一種液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，包括液氧存儲容器、液氧過冷器、液氧供應(yīng)容器、液氧供應(yīng)管道、液氧加注管道以及液氧排放管路，液氧存儲容器通過液氧加注管道分別與液氧供應(yīng)容器和液氧過冷器連接，液氧過冷器的出口通過液氧排放管路以及液氧泵前管路與發(fā)動機(jī)入口連通，液氧供應(yīng)容器通過液氧供應(yīng)管道與發(fā)動機(jī)入口連通，液氧排放管路與液氧泵前管路之間設(shè)置有液氧泵前預(yù)冷排放閥，液氧供應(yīng)管道上設(shè)置于液氧泵前隔離閥，本實(shí)用新型保證了液氧入口溫度最低達(dá)－191℃，并在發(fā)動機(jī)開車后持續(xù)一定的時(shí)間。
【專利說明】
一種液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]液氧/煤油發(fā)動機(jī)低液氧入口溫度邊界條件試車，要求發(fā)動機(jī)工作時(shí)，液氧入口溫度最低達(dá)一 191°C，并在發(fā)動機(jī)開車后持續(xù)一定的時(shí)間。常壓下，液氧的飽和溫度為一 183°C，需通過一定的手段將液氧溫度降至目標(biāo)溫度，通過傳統(tǒng)的試車臺液氧加注技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了保證液氧入口溫度最低達(dá)一191°C，并在發(fā)動機(jī)開車后持續(xù)一定的時(shí)間，本實(shí)用新型提供一種液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案:
[0005]—種液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特殊之處在于:包括液氧存儲容器、液氧過冷器、液氧供應(yīng)容器、液氧供應(yīng)管道、液氧加注管道2以及液氧排放管路，所述液氧存儲容器通過液氧加注管道分別與液氧供應(yīng)容器和液氧過冷器連接，所述液氧過冷器的出口通過液氧排放管路以及液氧栗前管路與發(fā)動機(jī)入口連通，所述液氧供應(yīng)容器通過液氧供應(yīng)管道與發(fā)動機(jī)入口連通；
[0006]所述液氧加注管道上設(shè)置有加注隔離閥和過冷器液氧入口閥門ASl，液氧存儲容器通過加注隔離閥向液氧供應(yīng)容器加注普通液氧，液氧存儲容器通過過冷器液氧入口閥門AS I向液氧過冷器加注普通液氧；
[0007 ]液氧排放管路與液氧栗前管路之間設(shè)置有液氧栗前預(yù)冷排放閥A3，液氧供應(yīng)管道上設(shè)置于液氧栗前隔離閥Al。
[0008]上述液氧過冷器包括液氮貯箱、換冷組件、高液位檢測傳感器以及低液位檢測傳感器，所述換冷組件通過換冷芯支撐組件固定在液氮貯箱內(nèi)，所述液氮貯箱上設(shè)置有液氮入口、液氮出口以及氮?dú)馀欧趴冢?br>[0009]所述換冷組件包括換冷芯、液氧輸入管以及液氧輸出管，所述液氧輸入管和液氧輸出管均與換冷芯連通；
[0010]所述高液位檢測傳感器固定在液氮貯箱的高液位處，所述低液位檢測傳感器固定在液氮貯箱的低液位處，所述高液位檢測傳感器固定在液氮貯箱的高液位處。
[0011]上述換冷芯包括多層隔板和多層翅板，所述隔板與翅板間隔放置，所述隔板和翅板通過釬焊的形式固結(jié)，多層翅板中的位于奇數(shù)位置的翅板與外界液氮連通，位于偶數(shù)位置若干組翅板的一端通過法蘭與液氧輸入管連接，位于偶數(shù)位置若干組翅板的另一端通過法蘭與液氧輸出管連接，偶數(shù)位置的其余翅板邊緣通過封條進(jìn)行封堵。
[0012]上述換冷芯支撐組件包括A支板、B支板和支架，所述A支板和B支板焊接在液氮貯箱內(nèi)壁，所述支架為梯形的焊接在換冷芯兩邊，支架分別與A支板、B支板固定連接。
[0013]上述液氮入口處設(shè)置有加注閥門，所述加注閥門應(yīng)遠(yuǎn)離液氮貯箱。
[0014]上述換冷芯應(yīng)放置在離液氮貯存底部300mm以上的高度。
[0015]上述液氧輸入管和液氧輸出管之間固定有加固板。
[0016]上述隔板為41層，所述翅板為40層，所述翅板為表面沖小孔的波紋板。
[0017]上述液氧栗前管路外側(cè)設(shè)置有無堿玻璃纖維隔熱罩。
[0018]本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0019]通過使用本實(shí)用新型的系統(tǒng)，使試車臺具備了液氧/煤油發(fā)動機(jī)低溫液氧試驗(yàn)?zāi)芰?。試車臺過冷液氧加注時(shí)間不足I小時(shí)，發(fā)動機(jī)開車前和開車后規(guī)定的時(shí)間內(nèi)液氧入口溫度能可靠保證低于_191°C。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型的過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)果示意圖；
[0021 ]圖2、圖3、圖4、圖5、圖6為本發(fā)明的液氧過冷器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明換冷芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中附圖標(biāo)記為:1-液氮貯箱，2-高液位檢測傳感器，3-低液位檢測傳感器，4-液氮入口，5_氮?dú)馀欧拧酰?-液氧輸出管，7-液氧輸入管，8-加固板，9-管路支撐架，1-A支板，I1-B支板，12-支架，13-排污口，21-加注隔離閥，22-液氧加注管道，23-液氧供應(yīng)管道，24-液氧排放管路，25-液氧栗前管路，26-發(fā)動機(jī)，ASl-過冷器液氧入口閥門，A3-液氧栗前預(yù)冷排放閥，A1-液氧栗前隔離閥。
【具體實(shí)施方式】
[0024]該系統(tǒng)主要由低溫液氧供應(yīng)系統(tǒng)、液氧過冷系統(tǒng)構(gòu)成。液氧過冷系統(tǒng)工藝流程如圖1所示，包括液氧存儲容器、液氧過冷器、液氧供應(yīng)容器、液氧供應(yīng)管道23、液氧加注管道22以及液氧排放管路24，液氧存儲容器通過液氧加注管道22分別與液氧供應(yīng)容器和液氧過冷器連接，液氧過冷器的出口通過液氧排放管路24以及液氧栗前管路25與發(fā)動機(jī)26入口連通，液氧供應(yīng)容器通過液氧供應(yīng)管道與發(fā)動機(jī)入口連通；
[0025]液氧加注管道上設(shè)置有加注隔離閥和過冷器液氧入口閥門ASl，液氧存儲容器通過加注隔離閥21向液氧供應(yīng)容器加注普通液氧，液氧存儲容器通過過冷器液氧入口閥門ASl向液氧過冷器加注普通液氧；
[0026]液氧排放管路與液氧栗前管路之間設(shè)置有液氧栗前預(yù)冷排放閥A3，液氧供應(yīng)管道上設(shè)置于液氧栗前隔離閥Al。
[0027]—套液氧過冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備將普通液氧換冷為過冷液氧的能力，并通過對原發(fā)動機(jī)試車臺液氧供應(yīng)系統(tǒng)的能力拓展，使試車臺能夠承擔(dān)發(fā)動機(jī)低液氧入口溫度試車。其工作原理是:將本實(shí)用新型的液氧過冷系統(tǒng)串聯(lián)在液氧排放管路與儲存容器之間，低溫液氧經(jīng)發(fā)動機(jī)入口反向加注至試車臺主容器。新研制的液氧過冷器，通過將鋁制板翅式換熱器浸泡在存有液氮貯箱的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了高效的液氧過冷系統(tǒng)獲得方法。該系統(tǒng)具備10?60m3/h過冷液氧的補(bǔ)加注能力。常壓下，液氧可以由-183°C降至_194°C以下，換冷Im3液氧消耗的液氮低于0.2m3。
[0028]過冷液氧補(bǔ)加注:[0029 ]試車臺液氧供應(yīng)系統(tǒng)加注工藝方法:利用高、低溫液氧存在密度差的原理，對試車臺及加注流程進(jìn)行優(yōu)化，通過對主容器先加注一定量的一 183°C普通液氧，后經(jīng)發(fā)動機(jī)液氧供應(yīng)管道反向補(bǔ)加注一 194°C過冷液氧的方法，確保了液氧過冷試車開車前一段時(shí)間及開車后規(guī)定時(shí)間內(nèi)液氧過冷的準(zhǔn)確供應(yīng)。
[0030]該技術(shù)可在過冷液氧補(bǔ)加注的同時(shí)進(jìn)行試車臺和發(fā)動機(jī)預(yù)冷，利用液氧過冷系統(tǒng)輸出的最低溫度的液氧對發(fā)動機(jī)和栗前管路進(jìn)行預(yù)冷，降低了發(fā)動機(jī)低液氧入口溫度的實(shí)現(xiàn)難度。補(bǔ)加注至主容器下層的過冷液氧密度大，短時(shí)間內(nèi)與上層普通液氧換熱有限，只需要加注部分過冷液氧即可滿足試車條件，提高了試驗(yàn)準(zhǔn)備效率。
[0031 ]過冷液氧高效率獲得:
[0032]常壓下，液氧飽和溫度為一 183°C。試車要求發(fā)動機(jī)入口溫度低于一 191°C，通過對液氧管路系統(tǒng)的換熱計(jì)算，要求過冷系統(tǒng)需具備提供低于一 193°C液氧的能力。
[0033]某液氧/煤油發(fā)動機(jī)過冷液氧試車，需提供不少于10s溫度低于一191°C的液氧，考慮試車臺損耗及液氧系統(tǒng)和周圍環(huán)境的熱交換，過冷系統(tǒng)需具備短時(shí)間加注48m3過冷液氧的能力。
[0034]如圖2、圖3、圖4所示，一種低溫液氧過冷器，包括液氮貯箱1、換冷組件、高液位檢測傳感器2以及低液位檢測傳感器3，換冷組件通過換冷芯支撐組件固定在液氮貯箱內(nèi)，液氮貯箱上設(shè)置有液氮入口 4、液氮出口以及氮?dú)馀欧趴?5。換冷組件包括換冷芯、液氧輸入管以及液氧輸出管，液氧輸入管7和液氧6輸出管均與換冷芯連通;高液位檢測傳感器固定在液氮貯箱的高液位處，低液位檢測傳感器固定在液氮貯箱的低液位處。液氮入口處設(shè)置有加注閥門，加注閥門應(yīng)遠(yuǎn)離液氮貯箱。液氮貯箱底部設(shè)置有排污口 13。
[0035]圖5、圖6、圖7所示，換冷芯包括多層隔板和多層翅板，隔板與翅板間隔放置，隔板和翅板通過釬焊的形式固結(jié)，多層翅板中的位于奇數(shù)位置的翅板與外界液氮連通，位于偶數(shù)位置若干組翅板的一端通過法蘭與液氧輸入管連接，位于偶數(shù)位置若干組翅板的另一端通過法蘭與液氧輸出管連接，偶數(shù)位置的其余翅板邊緣通過封條進(jìn)行封堵。換冷芯支撐組件包括A支板10、B支板11和支架12，A支板10，B支板11焊接在液氮貯箱內(nèi)壁。換冷芯兩邊焊接兩個(gè)梯形機(jī)構(gòu)的支架12，支架12與A、B兩個(gè)支板通過螺栓連接，實(shí)現(xiàn)過冷器芯與液氮貯箱的固定。
[0036]液氧過冷器工作原理是:利用常壓下，液氮飽和溫度低于液氧飽和溫度的物理特性，用液氮將液氧通過換冷的方式快速降溫至所需的溫度。研制的液氧過冷器，由高潔凈度的換冷芯配合一套液氮加注、貯存和氮?dú)馀欧旁O(shè)施，實(shí)現(xiàn)了大量過冷液氧的高效獲得。該設(shè)備具備10?60m3/h過冷液氧的補(bǔ)加注能力。常壓下，液氧可以由一 183°C降至一 194°C以下，換冷Im3液氧消耗的液氮低于0.2m3。
[0037]換冷芯:
[0038]換冷芯本身要求換冷效率高，潔凈度好，材料在低溫環(huán)境下有足夠的強(qiáng)度?？蛇x擇的換冷芯結(jié)構(gòu)有:管殼式、平板式、螺旋板式、板翅式等。
[0039]本實(shí)用新型選用了板翅式，材料為鋁。板翅式換冷芯單位體積換熱面積大，換冷效率高，鋁材式換冷芯用于液氮、液氧兩種溫差不大的低溫液體，熱應(yīng)力對材料的強(qiáng)度影響不大。另外，鋁制式板翅式換冷芯其主要制造手段為板材切割、翅板擾動孔的沖裁和翅板的冷沖成形、換冷芯的堆疊和釬焊等，整個(gè)制造過程通過嚴(yán)格的多余物控制方法，可實(shí)現(xiàn)換冷芯的高潔凈度要求。
[0040]本實(shí)用新型換冷器米用的換冷芯體積為600mm X 600mm X 1500mm，其中液氧40層，液氮41層。液氧、液氮的換冷面積分別為277m2和319m2。
[0041]發(fā)動機(jī)試車用液氧顆粒物指標(biāo)為低于lmg/L，換冷芯的多余物控制情況直接影響發(fā)動機(jī)工作可靠性，鋁制板翅式換冷芯采用釬焊方式組焊，焊接完成后，若換冷芯存在多余物，則無法徹底清理干凈。因此，需要在換冷芯制造過程中嚴(yán)格控制多余物，底部設(shè)置有排污孔。
[0042]換冷芯翅片和隔離鋁板在組裝前，對每塊翅片進(jìn)行檢查，對翅片邊緣進(jìn)行手動去毛刺處理，對翅片擾動孔進(jìn)行復(fù)查，確保擾動孔未粘連多余物。先后用清水、無水乙醇進(jìn)行清洗，再用3MPa以上的純凈壓縮氮?dú)膺M(jìn)行逐片吹掃。翅片和板材檢查和組裝時(shí)，檢查人應(yīng)佩戴干凈的棉布手套。
[0043]液氮貯存裝置:
[0044]液氮貯存裝置主要功能包括:支撐換冷芯支撐組件，貯存液氮，控制液氮加注量，自身保冷，低溫氮?dú)馀欧拧?br>[0045]換冷芯支撐組件包括A支板、B支板和支架，A支板，B支板焊接在液氮貯箱內(nèi)壁。換冷芯兩邊焊接兩個(gè)梯形機(jī)構(gòu)的支架，支架與A、B兩個(gè)支板通過螺栓連接，實(shí)現(xiàn)過冷器芯與液氮IC箱的固定。
[0046]設(shè)計(jì)的液氧過冷器采用液氮貯存容器與鋁制板翅式換熱器組合的結(jié)構(gòu)，利用液氮作為冷媒介質(zhì)，液氮容器和過冷器進(jìn)、出口管路采用了聚氨酯保冷設(shè)計(jì)，過冷系統(tǒng)的換冷效率達(dá)80%以上。
[0047]在系統(tǒng)調(diào)試和試車過程中，發(fā)動機(jī)液氧入口最低溫度低于一194.5°C ;液氧換冷、補(bǔ)加注48m3過冷液氧耗時(shí)小于I小時(shí);實(shí)際調(diào)試結(jié)果液氮消耗量少于10m3，過冷液氧供應(yīng)能力滿足任務(wù)書要求。
[0048]對液氧栗前管路“量身定做”無堿玻璃纖維隔熱罩包覆層，方便拆裝，在提升管道保冷效果的同時(shí)，解決了試車臺常用的包覆絕熱層厚重，管道接口氣密性檢查不方便的問題。
[0049]液氧過冷系統(tǒng)正式補(bǔ)加注前，通過公稱通徑為DN32?DN50的管道小流量加注和排放的方法對過冷系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)冷，可避免過冷器工作初期，熱交換不穩(wěn)定而引起的過冷器振動幅度大的問題，有效提高系統(tǒng)的工作可靠性。
[0050]通過該技術(shù)的使用，使試車臺具備了液氧/煤油發(fā)動機(jī)低溫液氧試驗(yàn)?zāi)芰?。試車臺過冷液氧加注時(shí)間不足I小時(shí)，發(fā)動機(jī)開車前和開車后規(guī)定的時(shí)間內(nèi)液氧入口溫度能可靠保證低于_191°C，
[0051 ]目前，利用該技術(shù)改造的兩個(gè)試車臺，已圓滿完成兩種型號液氧/煤油發(fā)動機(jī)至少已承擔(dān)了 7次過冷液氧試車任務(wù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:包括液氧存儲容器、液氧過冷器、液氧供應(yīng)容器、液氧供應(yīng)管道、液氧加注管道2以及液氧排放管路，所述液氧存儲容器通過液氧加注管道分別與液氧供應(yīng)容器和液氧過冷器連接，所述液氧過冷器的出口通過液氧排放管路以及液氧栗前管路與發(fā)動機(jī)入口連通，所述液氧供應(yīng)容器通過液氧供應(yīng)管道與發(fā)動機(jī)入口連通； 所述液氧加注管道上設(shè)置有加注隔離閥和過冷器液氧入口閥門，液氧存儲容器通過加注隔離閥向液氧供應(yīng)容器加注普通液氧，液氧存儲容器通過過冷器液氧入口閥門向液氧過冷器加注普通液氧； 液氧排放管路與液氧栗前管路之間設(shè)置有液氧栗前預(yù)冷排放閥，液氧供應(yīng)管道上設(shè)置于液氧栗前隔離閥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述液氧過冷器包括液氮貯箱、換冷組件、高液位檢測傳感器以及低液位檢測傳感器，所述換冷組件通過換冷芯支撐組件固定在液氮貯箱內(nèi)，所述液氮貯箱上設(shè)置有液氮入口、液氮出口以及氮?dú)馀欧趴冢?所述換冷組件包括換冷芯、液氧輸入管以及液氧輸出管，所述液氧輸入管和液氧輸出管均與換冷芯連通； 所述高液位檢測傳感器固定在液氮貯箱的高液位處，所述低液位檢測傳感器固定在液氮貯箱的低液位處，所述高液位檢測傳感器固定在液氮貯箱的高液位處。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述換冷芯包括多層隔板和多層翅板，所述隔板與翅板間隔放置，所述隔板和翅板通過釬焊的形式固結(jié)，多層翅板中的位于奇數(shù)位置的翅板與外界液氮連通，位于偶數(shù)位置若干組翅板的一端通過法蘭與液氧輸入管連接，位于偶數(shù)位置若干組翅板的另一端通過法蘭與液氧輸出管連接，偶數(shù)位置的其余翅板邊緣通過封條進(jìn)行封堵。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于: 所述換冷芯支撐組件包括A支板、B支板和支架，所述A支板和B支板焊接在液氮貯箱內(nèi)壁，所述支架為梯形的焊接在換冷芯兩邊，支架分別與A支板、B支板固定連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述液氮入口處設(shè)置有加注閥門，所述加注閥門應(yīng)遠(yuǎn)離液氮貯箱。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述換冷芯應(yīng)放置在離液氮貯存底部300mm以上的高度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述液氧輸入管和液氧輸出管之間固定有加固板。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述隔板為41層，所述翅板為40層，所述翅板為表面沖小孔的波紋板。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氧/煤油發(fā)動機(jī)地面試車過冷液氧供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述液氧栗前管路外側(cè)設(shè)置有無堿玻璃纖維隔熱罩。
【文檔編號】F17C13/02GK205618971SQ201521135878
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年12月31日
【發(fā)明人】王偉青, 唐斌運(yùn), 曹文慶, 楊戰(zhàn)偉
【申請人】西安航天動力試驗(yàn)技術(shù)研究所