用于高速水力测功器的供水系统及循环水压力控制方法

用于高速水力测功器的供水系统及循环水压力控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于高速水力测功器的供水系统及循环水压力控制方法。用于高速水力测功器的供水系统，包括冷水池、设于冷水池输出端的供水泵、设于供水泵输出端的水力测功器、设于水力测功器输出端的热水池，热水池中的热水通过水冷系统冷却后输送至冷水池，形成供水循环系统；供水泵与水力测功器之间设有用于发动机加速状态时稳定供水压力并限制供水压力变化范围值和意外停电时持续对水力测功器供水的稳压器；冷水池与稳压器之间设有与供水泵并联并用于调节供水压力的背压阀，背压阀的进水端连通在供水泵与稳压器之间的管路上，背压阀的出水端连通至热水池；通过背压阀与稳压器的协同工作调节并控制供水压力范围值，缩小瞬时供水压力变化范围。
【专利说明】
用于高速水力测功器的供水系统及循环水压力控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及涡轮轴航空发动机地面试车设备技术领域，特别地，涉及一种用于高速水力测功器的供水系统。此外，本发明还涉及一种包括上述用于高速水力测功器的供水系统的用于高速水力测功器的循环水压力控制方法。
【背景技术】
[0002]大功率涡轮轴航空发动机试车台配套设备为高速水力测功器，高速水力测功器要求配套的循环水系统供水压力为0.35MPa±0.018MPa，且稳定，压力波动小于0.007MPa。应用于涡轮轴航空发动机试车台水力测功器配套设备。为了达到良好的工作稳定性，稳定的供水压力是水力测功器至关重要的指标之一。
[0003]供水压力波动造成扭矩和转速波动，原来采用电动调节阀和变频器控制供水栗进行压力调节。
[0004]而电动调节阀调节很难满足使用要求，后来又改用变频器控制供水栗。在发动机过渡态或发动机加速度试验(发动机功率在瞬间变化)时，采用变频器控制供水栗，供水压力波动较大，但基本满足使用要求。但是变频器在使用过程中对试车台测量系统信号干扰严重，即使采用隔离等措施也无法避免干扰，严重影响试车数据的正常采集。

【发明内容】

[0005]本发明提供了一种用于高速水力测功器的供水系统及循环水压力控制方法，以解决现有变频器控制供水栗以解决供水压力波动造成扭矩和转速波动，在使用过程中会对试车台测量系统信号干扰严重，严重影响试车数据的正常采集的技术问题。
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种用于高速水力测功器的供水系统，包括冷水池、设于冷水池输出端的供水栗、设于供水栗输出端的水力测功器、设于水力测功器输出端的热水池，热水池中的热水通过水冷系统冷却后输送至冷水池，形成供水循环系统;水力测功器的进水端设有进口控制阀，水力测功器的出水端设有出口控制阀，供水栗与水力测功器之间设有用于发动机加速状态时稳定供水压力并限制供水压力变化范围值和意外停电时持续对水力测功器供水的稳压器;冷水池与稳压器之间设有与供水栗并联并用于调节供水压力的背压阀，背压阀的进水端连通在供水栗与稳压器之间的管路上，背压阀的出水端连通至热水池;通过背压阀与稳压器的协同工作调节并控制供水压力范围值，以缩小瞬时供水压力变化范围以及降低供水压力。
[0007]进一步地，背压阀采用薄膜作为执行元件，通过调定薄膜上方的加载压力作为设定值；当阀前压力大于加载压力，背压阀阀芯向上移动，阀门开度打开进行泄压；当阀前压力小于加载压力，阀芯向下移动，关闭阀门开度。
[0008]进一步地，稳压器上装有用于限制稳压器内液位调节范围的液位指标控制器，液位指标控制器连有用于向稳压器内稳定充气以配合液位指标控制器对稳压器内的液位调节范围控制的供气系统。
[0009]进一步地，供气系统包括失电常开并用于控制开闭供气系统向稳压器的供气通道的常开式电磁阀、设于供气系统输出端并用于供气通道单向供气的单向阀、设于单向阀输入端并用于储存气体的储气罐、设于储气罐输入端并用于干燥气体的干燥机以及设于干燥机输入端并用于向储气罐内补充气体的空压机;液位指标控制器设定有液位最高位置点以及液位最低位置点，并与常开式电磁阀协同配合，液位指标控制器通过设定的液位最高位置点以及液位最低位置点，以发出供气或断开的信号源控制常开式电磁阀通电常开或断电闭合。
[0010]进一步地，单向阀的输入端串接有节流阀，以构成用于控制气体流量的单向节流阀。
[0011]进一步地，稳压器的容量大于水力测功器三分钟的供水容量，以保证稳压器内的存量水在意外停电情况下可以持续对水力测功器供水保证发动机存在负载，防止损伤发动机。
[0012]进一步地，供水栗的输出端设有止回阀;稳压器的输入端设有压力表;稳压器的输出端依次设有水过滤器、进水温度感应器以及进水压力表；出口控制阀的输出端设有回水温度感应器;稳压器上设有安全阀。
[0013]根据本发明的另一方面，还提供了一种用于高速水力测功器的循环水压力控制方法，其采用上述用于高速水力测功器的供水系统，发动机在稳态下进行系统调试;将水力测功器的进口控制阀打开20%，出口控制阀跟随关闭20%，背压阀打开，启动供水栗；监视压力表，缓慢关闭背压阀以调节供水栗栗出口的供水压力；当栗出口压力调节并接近水力测功器供水压力要求值，检查进口控制阀前的进水压力表;若进水压力表显示值超出水力测功器供水压力要求值允许范围外，通过开断背压阀调节栗出口压力直至供水压力处于水力测功器供水压力要求值允许范围内；锁紧背压阀调节部，完成高速水力测功器的循环水压力控制。
[0014]进一步地，发动机加速试验时供水压力调节方法:通过供气系统对供水压力增压；稳压器通过安装液位指标控制器设定稳压器水位的低点位置和高点位置；当稳压器水位低于低点位置设定值时，常开式电磁阀失电打开，对稳压器供气；当稳压器水位高于高点位置设定值时，常开式电磁阀通电关闭;发动机减速试验时，直接通过背压阀泄压。
[0015]进一步地，意外停电时发动机保护停车的方法:当意外停电供水栗停止工作时，常开式电磁阀失电打开，供气系统给稳压器充气，将稳压器内的存量水继续对水力测功器供水，稳压器的容量大于水力测功器三分钟的供水容量。
[0016]本发明具有以下有益效果:
[0017]本发明用于高速水力测功器的供水系统，通过并联于供水栗的背压阀进行供水系统内的供水压力控制，背压阀为薄膜感应，压力变化灵敏度高，反应快;通过背压阀与稳压器协同作用调节供水压力，瞬时供水压力变化范围大幅降低，压力波动小;背压阀调节供水压力，无影响测量信号的干扰源，对测量信号无干扰，从而满足大功率涡轮轴航空发动机试车台的使用要求。
[0018]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0019]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1是本发明优选实施例的用于高速水力测功器的供水系统的结构示意图。
[0021]图例说明:
[0022 ] 1、冷水池;2、供水栗;3、水力测功器;4、热水池;5、进口控制阀；6、出口控制阀；7、稳压器；701、液位指标控制器；8、背压阀；9、供气系统；901、常开式电磁阀；902、单向阀；903、储气罐;904、干燥机;905、空压机；1、节流阀；11、止回阀；12、压力表；13、水过滤器；14、进水温度感应器;15、进水压力表;16、回水温度感应器;17、安全阀。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0024]图1是本发明优选实施例的用于高速水力测功器的供水系统的结构示意图，如图1所示，本实施例的用于高速水力测功器的供水系统，包括冷水池1、设于冷水池I输出端的供水栗2、设于供水栗2输出端的水力测功器3、设于水力测功器3输出端的热水池4，热水池4中的热水通过水冷系统冷却后输送至冷水池I，形成供水循环系统;水力测功器3的进水端设有进口控制阀5，水力测功器3的出水端设有出口控制阀6，供水栗2与水力测功器3之间设有用于发动机加速状态时稳定供水压力并限制供水压力变化范围值和意外停电时持续对水力测功器3供水的稳压器7;冷水池I与稳压器7之间设有与供水栗2并联并用于调节供水压力的背压阀8，背压阀8的进水端连通在供水栗2与稳压器7之间的管路上，背压阀8的出水端连通至热水池4;通过背压阀8与稳压器7的协同工作调节并控制供水压力范围值，以缩小瞬时供水压力变化范围，降低供水压力，消除对测量信号的干扰。稳压器7能够在发动机加速状态时稳定供水压力并限制供水压力变化范围值;并且能够在意外停电时持续对水力测功器3供水。本发明用于高速水力测功器的供水系统，通过并联于供水栗2的背压阀8进行供水系统内的供水压力控制，背压阀8为薄膜感应，压力变化灵敏度高，反应快;通过背压阀8与稳压器7协同作用调节供水压力，瞬时供水压力变化范围大幅降低，压力波动小;背压阀8调节供水压力，无影响测量信号的干扰源，对测量信号无干扰，从而满足大功率涡轮轴航空发动机试车台的使用要求。
[0025]如图1所示，本实施例中，背压阀8采用薄膜作为执行元件，通过调定薄膜上方的加载压力作为设定值。当阀前压力大于加载压力，背压阀8阀芯向上移动，阀门开度打开进行泄压。当阀前压力小于加载压力，阀芯向下移动，关闭阀门开度。
[0026]如图1所示，本实施例中，稳压器7上装有用于限制稳压器7内液位调节范围的液位指标控制器701。液位指标控制器701连有用于向稳压器7内稳定充气以配合液位指标控制器701对稳压器7内的液位调节范围控制的供气系统9。
[0027]如图1所示，本实施例中，供气系统9包括失电常开并用于控制开闭供气系统9向稳压器7的供气通道的常开式电磁阀901、设于供气系统9输出端并用于供气通道单向供气的单向阀902、设于单向阀902输入端并用于储存气体的储气罐903、设于储气罐903输入端并用于干燥气体的干燥机904以及设于干燥机904输入端并用于向储气罐903内补充气体的空压机905。液位指标控制器701设定有液位最高位置点以及液位最低位置点，并与常开式电磁阀901协同配合，液位指标控制器701通过设定的液位最高位置点以及液位最低位置点，以发出供气或断开的信号源控制常开式电磁阀901通电常开或断电闭合。
[0028]如图1所示，本实施例中，单向阀902的输入端串接有节流阀10，以构成用于控制气体流量的单向节流阀。
[0029]如图1所示，本实施例中，稳压器7的容量大于水力测功器3三分钟的供水容量，以保证稳压器7内的存量水在意外停电情况下可以持续对水力测功器3供水保证发动机存在负载，防止损伤发动机。
[0030]如图1所示，本实施例中，供水栗2的输出端设有止回阀11;稳压器7的输入端设有压力表12。稳压器7的输出端依次设有水过滤器13、进水温度感应器14以及进水压力表15。出口控制阀6的输出端设有回水温度感应器16。稳压器7上设有安全阀17。
[0031]本实施例的用于高速水力测功器的循环水压力控制方法，采用上述用于高速水力测功器的供水系统，发动机在稳态下进行系统调试。将水力测功器3的进口控制阀5打开20%，出口控制阀6跟随关闭20%，背压阀8打开，启动供水栗2。监视压力表12，缓慢关闭背压阀8以调节供水栗2栗出口的供水压力。当栗出口压力调节并接近水力测功器3供水压力要求值，检查进口控制阀5前的进水压力表15。若进水压力表15显示值超出水力测功器3供水压力要求值允许范围外，通过开断背压阀8调节栗出口压力直至供水压力处于水力测功器3供水压力要求值允许范围内。锁紧背压阀8调节部，完成高速水力测功器的循环水压力控制。
[0032]本实施例中，发动机加速试验时供水压力调节方法:通过供气系统9对供水压力增压;稳压器7通过安装液位指标控制器701设定稳压器7水位的低点位置和高点位置。当稳压器7水位低于低点位置设定值时，常开式电磁阀901失电打开，对稳压器7供气。当稳压器7水位高于高点位置设定值时，常开式电磁阀901通电关闭。发动机减速试验时，直接通过背压阀8泄压。
[0033]本实施例中，意外停电时发动机保护停车的方法:当意外停电供水栗2停止工作时，常开式电磁阀901失电打开，供气系统9给稳压器7充气，将稳压器7内的存量水继续对水力测功器3供水，稳压器7的容量大于水力测功器3三分钟的供水容量。
[0034]实施时，提供一种用于高速水力测功器的供水系统，本方案采用背压阀8、稳压器7和供气系统9配合调节控制水压。
[0035]背压阀8工作原理:
[0036]背压阀8压力调节由薄膜作为执行元件，调定膜上方的加载压力为设定值，当阀前压力大于加载压力，背压阀阀芯向上移动，阀门开度打开进行泄压；当阀前压力小于加载压力，阀芯向下移动，关闭阀门开度;膜对压力变化的灵敏度相对其他机械元件的灵敏度高，调节精度大大提高。背压阀关闭时阀芯位置标尺落到底部，如果全部打开，阀芯位置标尺升到最高位置。
[0037]用于高速水力测功器的供水系统包括供水栗2、背压阀8、止回阀11、稳压器7、水过滤器13、供气系统9。手动将水力测功器3的进水阀(进口控制阀5)打开20%，背压阀8全部打开;供气系统9的储气罐903、干燥机904和过滤器均与试车厂房供气系统共用。供气系统9的电磁阀为常开型(常开式电磁阀901)，设置单向阀902，防止供水管道中水流向供气管道内，节流阀调节供气流量大小。供气压力调整为0.5MPa?0.7MPa，稳压器7容积大于水力测功器3每分钟最大供水流量的3倍。稳压器7安装液位指标控制器701，液位指标控制器701有上下二个位置点，位置点可调。在栗出口旁通管道中安装背压阀，背压阀阀前安装目视压力表，用于背压阀调节。供水栗2水压特性曲线应陡，供水流量应为水力测功器最大流量的1.1?
1.2倍。
[0038]系统调试
[0039]发动机稳态:将水力测功器3的进口控制阀5打开2 O %，出口控制阀6跟随关闭20%，背压阀8打开，启动供水栗2，监视压力表12，缓慢关闭背压阀8，栗出口压力调节达到一定值，检查水力测功器3的进口控制阀5前供水压力是否为0.35MPa 土 0.018MPa，如果有差异，适当调节栗出口压力。调定后锁紧背压阀8调节手柄。
[0040]发动机加速试验时供水压力调节方法:发动机加速试验是从慢车状态(功率最少)突然推油门到最大功率，水力测功器3进水量从最少到最大，由于背压阀8调节需要一定时间，此时需要通过供气系统9对供水压力增压。稳压器7安装液位指标控制器701，稳压器7水位设定低、高二点位置，当水位低于设定值，供气系统9的常开式电磁阀901失电打开，对稳压器7供气，当水位高于某设定值时，常开式电磁阀901关闭。
[0041 ]发动机减速试验时的供水压力调节方法:发动机减速试验是从最大功率突然关闭油门杆，发动机回到慢车状态，背压阀8泄压。
[0042]意外停电发动机保护停车功能:当意外停电时由于水力测功器3停止工作，如果不能继续给水力测功器3供水，发动机负载减少或负载为零，发动机将发生超转造成重大质量事故。所以设置当意外停电供水栗停止工作时常开式电磁阀901失电打开，供气系统9给稳压器7充气，将稳压器7内的存量水继续对水力测功器3供水，稳压器7的容量大于水力测功器3三分钟的供水容量。
[0043]背压阀8为薄膜感应，压力变化灵敏度高，反应快;背压阀8和稳压器7调节供水压力，瞬时供水压力变化范围大幅减少，压力波动小，对测量信号无干扰;稳压器7供气，意外停电能继续对水力测功器3供水，保持发动机有一定负载存在，防止损伤发动机。稳压器7设置液位指标控制器701，当发动机进行加速度试验时，水力测功器3供水量突增，背压阀8在瞬间调节能力达不到，稳压器7水位降到低位时，供气系统9向稳压器7供气，在瞬间增大供水压力，满足使用要求。液位指标控制器701有二个位置设置点，用于控制进气的常开式电磁阀901供气和断开的信号源。稳压器7安装液位指标控制器701，设定液面高、低点二个位置，位置可调。检查水力测功器3的进口控制阀5应关闭，出口控制阀6打开，启动供水栗2，缓慢关闭背压阀8，当稳压器7液面达到设定的低点位置时给稳压器7供气，当达到高点位置时停止供气，调节栗出水口供水压力达到一定值时水力测功器3的的进口控制阀5前供水压力为0.3510^±0.01810^。
[0044]稳压器7的安全阀17开启压力应小于水力测功器最高供水压力保护值，如果背压阀8调节失效，水力测功器3最大供水压力不得超过0.42MPa，当水力测功器3的进口控制阀前供水压力为0.41MPa，测量稳压器7压力为安全阀17开启压力；安全阀17回座压力大于水力测功器3最低供水压力0.28MPa，进口控制阀5前压力为0.29MPa稳压器7压力为安全阀17回座压力。
[0045]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于高速水力测功器的供水系统，包括冷水池(I)、设于所述冷水池(I)输出端的供水栗(2)、设于所述供水栗(2)输出端的水力测功器(3)、设于所述水力测功器(3)输出端的热水池(4)，所述热水池(4)中的热水通过水冷系统冷却后输送至所述冷水池(I)，形成供水循环系统； 所述水力测功器(3)的进水端设有进口控制阀(5)，所述水力测功器(3)的出水端设有出口控制阀(6)， 其特征在于， 所述供水栗(2)与所述水力测功器(3)之间设有用于发动机加速状态时稳定供水压力并限制供水压力变化范围值和意外停电时持续对所述水力测功器(3)供水的稳压器(7); 所述冷水池(I)与所述稳压器(7)之间设有与所述供水栗(2)并联并用于调节供水压力的背压阀(8)， 所述背压阀(8)的进水端连通在所述供水栗(2)与所述稳压器(7)之间的管路上，所述背压阀(8)的出水端连通至所述热水池(4); 通过所述背压阀(8)与所述稳压器(7)的协同工作调节并控制供水压力范围值，以缩小瞬时供水压力变化范围以及降低供水压力。2.根据权利要求1所述的用于高速水力测功器的供水系统，其特征在于， 所述背压阀(8)采用薄膜作为执行元件，通过调定薄膜上方的加载压力作为设定值； 当阀前压力大于加载压力，所述背压阀(8)阀芯向上移动，阀门开度打开进行泄压； 当阀前压力小于加载压力，阀芯向下移动，关闭阀门开度。3.根据权利要求1所述的用于高速水力测功器的供水系统，其特征在于， 所述稳压器(7)上装有用于限制所述稳压器(7)内液位调节范围的液位指标控制器(701)， 所述液位指标控制器(701)连有用于向所述稳压器(7)内稳定充气以配合所述液位指标控制器(701)对所述稳压器(7)内的液位调节范围控制的供气系统(9)。4.根据权利要求3所述的用于高速水力测功器的供水系统，其特征在于， 所述供气系统(9)包括失电常开并用于控制开闭所述供气系统(9)向所述稳压器(7)的供气通道的常开式电磁阀(901)、设于所述供气系统(9)输出端并用于供气通道单向供气的单向阀(902)、设于所述单向阀(902)输入端并用于储存气体的储气罐(903)、设于所述储气罐(903)输入端并用于干燥气体的干燥机(904)以及设于所述干燥机(904)输入端并用于向所述储气罐(903)内补充气体的空压机(905); 所述液位指标控制器(701)设定有液位最高位置点以及液位最低位置点，并与所述常开式电磁阀(901)协同配合，所述液位指标控制器(701)通过设定的液位最高位置点以及液位最低位置点，以发出供气或断开的信号源控制所述常开式电磁阀(901)通电常开或断电闭合。5.根据权利要求4所述的用于高速水力测功器的供水系统，其特征在于， 所述单向阀(902)的输入端串接有节流阀(10)，以构成用于控制气体流量的单向节流阀。6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于高速水力测功器的供水系统，其特征在于， 所述稳压器(7)的容量大于所述水力测功器(3)三分钟的供水容量，以保证所述稳压器(7)内的存量水在意外停电情况下可以持续对所述水力测功器(3)供水保证发动机存在负载，防止损伤发动机。7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于高速水力测功器的供水系统，其特征在于， 所述供水栗(2)的输出端设有止回阀(11); 所述稳压器(7)的输入端设有压力表(12)； 所述稳压器(7)的输出端依次设有水过滤器(13)、进水温度感应器(14)以及进水压力表(15); 所述出口控制阀(6)的输出端设有回水温度感应器(16);稳压器(7)上设有安全阀(17)。8.—种用于高速水力测功器的循环水压力控制方法，采用权利要求1至7所述的用于高速水力测功器的供水系统， 其特征在于， 发动机在稳态下进行系统调试； 将水力测功器(3)的进口控制阀(5)打开20%，出口控制阀(6)跟随关闭20%，背压阀(8)打开，启动供水栗(2); 监视压力表(12)，缓慢关闭背压阀(8)以调节供水栗(2)栗出口的供水压力； 当栗出口压力调节并接近水力测功器(3)供水压力要求值，检查进口控制阀(5)前的进水压力表(15); 若进水压力表(15)显示值超出水力测功器(3)供水压力要求值允许范围外，通过开断背压阀(8)调节栗出口压力直至供水压力处于水力测功器(3)供水压力要求值允许范围内；锁紧背压阀(8)调节部，完成高速水力测功器的循环水压力控制。9.根据权利要求8所述的用于高速水力测功器的循环水压力控制方法，其特征在于， 发动机加速试验时供水压力调节方法: 通过供气系统(9)对供水压力增压；稳压器(7)通过安装液位指标控制器(701)设定稳压器(7)水位的低点位置和高点位置； 当稳压器(7)水位低于低点位置设定值时，常开式电磁阀(901)失电打开，对稳压器(7)供气； 当稳压器(7)水位高于高点位置设定值时，常开式电磁阀(901)通电关闭； 发动机减速试验时，直接通过背压阀(8)泄压。10.根据权利要求8所述的用于高速水力测功器的循环水压力控制方法，其特征在于， 意外停电时发动机保护停车的方法: 当意外停电供水栗(2)停止工作时，常开式电磁阀(901)失电打开，供气系统(9)给稳压器(7)充气，将稳压器(7)内的存量水继续对水力测功器(3)供水，稳压器(7)的容量大于水力测功器(3)三分钟的供水容量。
【文档编号】E03B11/06GK106013322SQ201610397498
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】彭彤, 李让, 胡进, 杨建军
【申请人】中国南方航空工业(集团)有限公司