一种航空燃油泵低能耗燃油低温试验系统及使用方法与流程

1.本发明属于航空发动机燃油泵性能和环境试验技术领域，涉及一种航空燃油泵低能耗燃油低温试验方法。


背景技术：

2.军用航空涡扇(喷)发动机使用航空煤油作为工作介质，为了考核航空发动机在燃油低温下工作的可靠性，通常需开展相应的考核试验。目前，一般要求航空发动机在不低于-36℃燃油温度下能够正常起动和工作。燃油泵作为航空发动机的心脏，也必须开展低温燃油工作试验。
3.开展燃油泵低温燃油试验的关键是在整个试验过程中维持燃油的温度在试验要求的范围内。对试验用燃油降温，通常可利用低温自然环境来实现，也可采取人为措施实现燃油降温。漠河是我国最北端的城市，冬天气温比较低，如果将试验环境建在漠河，可以利用冬天的低温环境实现对燃油的降温，满足试验需求，缺点是试验时间受季节限制，给科研试验带来不便。
4.传统的航空发动机低温燃油试验如图1所示。由低温油箱1、燃油增压泵2、制冷机组(zljz)3、油滤4、燃油泵5、调压装置6、流量计7以及压力(p0、p1)、温度(t0、t1)等测量仪器仪表组成。
5.试验开始前，先启动制冷机组(zljz)3对燃油进行降温，当低温油箱中的燃油温度降低到要求后，开始低温试验:燃油增压泵2将低温油箱1中的低温燃油增压并经油滤4过滤后供给燃油泵5，燃油泵5在高速齿轮箱(图中未画出)的驱动下对燃油进一步做功，将燃油压力提高并用调压阀装置6对出口燃油压力进行按需调节和控制，燃油泵5出口燃油经流量计7计量后回到低温油箱1。
6.整个试验过程中，制冷机组(zljz)需要持续不断的工作，对低温油箱1内的燃油进行降温，保证试验需要。通常情况下，在开展燃油泵低温试验过程中，燃油泵的输出功率中的大部分用于对燃油加热做功，燃油温升大、温升快，因此要保证在长时间试验过程中燃油温度满足试验要求，需要的制冷功率是比较大的，有时不得不使用液氮对燃油进行辅助降温。无论是使用大功率的制冷机组或是液氮制冷，都需消耗大量能源，经济性不好。


技术实现要素：

7.发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种航空燃油泵低能耗燃油低温试验系统及使用方法。
8.本发明的技术方案：
9.本发明的工作原理从本质上是将燃油泵后的燃油作为动力源驱动力矩马达工作，将燃油泵输出的液压能转变为机械能，降低燃油直接回到低温油箱所产生的温升，同时还利用提取的机械能经转换变为驱动制冷机组一的电能，实现低能耗开展航空燃油泵燃油低温试验的要求。
10.一种航空燃油泵低能耗燃油低温试验系统，包括低温油箱，低温油箱分别连接燃油增压泵、制冷机组一、制冷机组二，燃油增压泵连接燃油泵；对流出燃油泵的燃油进行功率提取并转换为电能驱动制冷机组一工作实现对燃油的制冷。
11.优选的，通过力矩马达进行功率提取，燃油泵安装在高速齿轮箱上，燃油泵由高速齿轮箱带动工作。
12.优选的，力矩马达连接直流发电机，直流发电机将机械能转变为电能。
13.优选的，直流电由逆变器转换成交流电。
14.优选的，还包括直流发电机控制器，直流发电机控制器连接直流发电机，直流发电机控制器能够控制直流发电机的励磁，调节力矩马达的负载，实现对燃油泵出口压力p1的调节。
15.优选的，低温油箱连接力矩马达，流量计设置在低温油箱与力矩马达之间。
16.优选的，燃油增压泵和燃油泵之间设置油滤。
17.一种航空燃油泵低能耗燃油低温试验系统的使用方法，试验开始前，先启动制冷机组二对燃油进行降温，当燃油温度降低到要求值后，开始低温试验：燃油增压泵将低温油箱中的低温燃油增压并经油滤过滤后提供给燃油泵，燃油泵在高速齿轮箱的驱动下对燃油进一步做功，将燃油压力提高到需要值；燃油泵后的高压燃油进入力矩马达，驱动力矩马达工作，力矩马达输出轴驱动直流发电机工作，将机械能转变为电能，直流电经逆变器转换成交流电，驱动制冷机组一工作实现对燃油的制冷。
18.优选的，制冷机组一根据力矩马达的输出功率大小决定制冷能力，制冷机组二在制冷机组一对燃油降温的基础上提供将燃油温度降到目标油温所缺能力。
19.本发明主要优点是：该系统能有效降低能耗。
附图说明
20.图1是传统的航空燃油泵燃油低温试验原理图。
21.图2是本发明的一种航空燃油泵低能耗燃油低温试验原理图。
22.图中：1低温油箱、2燃油增压泵、3制冷机组一(zljz-b)、4油滤、5燃油泵、6力矩马达、7流量计、8直流发电机控制器(kzq)、9直流发电机(zlfdj)、10逆变器(lbq)、11制冷机组二(zljz-a)。
具体实施方式
23.下面结合附图及其工作原理对本发明作进一步说明。
24.一种航空燃油泵燃油低温试验系统，其原理如图2所示，包括低温油箱1、燃油增压泵2、制冷机组一(zljz-b)3、油滤4、燃油泵5、力矩马达6、流量计7、直流发电机控制器(kzq)8、直流发电机(zlfdj)9、逆变器(lbq)10、制冷机组二(zljz-a)11以及压力(p0、p1)、温度(t0、t1)等测量仪器仪表，低温油箱1分别连接燃油增压泵2、力矩马达6、制冷机组一3、制冷机组二11，燃油增压泵2、燃油泵5、力矩马达6、直流发电机9依次连接，直流发电机9分别与直流发电机控制器8和逆变器10连接，逆变器10连接制冷机组一3，低温油箱1与力矩马达6之间设置流量计。燃油增压泵2和燃油泵5之间设置油滤4。燃油泵5安装在高速齿轮箱上，燃油泵5由高速齿轮箱带动工作。
25.上述航空燃油泵燃油低温试验系统的使用方法如下：
26.试验开始前，先启动制冷机组二(zljz-a)11对燃油进行降温，当燃油温度降低到要求后，开始低温试验：燃油增压泵2将低温油箱中的低温燃油，低温燃油的温度根据航空产品的要求不同有所不同，一般为-36℃。增压并经油滤4过滤后提供给燃油泵5，燃油泵5在高速齿轮箱(图中未画出)的驱动下对燃油进一步做功，将燃油压力提高到需要值。燃油泵5后的高压燃油进入力矩马达6，驱动力矩马达6工作，力矩马达6输出轴驱动直流发电机(zlfdj)9工作，将机械能转变为电能，直流电经逆变器(lbq)10转换成交流电，驱动制冷机组一(zljz-b)3工作实现对燃油的制冷。直流发电机控制器(kzq)8的作用是控制直流发电机(zlfdj)9的励磁，调节力矩马达6的负载，实现对燃油泵出口压力p1的调节。
27.整个试验过程中，燃油温度由制冷机组二(zljz-a)11和制冷机组一(zljz-b)3协同工作来控制，其中制冷机组一(zljz-b)3根据力矩马达6的输出功率大小决定制冷能力，制冷机组二(zljz-a)11在制冷机组一(zljz-b)3对燃油降温的基础上提供将燃油温度降到目标油温所缺能力。
28.图1和图2的原理主要差异是，图1中燃油泵5后的燃油经流量计7计量后直接回低温油箱，将燃油泵5的大部分输出功转换成了燃油温升；图2中燃油泵5后的燃油先进入力矩马达6，驱动力矩马达6做功后再回到低温油箱，燃油泵输出的液压能大部分被力矩马达6提取，使得从力矩马达6回到低温油箱的燃油温升相较由燃油泵5后直接回低温油箱的燃油温升要低得多，同时还利用提取转换的电能对燃油制冷。因此，相同的试验要求，比传统的航空燃油泵燃油低温试验的能耗要低得多，可节能70％以上。
29.实施例
30.以燃油泵5在额定工况点(流量q＝40000kg/h，出口压力p1＝13.5mpa)工作为例，此时燃油泵5的输出功率n＝p1
×
q≈191kw。制冷机组采用单级制冷，在维持燃油温度在-36℃左右的条件下，依据经验，制冷机组的制冷系数约为35％(即1kw的电功率只有0.35kw对燃油制冷)。
31.如果采用图1试验原理，燃油泵191kw的输出功率几乎全部用于对燃油进行加热，为了将低温油箱中的燃油温度维持在-36℃，需要的制冷电功率约为545kw(191
÷
0.35)。
32.如果采用图2试验原理，假设燃油泵5输出的191kw的功率中有85％被力矩马达6提取，则理论上燃油泵5输出功率中只有28.65kw(191
×
0.15)用于对燃油加热。设力矩马达6、直流发电机9和逆变器10的效率均为90％，则通过力矩马达6提取的162.35kw(191
×
0.85)机械能中有约118.35kw(162.35
×
0.9
×
0.9
×
0.9)转换为驱动制冷机组(zljz-b)3的电能。
33.为了将低温油箱1中的燃油温度维持在-36℃，需要的制冷电功率约为81.85kw(28.65
÷
0.35)。而通过采用低能耗试验原理图2所能产生的电功率为118.35kw，大于81.85kw，即提取的电功率足以将低温油箱中燃油温度保持在-36℃。换句话说，只需在开始试验前将低温油箱中的燃油温度降到-36℃，试验开始后使用提取的电功率就能维持对燃油的降温需求。
34.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神本质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖本发明的保护范围内。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。