某涡喷发动机供油调节系统中的气穴现象

某涡喷发动机供油调节系统中的气穴现象 F eb. 2000 2000 年 2 月推进技术 JOU RN A L O F PRO PU L S ION T ECHN OL O GY V o l. 21 N o. 1 第 21 卷 第 1 期 Ξ 某涡喷发动机供油调节系统中的气穴现象 1 1 1 2 2 2 于达仁, 闫志刚, 金朝铭, 史新兴, 冯彦, 何保成 (11 哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001; )21 航天机电集团公司 31 所, 北京 100074 摘 要: 为了解释某涡喷发动机供油调节系统限流器中出现的气穴现象, 消除气穴现象对发动机启动加速过程的影响, 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了气穴现象产生的机理及其发生条件, 通过与试验数据的对比研究, 说明了气穴现象对发动机启动加 速过程的影响, 在此基础上, 提出了消除气穴的具体方法, 试验结果表明, 所提出的措施实用有效。 + 主题词: 涡轮喷气发动机; 发动机燃料系统; 流量调节器; 燃油阀; 汽化; 气穴 () 124433文章编号: 100124055 20000120042203 A V 中图分类号:文献标识码: Ca v ita t ion in f ue l l im itor of f ue l a d just in g sy stem of turbo je t 1 1 1 , , , Y u D a ren Y an Zh igan gJ in C h aom in g 2 2 2, , Sh i X in x in gF en g Y an H e B ao ch en g (111 , , 150001, ;Schoo l o f E ne rgy Sc ience and E ng inee r ingH a rb in In sto f T ech no lo gyH a rb in C h ina )211, 100074, 31T h e st R e sea rch In stB e ijing C h ina : A bstrac tIn o rde r to exp la in th e cav ita t io n app ea r ing in fue l lim ito r o f ad ju st ing sy stem o f som e tu rbo je t and re2 , m o ve th e affec t o f th e cav ita t io n o n th e sta r t m o v ing and acce le ra t io n p ro ce ssth e m ech an ism and o ccu r rence co nd i2 1 , t io n w a s ana lyzedB y com p a r ing w ith th e ac tua l t r ia l run da tath e affec t io n o f th e cav ita t io n cau se in sta r t m o v ing 1 , , and acce le ra t io n p ro ce ss w a s c la r if iedO n th is ba sisth e co r re spo nd ing co un te rm o ve w a s p ropo sedw h ich w a s p rac2 1 t ica l and in fo rce be ing ve r if ied by a ssem b ly exp e r im en t s +Subjec t term s: T u rbo je t eng ie; E ng ine fue l sy stem ; ; ; ; F low regu la to rF ue l va lveV apo r iza t io nC av ita t io n 开之前, 向燃烧室供油, 能够使发动机顺利点火。在 1 引言巡航状态时, 和燃油调节阀一起给发动机供油。限流 器是短管节流孔, 一般认为其流量与压差的开平方成 某涡喷发动机在启动加速段供油调节系统的工 作过程如下: 在助推火箭的推动下, 发动机启动, 风 ? p , 但在限流器的流量特性试验中, 即Q ?正比 车效应使涡喷发动机的转子旋转加速, 带动油泵工 发现, 当压差大于某一值后, 流量不再随着压差的增作, 通过限流器向燃烧室供油, 当油泵转速增加到一 大而增加, 而是维持在某一个值上, 如图 1 所示。本 定值后, 稳压阀开始溢流, 将油压稳定在给定值上, 当 飞限流器的流量越过贫油边界后, 发动机点火, 随着 文对于这一奇特现象的研究表明, 当压差达到一定值 行速度进一步上升, 压气机出口压力 增大, 作用 p 2 之后在限流器中发生了气穴现象。通过分析加速过程在膜片上的气压力大于弹簧力后, 燃油调节阀逐渐开 中泵出口压力 及燃油压力 的变化过程, 可以确 p ep p ef 大, 增加燃烧室供油, 飞行速度迅速增加, 直至达到 定, 在涡喷发动机启动加速过程中, 限流器中同样存 巡航状态。 在气穴现象。 限流器的作用是: 在启动加速阶段燃油调节阀打 涡喷发动机的启动加速段是整个工作过程中的 薄弱环节, 气穴现象将对启动加速过程产生一定的影 Ξ 收稿日期: 1999202201; 修订日期: 1999207225。 () 热力发动机及动力机械的自动控制、电力系统的故障诊断等。 作者简介: 于达仁 19662, 男, 博士, 教授, 研究领域: 第 21 卷 第 1 期 某涡喷发动机供油调节系统中的气穴现象43 角过渡的节流孔所产生的“气泡幕”多发生在节流孔 的后方, 对流量特性的影响比较小。因此气穴对节流 孔入口处及节流孔内的微观结构比较敏感。 () 3气穴发生时, 伴随着很大的噪声, 听起来是 “嘘嘘”的尖叫声。 经过试验测定发现, 这是由气穴 中气泡的产生和溃灭引起的。 同时油压发生高频脉 动, 脉动的频率在 200 以上。 这种脉动若与其它 H z 部件的固有频率耦合, 则有可能引发液压系统的高频 脉动。 11 F igF low charac ter ist ic w ith cav ita t ion 3 气穴现象对发动机工作特性的影响响。本文先分析气穴的产生机理, 然后针对气穴现象 固有的特点, 讨论其对发动机加速过程的影响, 并给 311 启动加速过程中的气穴现象 出相应的解决措施。 通过分析涡喷发动机供油调节系统的启动加速 过程, 可以看到稳压阀打开时, 泵出口压力已经基本 2 气穴现象的机理分析升至额定压力。此时燃油调节阀尚未打开, 限流器单 独向燃烧室供油。由于泵出口压力 上升很快, 燃油 p ep 211 气穴现象的物理过程 压力 的增长相对延后了一段时间, 因此限流器前p ef 当液体流过阻尼孔时, 静压在阻尼器的过流收缩 后的压差很大。对比 限流器的流量特性可知, 此时限断面处降落到最低, 当液流中的压力降低到液体的空 ,这段时间大约持续4 。随着燃 流器中出现气穴现象s气分离压时, 气体便从液体中分离出来, 这些气泡以 油调节阀打开, 燃油压力迅速上升, 到加速段的后半原有的一些小气泡为核心逐渐生成长大。当液体中的 部分和巡航状态时, 限流器前后的压差减小, 气穴现 压力进一步减小到略低于液体的饱和蒸气压时, 液体 ()象也就随之消失 见图 2。因此在加速段中, 限流器 将迅速汽化, 发生气穴现象。 中发生了气穴现象,并持续 4 左右, 这必将对供油s 212 气穴产生的条件 大量的实验研究证明, 对于长径比大于 2 的圆管 调节系统的正常工作产生一定的影响。节流器, 为使其在无气穴状态下工作, 必须在出口处 建立大于等于 22% 入口压力的背压, 即降落在节流 孔上的压差不应超过 0178。因此, 判断气穴发生的p 1 0178p , 其中 表示节流孔前的 经验公式为 ? p >1 p 1 压力。 213 气穴现象中的一些特点 节流器广泛应用于液压元件和液压系统中, 因此 气穴现象也广泛的存在于各种液压系统中。气穴现象 本身具有一些固有的特点, 通过研究这些特点, 不仅 可以进一步了解气穴现象的本质, 而且能够给出消除 12 F igp ep an d p ef in m ov in g an d acce lera t ion proce ss 气穴现象的方法。 产生气穴时, 有以下几个特点: () 1发生气穴后, 虽然阻尼孔前后的压差继续升 312 气穴现象对启动加速过程的影响 高, 但是流过节流孔的流量不再增加。这一特点可以 利用实测的试验数据和流量平衡原理, 计算得到称为气穴的“闭塞”特性。产生这一特性的原因是增 了历次启动加速过程中流量及压力的变化过程,G 3 加的压差消耗在气穴产生的汽化区上了。 孔单独供油阶段的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 流量为 220 典型的计算 ƒ, L h () 2节流位置入口的几何形状对气穴有相当大的 数据如表 1 所示。从上表计算的结果, 结合供油调节 影响。入口处没有圆角过渡的节流孔发生气穴后, 气 系统在启动加速过程中的具体工作过程, 可以知道气 穴所产生的“气泡幕”拥塞在节流孔中, 引发节流孔 的闭塞, 对流量特性的影响十分明显。而入口处有圆 穴现象对加速过程有以下几点影响。 ( ) 1由于 孔比较小, 孔口的微观结构, 如过渡G 3 推 进技 术 44 2000 年 部分的圆滑程度、表面粗糙度、毛刺、尖角等, 很难, 因此在测量中时工作在大压差段的工作时间比较长保持一致。而气穴的产生对节流位置入口处的微观结 应尽可能贴近其实际工作过程, 在小压差和大压差段 构十分敏感, 因此气穴的产生具有不确定性。所以对 加密测量点, 以保证测量得到得数据能够反映出限流 于不同的发动机或同一台发动机的不同加速过程, 气 器的实际工作状态。 412 消除气穴现象的方法穴的产生时间和影响程度都有所不同, 这就造成历次 启动加速过程在点火前后由 孔单独供油时, 燃油 对于一般的液压元件和系统, 可以采用合理设 G 3 的流量难以保持一致。从表 1 中可以看出, 孔单独计, 提高背压的方法来避免气穴的出现。对于涡喷发 G 3 动机的供油调节系统, 其结构和形式已经确定, 可以 供油时的的燃油流量从 150 , 200 不等, 这 ƒƒL hL h 使得点火前后发动机工作状态难以保持良好的一致 采用串联两个或多个节流孔的方法来消除气穴。即保 持总的节流效果不变, 让压差分别降落在几个节流孔 性, 对发动机正常可靠工作是不利的。 () 2由于气穴现象所固有的“闭塞”特性, 孔 上, 每个节流孔上的压差都限制在 0178之内, 通过 G 3 p 1 单独供油时的流量小于设计流量, 最大的差值达到 部件试验, 在串联两个圆管阻尼器之后, 破坏了气穴 70 ƒ。从设计角度来说, 孔供油量过小, 直接影产生的条件, 气穴现象因此也就消失了。L hG 3 响到发动机启动加速的时间和燃烧室中火焰燃烧的 5 结论稳定性, 更为严重的是, 一旦燃油调节阀卡死, 由于 孔供油量不足, 必将造成发动机贫油熄火。针对某涡喷发动机限流器中出现的气穴现象进G 3 行分析, 阐明了气穴产生的机理及其固有特点。针对 涡喷发动机供油调节系统的启动加速过程, 通过对试 Table 1 Ca lcula t ion va lue of pre ssure an d f lux 车数据的统计分析, 说明了气穴现象对发动机启动加 ƒ?p G , m ax M P a ()1ƒƒƒƒT e st N o Q G L h p sM P a ? p sM P a3 3 速过程造成的影响, 并提出了相应的对策, 经过部件 1 150 1115 0189 210 试验证明, 所提出的方法是有效的。 2 195 1193 1150 212 165 1129 212 13 180 参 考 文 献130 1102 212 14 160 1 陈寿阳 1 圆管阻尼器气穴研究 [: 学位论文 ] 1 哈尔滨: D 103 1158 212 25 200 哈尔滨工业大学, 1989, 71 6 160 1130 1102 212 21, Sauvagebo u ta r E D e sc laux J P red ic t io n o f cav ita t io n p e r2 2 7 170 1147 1115 212 fo rm ance and cho k ing f low lim it o f induce r s fo r co ld w a te r [ ] 1,and fo r f lu id s w ith th e rm o dynam ic effec t C A IA A ( ) 3伴随气穴现象所产生的压力脉动对发动机SA E , A SM E , and A SE E , Jo in t P rop u lsio n Co nfe rence, 的正常工作不利, 气穴产生的噪声和油压高频脉动对 1 199026 , , : 16, 18, th O r lando FL J u ly 燃烧室那火焰的稳定燃烧造成不利影响, 这对于点火 1, 3 B a lach anda rR am a sw am iC h a rac te r ist ic s o f sep a ra ted 初期发动机的稳定可靠工作是不利的。 [] 111, f low s inc lud ing cav ita t io n effec t s D P h D T h e sis () : 1, 19901M o n t rea l Q uebecCo nco rd ia U n iv 4 针对气穴现象所采取的措施埃斯波西托 1 流体动力与应用 [] 1 北京: 冶金工业出 4 A M 版社, 1992, 31 411 对限流器流量特性的测量 朱行健, 王雪瑜 1 燃气轮机工作原理及性能 [] 1 北京:M 5 目前测量限流器的流量特性所采用的方法是保 科学出版社 11992, 121 持限流器前的压力不变, 逐步增大限流器后的压力, 测量通过限流器流量, 以得到限流器的流量特性。通 () 责任编缉: 史亚红过分析发动机供油调节系统的启动加速过程, 可以看 到限流器的工作范围在 011 , 3 , 而且启动M P aM P a