滑油系统供回油匹配试验装置及方法与流程

本发明涉及到一种航空燃气涡轮发动机滑油系统供回油匹配试验装置及方法，具体涉及一种可用于对滑油系统的供回油匹配研究以及供回油故障模拟的试验装置及方法。

背景技术

滑油系统是发动机的重要组成部分，其供回油匹配特性关系到发动机能否正常工作。随着滑油泵向小体积、高效率方向发展，现有发动机滑油系统的回油能力储备系数(回油能力与供油流量的比值)越来越低，现阶段新研发动机的回油能力储备系数只有3左右。在发动机的工作环境中，滑油系统的回油工况是非常复杂的，在设计中无法完全考虑真实回油工况，需要进行滑油系统的供回油匹配试验。目前，航空发动机滑油系统的供回油试验方法国外没有公开发表的相关文献，国内现有供回油匹配试验方法较为简单，即采用简单腔体模拟轴承腔，通过大直径金属软管与回油泵连接，验证回油泵对纯滑油的抽吸能力以及在高空状态滑油系统的供回油匹配特性。此种供回油匹配试验方法并没有具备考虑回油管路、轴承腔腔压等因素对回油影响的功能。因此开展考虑发动机真实回油工况的供回油匹配试验，可实现对发动机滑油系统设计验证和滑油系统供回油匹配故障定位。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、测量操作方便的滑油系统供回油匹配试验方法及装置。基于以上原因，提供一种滑油系统供回油匹配试验方法，可综合考虑轴承腔回油结构(油口为止，轴承腔腔体结构)、回油管路、轴承腔腔温和腔压等因素对滑油系统供回油匹配的影响。

本发明提供一种滑油系统供回油匹配试验装置，包括：监控系统、数采控制系统、拖动系统、滑油泵、模拟回油系统、模拟轴承腔、流量分配系统、供气系统、温控油箱以及辅助管路；其中所述数采控制系统采集并控制相关试验参数；所述拖动系统带动所述滑油泵旋转，所述滑油泵增压级将滑油从所述温控油箱抽出后通过所述流量分配系统进入所述模拟轴承腔、通过所述模拟回油系统被所述滑油泵回油级抽所述回滑油箱；所述供气系统与所述模拟轴承腔连接，通过采集设定的压力值自动调节供气量。

本发明还提供一种根据所述的滑油系统供回油匹配装置的试验方法，包括如下步骤：

s1：通过所述拖动系统带动所述滑油泵在设定转速运转，增压级将设定温度的滑油通过所述流量分配系统进入到所述模拟轴承腔，每个所述模拟轴承腔分配设定流量的滑油，滑油通过所述模拟回油系统后，被所述滑油泵抽回至所述滑油箱；以及

s2：设定所述模拟轴承腔腔压，通过所述滑油流量分配系统增大某个所述模拟轴承腔供油，当所述模拟轴承腔出现积油并保持积油液面不改变，通过所述模拟轴承腔的供油流量参数获得在纯油条件下，所述滑油泵在模拟回油条件下的最大滑油抽吸量。

本发明还提供一种根据所述的滑油系统供回油匹配装置的试验方法，包括如下步骤：

s1：通过所述拖动系统带动所述滑油泵在设定转速运转，增压级将设定温度的滑油通过所述流量分配系统进入到所述模拟轴承腔，每个所述模拟轴承腔分配设定流量的滑油，滑油通过所述模拟回油系统后，被所述回油泵抽回至所述滑油箱；以及

s3：通过调节所述模拟轴承腔的供油流量和设定腔压，使所述模拟轴承腔参数与发动机某个状态下的参数保持一致，通过所述模拟轴承腔的参数获得所述滑油泵在设定腔压下，所述滑油系统的供回油匹配特性和气液两相流工况参数。

其中，模拟轴承腔内部腔体结构和尺寸与发动机对应轴承腔一致。

其中，所述模拟轴承腔设有观察窗。

其中，所述模拟回油系统回油结构由所模拟的发动机回油部件的结构一致。

其中，所述供气系统具备自动反馈调节功能，通过所述采集模拟轴承腔的腔压反馈调节所述供气系统的供气流量，使所述模拟轴承腔保持稳定。

本发明的供回油匹配试验方法及装置可在发动机完成工程设计后可获得滑油系统在设计状态下的工作特性；可用于研究滑油泵的气液两相流工作特性；可用于根据发动机试车参数，设定模拟轴承腔供油流量和腔压，获得发动机整机工况下滑油系统的工作参数。通过本发明可为系统级供回油匹配研究、滑油泵的气液两相流工作特性研究、滑油系统工况分析提供技术支持。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明的供回油匹配试验方法及装置工作原理图。

其中，附图标记说明如下：

1-监控系统，2-数采控制系统，3-拖动系统，4-滑油泵，5-流量分配系统，6-模拟回油系统，7-统模拟轴承腔，8-供气系统，9-温控油箱，10-辅助管路。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

参见图1，滑油系统供回油匹配试验装置主要由监控系统1、数采控制系统2、拖动系统3、滑油泵4、流量分配系统5、模拟轴承腔7、模拟回油系统6、供气系统8、温控油箱9、辅助管路10等组成。

监控系统1可以由显示器、报警设备、输入设备等组成，它们具有试验过程中数采参数的显示、设置参数的输入、警示报警等功能。

数采控制系统2可以包括计算机数采系统、滑油控制系统、空气控制系统、操纵台等。它们共同完成试验装置的运行、调速、数据采集与处理、加温与压力控制、试验数据保存等试验全过程的控制。

拖动系统3由变频电机、增速箱、转接段组成。变频电机驱动增速箱，增速箱输出端与转接段连接，通过转接段向外输出转速。

滑油泵4通过转接段与拖动系统3连接。

流量分配系统5可实现对滑油流量的分配调节，可根据模拟轴承腔7的个数设定滑油流量分几路进行分流调配，每一路由流量计、自动调节阀组成，整个系统具备流量调节和流量计量功能。

模拟轴承腔7为带接头腔体，内部腔体尺寸与发动机对应轴承腔保持一致，设有观察窗，除与流量分配系统5、模拟回油系统6、供气系统8连接外，其余部位为密封结构。

模拟回油系统6模拟发动机滑油系统回油管路，内径尺寸和空间布局与发动机的回油管路保持一致，模拟结构包括但不限于回油管路安装的粗滤网、通气阀等结构。模拟回油系统6连接模拟轴承腔7和滑油泵4的回油级。

供气系统8为模拟轴承腔7提供洁净、干燥的空气，从气源过来的气体经过储气罐、空气干燥器、空气过滤器、电动调节阀、供气调节系统、气体质量流量计、空气温度调节器和管路等供给模拟轴承腔7，供气调节系统通过采集模拟轴承腔7的腔压值，根据实时采集值与设定值差异自动反馈调节供气系统8的电动调节阀调节供气流量。整个系统具备温度调节和流量调节计量功能。

温控油箱9为滑油存储容器，并且可对滑油箱内滑油加热或冷却到设定温度。温控油箱9内部包括油气分离装置、压力可调活门，可实现对抽回滑油的除气，温控油箱9腔压维持在压力可调活门的设定值。

辅助管路10按滑油循环的路径将各部件连接，形成一个可循环系统。

匹配试验装置的运行过程如下所述。操作者通过监控系统1输入试验相关参数，滑油泵4在拖动系统3的带动下旋转，滑油泵4增压级将滑油从温控油箱9抽出后通过流量分配系统5进入模拟轴承腔7，通过模拟回油系统6被滑油泵4回油级抽回滑油箱9。供气系统8与模拟轴承腔7连接，通过采集设定的压力值自动调节供气量。温控油箱9可使滑油保持在设定的温度。数采控制系统2可采集并控制相关试验参数，如滑油泵4转速、温控油箱9中滑油的温度、模拟轴承腔7的腔压、各模拟轴承腔7的供油流量、供气系统8的空气流量等参数。拖动系统3带动滑油泵4的运转。模拟轴承腔7设置观察窗，用于观察模拟轴承腔7是否积油。供气系统8通过采集模拟轴承腔7的腔压反馈调节供气系统8的供气流量，使模拟轴承腔7腔压保持在设定值。模拟回油系统6模拟发动机轴承腔出口到滑油泵4进口之间滑油流道所有的结构特征。辅助管路10用于连接各部件，组成滑油循环系统。

以下以具体实施例解释说明本发明的滑油系统供回油匹配试验方法。

实施例1

通过监控系统1输入试验参数，数采控制系统2控制滑油泵4的转速和温控油箱9滑油温度，拖动系统3带动滑油泵4在设定转速下运转。滑油泵4增压级将滑油从温控油箱9中抽出通过流量分配系统5进入模拟轴承腔7，本实施例以3个模拟轴承腔7为例，也可以是其他数量的模拟轴承腔，本领域技术人员可以根据具体需要合理设置模拟轴承腔的数量。滑油泵4为3级回油泵，本领域技术人员也可以根据实际需要选择其他种类的回油泵。

滑油通过模拟回油系统6后，被滑油泵4的回油泵抽回至温控油箱9。供气系统8与模拟轴承腔7连接。

通过设定某个模拟轴承腔7腔压，通过滑油流量分配系统5增大某个模拟轴承腔7的供油流量，当模拟轴承腔7出现小量积油并保持积油液面不改变，通过模拟轴承腔的供油流量参数即可获得在纯油条件下，该级回油泵在模拟回油条件下的最大滑油抽吸量。

实施例2

通过监控系统1输入试验参数，数采控制系统2控制滑油泵4的转速和温控油箱9滑油温度，拖动系统3带动滑油泵4在设定转速下运转。滑油泵4增压级将滑油从温控油箱9中抽出通过流量分配系统5进入模拟轴承腔7，本实施例以3个模拟轴承腔7为例，也可以是其他数量的模拟轴承腔，本领域技术人员可以根据具体需要合理设置模拟轴承腔的数量。滑油泵4为3级回油泵，本领域技术人员也可以根据实际需要选择其他种类的回油泵。

滑油通过模拟回油系统6后，被滑油泵4的回油泵抽回至温控油箱9。供气系统8与模拟轴承腔7连接。

通过流量分配系统5向各模拟轴承腔7供给设定的供油流量，设定各模拟轴承腔7腔压，使各模拟轴承腔7的腔压、供油流量等参数与发动机某个状态下的参数保持一致，稳定循环运转后，可通过观察窗观察各模拟轴承腔7是否积油，获得滑油系统的供回油匹配特性。通过模拟轴承腔7腔压参数、供油流量参数、供气参数可获得滑油泵4各级回油泵在设定腔压条件下，抽取的滑油流量和空气流量，即整个滑油系统的供回油匹配特性和气液两相流工况参数。

在实施例1和实施2中，滑油泵4的转速、滑油温度、各模拟轴承腔7的腔压、供气温度等参数度可调节，可根据发动机设计参数进行设定，获得滑油系统在设计状态下的工作特性。也可根据研究滑油泵的需要设定参数，获得滑油泵的气液两相流工作特性。也可根据发动机试车参数进行设定，获得模拟发动机整机工况下滑油系统的工作参数。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。