一种变马赫数风洞用多压力循环冷却水系统的制作方法

本发明属于变马赫风洞用的多压力冷却水供应系统，更具体地，涉及一种变马赫数风洞用多压力循环冷却水系统。

背景技术：

1、用于模拟真实飞行环境的变马赫风洞，尤其是高超声速变马赫风洞，因性能要求，需要接触高温高压来流气体，实现包含马赫2～8，对应的来流气流温度为500～2400k。受限于金属材料耐温能力，当风洞长时间运行时，需要为各个与气流接触的部件设计夹套水冷装置，防止高温气流烧坏设备。因此，需要设计一种能同时为风洞各部件夹套水冷装置提供足额流量且合适压力冷却水的循环供水系统(以下简称：供水系统)。

2、为了得到供水系统的性能需求，先行分析对应变马赫风洞的运行要求。根据对可模拟真实飞行环境的变马赫风洞的运行环境分析，与高温气流直接接触的部件有：加温器、变马赫喷管、试验舱、试验件、扩压器和前级引射器。因此，以上设备都需要设置夹套水冷装置，并匹配不同流量和压力的冷却水。一般加温器因其内部燃烧和掺混导致气流与金属壁面间对流换热系数较高，热流密度较大，为此夹套水冷装置的水道也设计的较为复杂，使夹套水冷水侧压力损失较大，因此需要供应高压冷却水；变马赫喷管的入口和出口位置气流换热状态比加温器要良好一些，但是喉道位置的换热状态的恶劣程度远在加温器之上。对于扩压器和引射器，流经气流的流动速度较低，对流换热系数较低高，热流密度也较低，因此不需要太高压力的冷却水，同时对应的夹套水冷设计和加工工序也相对简单，使之无法承受高压冷却水。对于试验舱，主要热源为辐射热，因此对冷却水压力需求更低，对应的夹套水冷系统也更加简单。根据以上分析，风洞设备的冷却水需求大约分为，极高压、高压、中压和低压。其中，极高压冷却水一般在4mpa以上，多用于加温器；高压冷却水一般在3～4mpa，主要用于喷管喉道部分；中压冷却水一般在2～3mpa，用于喷管喉道以外部分、扩压器、引射器和试验件部分；低压冷却水一般在1～2mpa主要用于试验舱部分。

3、该类风洞供水系统的供应需求和难点主要在于：

4、1、冷却水压力和流量的精确控制

5、夹套水冷装置可以理解为一个简单的壁面换热器，其中金属壁面一侧流动工质为高温气流，壁面另一侧流动工质为冷却水，令冷却水带走高温气流的热量，从而保证金属壁面不受高温损伤。夹套水冷装置的设计上，一方面，当夹套水冷高温气流侧的密流越大，则热流密度越高、流换热系数越高，这需要对应位置的金属壁设计的越薄导热性越好；同时，夹套水冷冷却水侧贴壁温度越高、流道设计约复杂、流动压力损失越大，这需要的冷却水来流越高。这对夹套水冷的供水设计提出了很高的要求，水压如果过高，薄金属壁会被水压冲击变形，水压如果过低，夹套水冷贴壁的冷却水会气化堵塞导致冷却失效。该问题极易出现在变马赫喷管喉道位置，一般喉道处若采用钢类材料，设计壁厚仅为2.5～3mm，设计冷却水压力约3.5mpa，而若满足换热性能，水压也需要不低于3.2mpa，考虑设计余量，则需要来流冷却水压力和流量被精准的控制在设计范围内，既保证冷却效果，又不压坏设备。

6、2、各用水点间压力流量匹配运行稳定性

7、受限于用地面积、资金、厂区环境或人为等因素的限制，通常无法为变马赫风洞系统的每种设备不同压力的用水点单独配置水泵，仅能通过一台足额流量和压力的水泵来为风洞的全部设备同时供应冷却水。然而，风洞运行时，不同设备间，甚至同一设备不同位置的用水量和压力都不相同，并且各个用水点都需精准控制。此时，不同用水点之间用水参数的变动，都会直接影响到其他用水点的运行，这会导致风洞在冷却水流量和压力分配调试时难以稳定至目标状态，或出现水泵憋压损坏或过度释压导致流量不足的情况。因此，需要通过管阀设计和控制系统的设计，来匹配多用水点间的用水需求，从而确保运行稳定性。

8、3、供水系统的安全运行

9、通过一台足额流量和压力的水泵来为风洞的全部设备同时供应冷却水时，还需要考虑设备运行的安全性，并针对各种可能发生的问题设计相应防护功能，如针对泵启停的防护功能、用水点之间的高压进水窜压保护功能、用水点之间的高压排水窜压保护功能、设备失效监测报警系统和用水压力过低报警系统等等。

10、根据对以上供水系统的需求和分析，可知当前变马赫风洞用循环冷却水系统技术主要需求在于，供水系统需要通过管阀和控制系统的设计，来完成单高压水泵对全部用水点用水需求的快速和精准匹配，避免用水点之间的相互影响和系统故障，维持供水系统稳定和安全运行。因此，期待一种多压力循环冷却水系统，能够解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种变马赫数风洞用多压力循环冷却水系统，通过水泵快速精准匹配变马赫数风洞对冷却水压力和流量的要求，利用管阀和控制单元的设计保证供水系统的安全稳定运行。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种变马赫数风洞用多压力循环冷却水系统，包括：

3、主供水管路单元，上游与蓄水储水单元连接，所述主供水管路单元包括依次设置的水泵开机支路、水泵泄压支路和一级进水单元，所述一级进水单元设置有多个一级进水支路，多个所述一级进水支路的压力各不相同；

4、高压水泵单元，设置在所述蓄水储水单元和所述主供水管路单元之间，所述水泵泄压支路联通所述高压水泵单元的出口和所述蓄水储水单元；

5、二级进水单元，设置在所述一级进水单元的下游，所述二级进水单元包括多个二级进水支路，所述二级进水单元的下游通过回水泄压路与所述蓄水储水单元连接；

6、支路泄压回路，设置在所述一级进水单元的下游和所述二级进水单元的上游之间，所述支路泄压回路的出口与所述蓄水储水单元连接。

7、可选地，所述蓄水储水单元为密闭式蓄水池或压力储水罐体。

8、可选地，所述一级进水支路上设置有电动开关阀。

9、可选地，所述水泵泄压支路上设置有支路泄压阀和支路截止阀，所述支路截止阀设置在所述支路泄压阀的上游。

10、可选地，所述一级进水支路上设置有一级截止阀和一级减压阀，所述一级截止阀设置在所述一级减压阀的上游。

11、可选地，所述二级进水支路上依次设置有流量计、入口调节阀、压力计、用水设备、压力计和出口调节阀。

12、可选地，所述二级进水单元与所述回水泄压路之间设置有止回阀。

13、可选地，所述支路泄压回路上设置有回路泄压阀和回路止回阀。

14、可选地，所述高压水泵单元包括至少一个水泵，所述水泵为多个时，所述水泵为相同压力且并联连接。

15、本发明提供了一种变马赫数风洞用多压力循环冷却水系统，其有益效果在于：该变马赫数风洞用多压力循环冷却水系统的设计，考虑到了水泵开机压力突跃、设备调压稳定性、设备高压保护、高压回水保护、用水参数调节和排水窜压保护，可以同时满足快速精确匹配变马赫数风洞对冷却水压力和流量需求，在高压水泵单元设置为单水泵时，能够同时供应多压力用水点，并建立设备保护系统，维持系统安全运行，满足多用压力水点间调压匹配的需求，维持系统稳定运行。

16、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。