调低。具体而言，在制取明冰时，可以调高第二环境温度以制取明冰，或调低第二环境温度以制取霜冰。

在完成制冰后，喷雾装置104可移回第一冷库101中，以防止喷雾装置104喷头由于水温较低结冰堵塞。

实践中操作时，一般在第一冷库降温一个小时左右开始室温稳定。此时连接好供水装置102和供气装置103，待水温达到3-4摄氏度可以开始喷洒制样。记录第二冷库达到预设温度后的时间，测量水温并记录，测量第二冷库室内喷雾前温度，记录开始喷雾初始时间，用于计算喷雾持续时间。

喷雾时，将喷嘴压力调节到制冰所需的压力，其中供水装置102和供气装置103的压力应保持一致，以保证喷出水雾的液态水含量和水滴直径在所需的范围内，之后向制冰模具喷洒水雾，喷洒的距离要适中，例如20cm左右，保证凝结成颗粒冰，连续喷洒在制冰模具内形成冰，应保证在一次喷雾完成，喷雾过程没有中断。记录喷雾完成后时间，计算喷雾持续时间，测量喷雾后第二冷库温度。喷雾完成后，热平衡大约90分钟，根据制取的冰样进行拆模，将冰样保存备用。另外，喷雾完成后，将喷雾装置104移回第一冷库101以防止结冰。

在本实用新型中，利用压缩空气与液体的剪切作用形成气雾，并通过调节喷嘴的压力来控制喷雾的液态水含量和水滴直径，从而获取发动机冰脱落机理研究以及冰力学本构和力学性能研究所需的更接近真实结冰环境的冰样。同时，通过分开的两个独立冷库进行制冰前的预冷却，提高了制冰效率，降低了制冰成本。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本实用新型的保护范围应当以所附权利要求为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本实用新型的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机试验用的冰样的制冰系统，其特征在于，包括：

第一冷库，所述第一冷库中设有：

供水装置，用于提供制冰用的水；

供气装置，用于提供雾化用的气体；

所述第一冷库具有第一环境温度，以用于对所述供水装置中的水和所述供气装置中的气体进行初步降温；

第二冷库，所述第二冷库中包含制冰工作区，其中所述第二冷库具有比所述第一环境温度低的第二环境温度，以使所述制冰工作区符合制冰温度条件；以及

喷雾装置，耦接至所述供水装置和所述供气装置，其中所述喷雾装置能在所述第一冷库和所述第二冷库之间移动，以用于在制冰时从所述第一冷库移动至所述第二冷库，在所述制冰工作区中喷出水雾进行制冰。

2.如权利要求1所述的制冰系统，其特征在于，所述喷雾装置配置为在制冰后移回所述第一冷库。

3.如权利要求1或2所述的制冰系统，其特征在于，还包括：

运输装置，用于在所述第一冷库和所述第二冷库之间移动所述喷雾装置。

4.如权利要求1所述的制冰系统，其特征在于，所述制冰工作区中放有制冰模具，所述喷雾装置向所述制冰模具中喷射水雾以进行制冰。

5.如权利要求4所述的制冰系统，其特征在于，还包括：

模具清洁装置，以用于在制冰之前对所述制冰模具进行清洁。

6.如权利要求1所述的制冰系统，其特征在于，所述喷雾装置包括：

喷嘴；以及

喷嘴调压装置，用于调节喷嘴压力，从而调节从所述喷嘴喷出的水雾的水滴直径大小，以用于制取明冰或霜冰。

7.如权利要求6所述的制冰系统，其特征在于，所述喷嘴调压装置包括：

耦接在所述喷嘴和所述供水系统之间的气压调节阀、过滤嘴和空气开关阀；以及

耦接在所述喷嘴和所述供气系统之间的液压调节阀、过滤嘴和空气开关阀。

8.如权利要求1所述的制冰系统，其特征在于，所述第一冷库和所述第二冷库中分别设有第一制冷装置和第二制冷装置，以用于将所述第一冷库和所述第二冷库分别保持在所述第一环境温度和所述第二环境温度。

9.如权利要求8所述的制冰系统，其特征在于，所述第二制冷装置适用于调节所述第二环境温度，以用于制取明冰或霜冰。

10.如权利要求1所述的制冰系统，其特征在于，所述第一环境温度为0～5摄氏度，所述第二环境温度为小于0摄氏度。