CN209244671U - 航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，包括排气塔、环形塔缘板、能量吸收塔、势能转化盘、声能转化盘、塔顶盖、集热管网、温差发电片、冷凝室、汽轮机组；本实用新型的有益效果在于，首先，该装置通过对排气塔地基和排气系统末端及其内部进行适当改造，或者只在高空台排气塔部分相关位置合理的嵌入本装置，保证高空台的主体结构和功能没有变化；其次，该装置对高空台排放的能量进行吸收、转化和再利用，统计可知装置的总体效率为82％～98％，能量的吸收与转化量为15.58～18.62万千瓦，达到了节能减排的作用；最后，装置的每个子系统均能实现国产化，显著降低了改造成本，适合现有的高空台改造和使用。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机高空模拟试车台技术领域，尤其涉及航空发动机高空模拟试车台高效嵌入式和能量吸收与转换装置。
背景技术
目前，世界各国高空模拟试车台造价昂贵，耗能巨大，以某发展中国家某型高空台为例，主要包括供气系统，试验舱，排气冷却系统，抽气系统和其他附属装置。供气系统包括压气机，加温器，干燥及降温装置，混合器，相应的辅助系统和调温调压阀门等，它向试验舱内发动机提供合适的温度压力湿度和流量空气，它由14台离心式压缩机组成，最大供气量达350kg/s，最大供压达4.5个大气压。它其中的加温器能够把流量近70kg/s 的空气加热至500℃，加温器(冲天炉)运行一天所消耗的天然气相当于一个中小城市(44万户家庭)一天的消耗量，降温装置能够把流量50kg/s的空气从常温降到-70℃，其制冷量足够一个百万人口的城市在整个夏天每人都能享受空调，这是用专门的膨胀涡轮达到的，由美国引进。高空舱内装有被试验的发动机及附属系统，试验舱前舱保持发动机压气机截面上的气流条件，而后舱则模拟飞行高度的大气压和温度。系统包括排气扩压器，排气冷却器和抽气机(或称引射器)，及各种串并连接管道及阀门等，其中抽气机最大抽气容积流量达到27000立方米/分钟，可以在3分钟内抽光鸟巢内部空气，使其被大气压压垮。除此之外，它还有电，水和油系统，控制，数据采集系统等。高空台的压气机，降温设备，泵，阀门，抽水机等许多设备都需要电力驱动，试车时耗电量惊人，是名副其实的电老虎，该高空台总装机容量17万千瓦，一天用电量相当于250万人口的中型城市一天的生活用电量，为了缓解高空台启动时对居民和工业用电的影响，试验一般安排在后半夜进行，并与当地电力部门协调好防止跳闸，为了冷却大量的高温设备和调节发动机进口空气湿度，高空台还需要大量的喝水，不仅要喝水，为了防止管道结垢堵塞和异物进入，还要喝经过软化过滤处理的纯净水，高空台日耗水量相当于一个450万人口的大型城市日用水量，一般的管道输水(自来水)是远远不够的，为了满足高空台需要，还专门在临近高空台的一座小山上修建了一座近百亩的小型水库，试验时先用水泵将水抽入水库，在通过直径1米的输水管道进入高空台等设备中。因此，现有的高空模拟试车台工作时产生大量废气、热能、高速燃气流和噪音等可再利用的能量白白排放到大气中，不仅是一种巨大的资源浪费，而且长期的排放也会给当地气候带来一定的影响。
发明内容
1.现有技术存在的问题
本发明的目的在于，提出一种航空发动机高空模拟试车台高效嵌入式能量吸收与转换装置，采用不影响高空模拟试车台主体功能的高效嵌入式排放能量吸收与转化装置，将实验设备产生并排放出的无用的热能、燃气流体势能、辐射能和声能吸收并转化为电能，经过一定的处理再次输入高空台供其工作或者并入厂所内部电网或者国家电网，减少电能的消耗，从而提高电能的利用率。
2.技术方案
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，包括排气塔、环形塔缘板、能量吸收塔、势能转化盘、声能转化盘、塔顶盖、集热管网、温差发电片、冷凝室、汽轮机组；所述排气塔建造固连于地基上，所述能量吸收塔安装在所述排气塔顶面，并且二者之间设置有所述环形塔缘板；若干所述势能转化盘沿所述能量吸收塔高度方向间隔设置在所述能量吸收塔内，所述势能转化盘上安装有若干势能发电机；若干声能转化盘沿所述能量吸收塔高度方向间隔设置在所述能量吸收塔外部，所述塔顶盖安装在所述能量吸收塔顶部；所述集热管网由若干集热管单体串并联而成，并且设置在所述能量吸收塔内；所述集热管网进口与供水管连接，所述供水管上设置有供水泵，所述供水管另一端与所述冷凝室连接；所述集热管网出口与蒸汽管连接，所述蒸汽管另一端与所述汽轮机组输入端连接，所述汽轮机组另一端与所述冷凝室连接；所述排气塔内设置有吸音格栅，所述吸音格栅内设置有若干温差发电片。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，所述能量吸收塔周壁沿高度方向间隔开设有若干排气窗组。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，每层所述排气窗组由若干矩形排气窗组成，并且若干所述排气窗沿所述能量吸收塔周向均匀布置。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，所述供水管和蒸汽管上设置有电磁阀，所述蒸汽管上设置有压力传感器。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，所述排气塔底部设置有排气筒，并且所述排气筒建造固连于地基上。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，所述供水管上设置有水冷循环系统，并且所述水冷循环系统设置在所述排气塔内；所述温差发电片冷端贴敷于所述水冷循环系统上。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，所述能量吸收塔为上大下小的钢筋混凝土壳体结构，并且横截面为圆环形；所述排气塔为矩形筒状结构，并且横截面尺寸小于所述能量吸收塔横截面尺寸。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，若干所述温差发电片以立体矩阵排列方式布置在所述排气塔内，所述温差发电片为112PN结微单体。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，所述声能转化盘由若干声能转化盘单体组成，所述声能转化盘单体固定在所述能量吸收塔外部，声能转化盘单体由声波波吸收盘、环形磁钢、声电线圈组成，所述声波吸收盘下安装有环形磁钢，所述环形磁钢内浮镶有声电线圈，所述声波吸收盘与声电线圈通过高温胶固连。
上述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其中，所述汽轮机组由3台汽轮机组成，根据实际情况，由控制器控制各个汽轮机组的工作，实现将热能高效的转换为电能。
3.有益效果
综上所述，本发明的有益效果在于：
(1)该装置通过对排气塔地基和排气系统末端及其内部进行适当改造，或者只在高空台排气塔部分相关位置合理的嵌入本装置，保证高空台的主体结构和功能没有变化；
(2)该装置对高空台排放的能量进行吸收、转化和再利用，统计可知装置的总体效率为82％～98％，能量的吸收与转化量为15.58～18.62万千瓦，达到了节能减排的作用；
(3)装置的每个子系统均能实现国产化，显著降低了改造成本，适合现有的高空台改造和使用。
附图说明
图1是本发明航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置的正视图。
图2是本发明航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置的原理图。
图3是本发明航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置势能转化盘的结构示意图。
图4是本发明航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置声能转化盘单体的结构示意图。
图5是本发明航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置声波线圈的结构示意图。
图6是本发明航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置环形磁钢的结构示意图。
图7是本发明航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置集热管网的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
请参见附图1及附图7所示，航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，包括排气塔1、环形塔缘板2、能量吸收塔3、势能转化盘4、声能转化盘5、塔顶盖6、集热管网7、温差发电片8、冷凝室9、汽轮机组10；所述排气塔1建造固连于地基上，所述能量吸收塔3安装在所述排气塔1顶面，并且二者之间设置有所述环形塔缘板2；若干所述势能转化盘4沿所述能量吸收塔3高度方向间隔设置在所述能量吸收塔3内，所述势能转化盘4上安装有若干势能发电机401；若干声能转化盘5沿所述能量吸收塔3高度方向间隔设置在所述能量吸收塔3外部，所述塔顶盖6安装在所述能量吸收塔3顶部；所述集热管网7由若干集热管单体701串并联而成，并且设置在所述能量吸收塔3内；所述集热管网7进口与供水管 11连接，所述供水管11上设置有供水泵12，所述供水管11另一端与所述冷凝室9连接；所述集热管网7出口与蒸汽管13连接，所述蒸汽管13 另一端与所述汽轮机组10输入端连接，所述汽轮机组10另一端与所述冷凝室9连接；所述排气塔1内设置有吸音格栅14，所述吸音格栅14内设置有若干温差发电片8。
所述能量吸收塔3周壁沿高度方向间隔开设有若干排气窗组301。
每层所述排气窗组301由若干矩形排气窗302组成，并且若干所述排气窗302沿所述能量吸收塔3周向均匀布置。
所述供水管11和蒸汽管13上设置有电磁阀15，所述蒸汽管13上设置有压力传感器16。
所述排气塔1底部设置有排气筒17，并且所述排气筒17建造固连于地基上。
所述供水管11上设置有水冷循环系统18，并且所述水冷循环系统18 设置在所述排气塔1内；所述温差发电片8冷端贴敷于所述水冷循环系统18上。
所述能量吸收塔3为上大下小的钢筋混凝土壳体结构，并且横截面为圆环形；所述排气塔为矩形筒状结构，并且横截面尺寸小于所述能量吸收塔3横截面尺寸。
若干所述温差发电片8以立体矩阵排列方式布置在所述排气塔1内，所述温差发电片8为112PN结微单体。
所述声能转化盘5由若干声能转化盘单体501组成，所述声能转化盘单体501固定在所述能量吸收塔3外部，声能转化盘单体501由声波波吸收盘502、环形磁钢503、声电线圈504组成，所述声波吸收盘502下安装有环形磁钢503，所述环形磁钢503内浮镶有声电线圈504，所述声波吸收盘502与声电线圈504通过高温胶固连。
所述汽轮机组10由3台汽轮机组成，根据实际情况，由控制器控制各个汽轮机的工作，实现热能高效的转换为电能。
使用方法：
势能转化盘发电原理：当高空模式车台在做实验时产生大量的高温高压气体通过所述排气筒17和所述排气塔1塔身进入所述能量吸收塔3，此时高温高压气体冲击所述势能转化盘4做功，将排放的燃气势能转化为叶轮旋转的动能，带动所述势能发电机401发电，所述声能转化盘5发电量受到排气量与排气速度的影响，实验状态越大则排气量越大，所述声能转化盘5的发电量越大，产生的电能通过电缆，在经过高效电能转换器转换成常规220V50Hz电能，可以供给自身使用或者给厂所内部使用或者并入国家电网。
声波转化盘发电原理：当高空模拟试车台做实验时产生巨大的噪音，噪音会沿着一定的方向传播，声波的能量传递到塔顶盖6下表面和每层所述声波转化盘501的上下表面时，会引起所述声波吸收盘502振动，从而带动所述声电线圈504振动，使所述声电线圈504上下移动切割所述环形磁钢503的磁感线产生电能，产生的电能通过电缆，在经过高效电能转换器转换成长规220V50Hz电能，并可以供给自身使用或者给场所内部使用或者并入国家电网。
温差发电片发电原理：当高空模拟试车台做实验时产生大量的热量，高速通过所述排气塔1内的吸音格栅14中的所述温差发电片8表面，使热量传递到所述温差发电片8热端，与此同时所述温差发电片8冷端贴敷于所述循环水冷装置18上吸收冷量，使热端与冷端形成温差，使112PN 结微单体两侧产生电压，再与所述吸音格栅中14与其他所述温差发电片8 串并联，输出的电能通过电缆，在经过8高效电能转换器转换成常规 220V50Hz电能，并可以供给自身使用或者给场所内部使用或者并入国家电网。
汽轮机组发电原理：所述能量吸收塔3内大量的排气热能从而对各个相互串并联的所述集热管网7进行加热，所述集热管网7内的水被加热汽化产生高压蒸汽，使所述汽轮机旋转，并带动发电机发电，产生的电能通过电缆，在经过高效电能转换器转换成常规220V50Hz电能，并可以供给自身使用或者给场所内部使用或者并入国家电网。
以上所述的的仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：包括排气塔(1)、环形塔缘板(2)、能量吸收塔(3)、势能转化盘(4)、声能转化盘(5)、塔顶盖(6)、集热管网(7)、温差发电片(8)、冷凝室(9)、汽轮机组(10)；所述排气塔(1)建造固连于地基上，所述能量吸收塔(3)安装在所述排气塔(1)顶面，并且二者之间设置有所述环形塔缘板(2)；若干所述势能转化盘(4)沿所述能量吸收塔(3)高度方向间隔设置在所述能量吸收塔(3)内，所述势能转化盘(4)上安装有若干势能发电机(401)；若干声能转化盘(5)沿所述能量吸收塔(3)高度方向间隔设置在所述能量吸收塔(3)外部，所述塔顶盖(6)安装在所述能量吸收塔(3)顶部；所述集热管网(7)由若干集热管单体(701)串并联而成，并且设置在所述能量吸收塔(3)内；所述集热管网(7)进口与供水管(11)连接，所述供水管(11)上设置有供水泵(12)，所述供水管(11)另一端与所述冷凝室(9)连接；所述集热管网(7)出口与蒸汽管(13)连接，所述蒸汽管(13)另一端与所述汽轮机组(10)输入端连接，所述汽轮机组(10)另一端与所述冷凝室(9)连接；所述排气塔(1)内设置有吸音格栅(14)，所述吸音格栅(14)内均布有温差发电片(8)。
2.根据权利要求1所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：所述能量吸收塔(3)周壁沿高度方向间隔开设有若干排气窗组(301)。
3.根据权利要求2所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：每层所述排气窗组(301)由若干矩形排气窗(302)组成，并且若干所述排气窗(302)沿所述能量吸收塔(3)周向均匀布置。
4.根据权利要求1所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：所述供水管(11)和蒸汽管(13)上设置有电磁阀(15)，所述蒸汽管(13)上设置有压力传感器(16)。
5.根据权利要求1所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：所述排气塔(1)底部设置有排气筒(17)，并且所述排气筒(17)建造固连于地基上。
6.根据权利要求1所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：所述供水管(11)上设置有水冷循环系统(18)，并且所述水冷循环系统(18)设置在所述排气塔(1)内；所述温差发电片(8)冷端贴敷于所述水冷循环系统(18)上。
7.根据权利要求1所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：所述能量吸收塔(3)为上大下小的钢筋混凝土壳体结构，并且横截面为圆环形；所述排气塔为矩形筒状结构，并且横截面尺寸小于所述能量吸收塔(3)横截面尺寸。
8.根据权利要求1所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：若干所述温差发电片(8)以立体矩阵排列方式布置在所述排气塔(1)内，所述温差发电片(8)为112PN结微单体。
9.根据权利要求1所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：所述声能转化盘(5)由若干声能转化盘单体(501)组成，所述声能转化盘单体(501)固定在所述能量吸收塔(3)外部，声能转化盘单体(501)由声波吸收盘(502)、环形磁钢(503)、声电线圈(504)组成，所述声波吸收盘(502)下安装有环形磁钢(503)，所述环形磁钢(503)内浮镶有声电线圈(504)，所述声波吸收盘(502)与声电线圈(504)通过高温胶固连。
10.根据权利要求1所述的航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置，其特征在于：所述汽轮机组(10)由3台汽轮机组成。
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| CN109441638A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-08 | 陈铭通 | 航空发动机高空模拟试车台能量吸收与转换装置 |
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