测量离心通风器滑油消耗量的试验方法及试验装置

摘要

本发明公开一种测量离心通风器滑油消耗量的试验方法及试验装置，试验装置包括滑油箱、试验箱、供油模拟组件、动力模拟组件、回油组件以及测量组件；试验箱分别通过供油管路和回油管路与滑油箱连接；供油模拟组件设于供油管路，供油模拟组件至少包括齿轮喷嘴和油雾发生装置，齿轮喷嘴将滑油喷入试验箱，油雾发生装置将滑油与空气混合为油雾再输入试验箱；动力模拟组件连接于离心通风器，以驱动离心通风器模拟其在航空发动机内的工作状态；回油组件设于回油管路，用以将试验箱内积存的滑油输回至滑油箱；测量组件设于滑油箱、供油管路和回油管路，以测量滑油的消耗量。发明提能提升对滑油消耗量测量的准确性，能够准确反映出离心通风器的动态特性。

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体而言，涉及一种测量离心通风器滑油消耗量的试验方法以及试验装置。

背景技术

在航空发动机工作过程中，主轴密封系统的封严空气会通过密封装置进入滑油系统轴承腔，在轴承腔中空气与滑油掺混形成油气，如果让油气直接排出轴承腔将造成滑油的大量消耗，因此，在轴承腔与外界的通气路上需要设置离心通风器。

离心通风器工作于气液两相流的复杂环境中，工况条件难以用数值模拟，分析软件计算出的滑油消耗量和特性的准确度及精确性有待验证，因此必须利用现场试验模拟实际的工作环境获得滑油消耗量指标和特性。

由于离心通风器特性在发动机上难以测试，需开展部件试验来获得。不同的试验方案会对其滑油消耗量及特性产生较大影响，现有离心通风器的试验方法主要采用静态油气测量方法，即通过收集一定时间内的离心通风器出口的滑油再人工称重计算得到，该方法并不能有效模拟离心通风器的油气分离循环机理，试验时间受到收集装置的限制且自动化程度低，人工操作对试验结果的影响较大，不能准确反映离心通风器的动态特性。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够模拟离心通风器实际工作环境的试验装置。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种采用上述试验装置进行动态测量的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种试验装置，用于测试航空发动机的离心通风器的滑油消耗量，其中，所述试验装置包括滑油箱、试验箱、供油模拟组件、动力模拟组件、回油组件以及测量组件；所述滑油箱用于储存所述滑油；所述试验箱用于安装所述离心通风器，所述试验箱分别通过供油管路和回油管路与所述滑油箱连接；所述供油模拟组件设于所述供油管路，所述供油模拟组件至少包括齿轮喷嘴和油雾发生装置，所述齿轮喷嘴将所述滑油喷入所述试验箱，所述油雾发生装置将所述滑油与空气混合为油雾再输入所述试验箱；所述动力模拟组件连接于所述离心通风器，以驱动所述离心通风器模拟其在所述航空发动机内的工作状态；所述回油组件设于所述回油管路，用以将所述试验箱内积存的所述滑油输回至所述滑油箱；所述测量组件设于所述滑油箱、供油管路和回油管路，以测量所述滑油的消耗量。

根据本发明的其中一个实施方式，所述试验装置还包括加温油箱和/或过滤器；所述加温油箱连接于所述滑油箱，以将所述滑油箱输出的滑油加热后再输送至所述供油模拟组件；所述过滤器设于所述供油管路且邻设于所述滑油箱，以对所述滑油箱输出的所述滑油进行过滤。

根据本发明的其中一个实施方式，所述试验箱包括箱体、花键传动轴以及传动齿轮；所述箱体分别连接齿轮喷嘴、油雾发生装置以及回油管路；所述花键传动轴设于所述箱体内且具有伸出所述箱体的一连接端，所述连接端传动连接于所述动力模拟组件；所述传动齿轮设于所述箱体内且传动配合于所述花键传动轴和所述离心通风器之间。

根据本发明的其中一个实施方式，所述油雾发生装置连接有空气系统，所述空气系统储存有空气，以在所述试验装置工作时，将所述空气输入所述油雾发生装置，供所述油雾发生装置将所述空气与所述滑油混合为所述油雾。

根据本发明的其中一个实施方式，所述动力模拟组件包括驱动机构和增速齿轮箱；所述驱动机构通过所述增速齿轮箱传动连接于所述离心通风器。

根据本发明的其中一个实施方式，所述驱动机构为调频电机；和/或，所述动力模拟组件还包括润滑系统，所述润滑系统连接于所述增速齿轮箱。

根据本发明的其中一个实施方式，所述回油组件包括散热器；所述散热器设于所述回油管路，以对所述回油管路内的滑油进行散热降温。

根据本发明的其中一个实施方式，所述试验装置还包括控制测试采集系统；所述控制测试采集系统分别连接于所述滑油箱、供油模拟组件、动力模拟组件、回油组件以及测量组件，用以控制所述滑油箱、供油模拟组件、动力模拟组件以及回油组件的工作状态，同时采集测量组件的测量信息。

根据本发明的其中一个实施方式，所述试验装置包括通风管；所述通风管连接于所述滑油箱的顶部与所述试验箱的顶部。

根据本发明的另一个方面，提供一种测量离心通风器滑油消耗量的试验方法，其中，包括以下步骤：

配置试验装置，配置以上实施方式中所述的试验装置，并在所述试验箱内安装待测试的离心通风器；

模拟供油，利用所述供油模拟组件向所述试验箱内输送所述滑油和油雾；

模拟离心通风器，利用所述动力模拟组件驱动所述离心通风器，模拟出所述离心通风器在航空发动机内的工作状态；

回油，所述离心通风器停止工作后，利用所述回油组件将所述试验箱内的滑油输回所述滑油箱；以及

测量滑油消耗量，分别在模拟供油之前和回油之后，利用所述测量组件测量所述滑油箱内的滑油量，并通过对比计算得出所述离心通风器的滑油消耗量。

由上述技术方案可知，本发明提出的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法及试验装置的优点和积极效果在于：

本发明提出的试验装置，通过供油模拟组件的齿轮喷嘴和油雾发生装置模拟离心通风器在航空发动机中工作时的供油状态，并通过动力模拟组件的驱动模拟离心通风器在航空发动机中工作时的动力环境，使该试验装置能够实时、动态地准确模拟出离心通风器在航空发动机中的各种工作状态，进而提升对滑油消耗量测量的准确性，能够准确反映出离心通风器的动态特性。

本发明提出的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法，通过采用本发明提出的试验装置，为离心通风器构建出充分接近现实工作状态的试验环境，使用该试验方法测得的滑油消耗量的准确性较高，同时能够准确反映出离心通风器的动态特性。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种试验装置的系统示意图；

图2是图1示出的试验装置的试验箱的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

100.离心通风器；210.滑油箱；211.供油泵；212.过滤器；213.加温油箱；220.试验箱；221.箱体；222.花键传动轴；223.传动齿轮；224.安装轴；225.排雾管；231.齿轮喷嘴；232.油雾发生装置；2321.空气系统；241.调频电机；242.增速齿轮箱；243.润滑系统；251.回油泵；252.散热器；261.供油管路；2611.第一支路；2612.第二支路；2613.第三支路；262.回油管路；270.控制测试采集系统；280.通风管；SV1.电磁阀；SV2.电磁阀；GV.球阀；L.液位计；T1.温度变送器；T2.温度变送器；T3.温度变送器；P1.压力变送器；P2.压力变送器；P3.压力变送器；P4.压力变送器；QF.质量流量计。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本发明。

在对本发明的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“顶部”、“底部”、“之间”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。

试验装置实施方式

参阅图1，图1中代表性地示出了能够体现本发明的原理的试验装置的系统示意图。在该示例性实施方式中，本发明提出的试验装置是以测量待测设备的滑油消耗量的试验设备为例，进一步地，是以测量离心通风扇的滑油消耗量的试验设备为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将该试验装置应用于测量其他待测设备的滑油消耗量，或对待测设备进行其他类型的测量，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本发明提出的试验装置的原理的范围内。

如图1所示，在本实施方式中，本发明提出的试验装置能够用于测试航空发动机的离心通风器100的滑油消耗量。其中，本发明提出的试验装置主要包括滑油箱210、试验箱220、供油模拟组件、动力模拟组件、回油组件、测量组件、控制测试采集系统270、通风管280、相关阀组以及其他辅助管路等。以下结合附图，对本发明提出的试验装置的一示例性实施方式进行详细说明。

如图1所示，在本实施方式中，滑油箱210用于储存滑油，试验箱220用于安装待测试的离心通风器100，且试验箱220分别通过供油管路261和回油管路262与滑油箱210连接，从而在试验箱220与滑油箱210之间形成供油和回油的回路。另外，通风管280连接于滑油箱210的顶部与试验箱220的顶部，以提供通风功能。供油模拟组件设于供油管路261，且至少包括齿轮喷嘴231和油雾发生装置232，齿轮喷嘴231用于将滑油喷入试验箱220，油雾发生装置232则用于将滑油与空气混合为油雾再输入试验箱220。动力模拟组件连接于离心通风器100，用于驱动离心通风器100模拟其在航空发动机内的工作状态。回油组件设于回油管路262，用以将试验箱220内积存的滑油输回至滑油箱210。测量组件包括多个种类的测量元件，分别设于滑油箱210、供油管路261和回油管路262等处，用以测量滑油的消耗量，同时综合检测控制装置的系统回路中各装置、元件或管路位置的所需物理信息。

如图1所示，在本实施方式中，滑油箱210通过供油管路261连接于试验箱220，且，模拟供油组件还包括设置在供油管路261上的供油泵211和电磁阀SV1。具体而言，供油泵211临近滑油箱210的出油口，用于对供油管路261内的滑油提供输送动力。电磁阀位于供油泵211与试验箱220之间，用于控制供油管路261的开通和断开。其中，供油管路261的通过电磁阀SV1之后的部分分为两条供油支路，即第一支路2611和第二支路2612，这两条供油支路分别连接于试验箱220。并且，齿轮喷嘴231设置在第一支路2611上，以通过第一支路2611向齿轮喷嘴231输送滑油，并利用齿轮喷嘴231将滑油喷入试验箱220中，为离心通风器100的摩擦副提供规定压力、温度和流量的滑油。齿轮喷嘴231的喷油嘴可直接伸入试验箱220，亦可通过第一支路2611间接伸入试验箱220。油雾发生装置232设置在第二支路2612上，以通过第二支路2612向油雾发生装置232输送规定压力、温度和流量的滑油，并利用油雾发生器将滑油与空气混合为油雾后再输入试验箱220。其中，油雾发生装置232可以通过设置不同的气动雾化喷嘴及调节空气及滑油流量的比例等手段，来获取不同浓度及粒径分布的油雾。

另外，考虑到离心通风扇的工作环境和滑油与油雾的物理特性，油雾发生装置232(或第二支路2612)连接于试验箱220的位置应高于齿轮喷嘴231(或第一支路2611)连接于试验箱220的位置。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，模拟供油组件还包括有空气系统2321，用于为油雾发生装置232提供雾化滑油用的洁净、干燥的空气。具体而言，该空气系统2321储存有空气并连接于油雾发生装置232。在试验装置工作时，空气系统2321能够将储存的空气输入油雾发生装置232，以供油雾发生装置232将空气与滑油混合为试验所需的油雾。其中，连接空气系统2321与油雾发生装置232的管路可分为两路(即空气分为两路)，其中一路空气供往位于油雾发生装置232中心的雾化喷嘴，另外一路空气从油雾发生装置232的径向进入一环形腔再与雾化喷嘴喷出的油雾掺混后形成均匀的油雾，并通过箱体221上的连接油雾发生装置232的接头供往箱体221中。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，供油管路261上还设置有与滑油箱210连接的加温油箱213。具体而言，加温油箱213位于滑油箱210与电磁阀SV1(即齿轮喷嘴231和油雾发生装置232)之间，其能够将滑油箱210输出的滑油加热后再输送至供齿轮喷嘴231和油雾发生装置232。在其他实施方式中，根据不同的试验需求，亦可不设置上述加温油箱213。并且，在本实施方式中，供油管路261还包括第三支路2613，其在供油管路261上布置为与加温油箱213并联的管路结构，且第三支路2613上设有球阀GV，以通过该第三支路2613的开通和断开分别配合于加温油箱213的停用和启用。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，供油管路261上还设置有过滤器212。具体而言，过滤器212位于临近滑油箱210的出油口的位置，以对滑油箱210输出的滑油进行过滤。

配合参阅图2，其代表性地示出了能够体现本发明原理的试验装置的试验箱220的结构示意图，并进一步以剖视的方式表示试验箱220内的各结构及待测的离心通风扇的安装结构。

结合图1与图2所示，在本实施方式中，试验箱220主要包括箱体221、花键传动轴222以及传动齿轮223。具体而言，箱体221设有分别用于连接齿轮喷嘴231和油雾发生装置232的接头。花键传动轴222通过轴承可转动地安装在箱体221内，且花键传动轴222具有伸出于箱体221的一连接端。传动齿轮223设置在箱体221内并分别传动配合于花键传动轴222和离心通风器100，以在花键传动轴222和离心通风器100之间形成传动连接。其中，动力模拟组件通过与连接端连接而驱动花键传动轴222转动，传动齿轮223则将花键传动轴222的转动传递至离心通风器100，从而实现动力模拟组件对离心通风器100的驱动。

进一步地，如图2所示，在本实施方式中，箱体221内通过轴承设有安装轴224，用于安装待测的离心通风器100，且安装轴224与传动齿轮223传动配合。据此，本实施方式中的动力传动是大致依动力模拟组件→花键传动轴222→传动齿轮223→安装轴224→离心通风器100的方式实现的，但并不以此为限。

进一步地，如图2所示，在本实施方式中，箱体221还设有排雾管225，该排雾管225对应于离心通风器100，以将试验过程中经过离心通风器100的油雾排出。

需要说明的是，上述对试验箱220的说明仅为示例性的，上述结构设计旨在为离心通风器100构建出一个相对封闭的工作空间，并提供与动力模拟组件、供油模拟组件、通风管280和回油管路262分别对应的连接结构。在其他实施方式中，上述试验箱220的具体结构亦可根据试验需求灵活调整，诸如花键传动轴222、传动齿轮223(单个齿轮或齿轮组)等，均可由其他结构或元件替换，并不以本实施方式为限。

如图1所示，在本实施方式中，动力模拟组件主要包括驱动机构和增速齿轮箱242。具体而言，驱动机构传动连接于花键传动轴222的连接端，增速齿轮箱242设置在驱动机构与连接端之间，以对上述传动过程进行增速，使动力模拟组件在试验过程中模拟出的驱动环境更加真实地符合航空发动机中离心通风器100的驱动环境。优选地，本实施方式中是采用调频电机241作为动力模拟组件的驱动机构，以利用调频电机241的调频功能实现对离心通风器100的不同驱动环境的模拟。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，动力模拟组件还包括润滑系统243。具体而言，该润滑系统243连接于增速齿轮箱242，以对增速齿轮箱242内的齿轮组件提供润滑功能，提升润滑性能。

如图1所示，在本实施方式中，回油组件主要包括回油泵251、散热器252以及电磁阀SV2。具体而言，回油泵251用于对回油管路262内的回油提供输送动力。散热器252位于回油泵251与滑油箱210之间，用于对回油管路262内的回油进行散热降温。电磁阀SV2位于回油泵251与试验箱220之间，用于控制回油管路262开通和断开。

如图1所示，在本实施方式中，测量组件至少包括一个液位计、三个温度变送器、四个压力变送器以及一个质量流量计。具体而言，液位计L设置在滑油箱210上，用于测量滑油箱210内滑油的液位信息。其中，液位计包括有精确刻度的液位指示器，能准确反映滑油箱210内液位高度变化与滑油体积的对应关系，从而计量出离心通风器100的滑油体积消耗量。温度变送器T1设置在临近加温油箱213的出油口的供油管路261上，用于供油管路261内的测量经加温油箱213加热后的滑油的温度信息。温度变送器T2设置在临近试验箱220的出油口的回油管路262上，用于测量试验箱220排出的回油的温度信息。温度变送器T3设置在临近散热器252的出油口的回油管路262上，用于测量经散热器252散热降温后的回油的温度信息。压力变送器P1设于与温度变送器T1大致相同的位置，用于测量供油管路261的该位置的压力信息。压力变送器P2设于临近齿轮喷嘴231的进油口的第一支路2611上，用于测量第一支路2611的压力信息。压力变送器P3设于临近油雾发生器的进油口的第二支路2612上，用于测量第二支路2612的压力信息。压力变送器P4设于回油管路262上，优选地位于回油泵251与电磁阀SV2之间的位置，用于测量回油管路262的压力信息。质量流量计QF设于供油管路261上，优选地位于临近电磁阀SV1的出油口的供油管路261上，用于测量在进入第一支路2611和第二支路2612(齿轮喷嘴231和油雾发生器)之前的滑油的质量流量信息。

需要说明的是，本实施方式中测量组件的上述各元件的类型、数量和设置位置，是在试验装置各组件、管路连接关系与试验需求的综合考虑基础上进行的选型与布置。在本发明的其他实施方式中，针对试验装置的不同组件、管路布局设计以及不同待测设备的试验需求，可对测量组件的各元件的类型、数量和设置位置灵活调整，并不以本实施方式为限。

基于本实施方式中的试验装置各组件和管路连接关系，利用上述测量组件的设计，能够较为准确地测得滑油箱210内的滑油消耗量，即测得离心通风扇的滑油消耗量。同时，利用各温度变送器、压力变送器、质量流量计或其他可能的测量元件，能够对试验装置各主要组件或管路关键位置的温度、压力、质量流量等信息进行采集，进一步提高试验的准确性和实验数据的丰富性。

如图1所示，在本实施方式中，控制测试采集系统270即指综合电气控制、测试及数据采集的系统，其分别连接于滑油箱210、供油模拟组件、动力模拟组件、回油组件以及测量组件，用以控制滑油箱210、供油模拟组件、动力模拟组件以及回油组件的工作状态，同时采集测量组件的测量信息。具体而言，通过电连接或无线连接等方式，控制测试采集系统270能够分别对加温油箱213、电磁阀SV1、油雾发生器、空气系统2321、电磁阀SV2等多个装置或元件进行集中控制，同时能够采集测量组件的各测量元件的测量信息，并能根据不同的测量信息产生对应的控制指令。

基于本实施方式中对试验装置各组件结构、连接关系和管路布局的说明，本发明提出的试验装置的实验过程大致为：

试验开始后，首先通过控制测试采集系统270读取滑油箱210的液位计L(液位指示器)上示出的此时滑油的液位高度，记为h1。试验装置运行单位时间t后(滑油液位有明显下降)，再读取液位计L上示出的此时滑油的液位高度，记为h2。通过计算滑油液位从h1下降到h2时的滑油体积V，最终得到在规定试验条件下，离心通风器100单位时间内的滑油体积消耗量ΔV＝V/t。

综上所述，本发明提出的试验装置，通过供油模拟组件的齿轮喷嘴231和油雾发生装置232模拟离心通风器100在航空发动机中工作时的供油状态，并通过动力模拟组件的驱动模拟离心通风器100在航空发动机中工作时的动力环境，使该试验装置能够实时、动态地准确模拟出离心通风器100在航空发动机中的各种工作状态，进而提升对滑油消耗量测量的准确性，能够准确反映出离心通风器100的动态特性。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的试验装置仅仅是能够采用本发明原理的许多种试验装置中的一个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的试验装置的任何细节或试验装置的任何部件。

测量离心通风器滑油消耗量的试验方法实施方式

基于上述对试验装置的示例性说明，以下对本发明提出的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法的一示例性实施方式进行详细说明。其中，本发明提出的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法主要包括以下步骤：

配置试验装置，配置本发明提出的试验装置，并在试验箱内安装待测试的离心通风器；

模拟供油，利用供油模拟组件向试验箱内输送滑油和油雾；

模拟离心通风器，利用动力模拟组件驱动离心通风器，模拟出离心通风器在航空发动机内的工作状态；

回油，离心通风器停止工作后，利用回油组件将试验箱内的滑油输回滑油箱；以及

测量滑油消耗量，分别在模拟供油之前和回油之后，利用测量组件测量滑油箱内的滑油量，并通过对比计算得出离心通风器的滑油消耗量。

综上所述，本发明提出的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法，通过采用本发明提出的试验装置，为离心通风器构建出充分接近现实工作状态的试验环境，使用该试验方法测得的滑油消耗量的准确性较高，同时能够准确反映出离心通风器的动态特性。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法实施方式仅仅是能够采用本发明原理的许多种试验方法中的一个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法的任何细节或试验方法的任何部件。

以上详细地描述和/或图示了本发明提出的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法及试验装置的示例性实施方式。但本发明的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

虽然已根据不同的特定实施例对本发明提出的测量离心通风器滑油消耗量的试验方法及试验装置进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本发明的实施进行改动。