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航空發動機試驗基礎設施及動力設備 版權信息
- ISBN：9787030743848
- 條形碼：9787030743848 ; 978-7-03-074384-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
航空發動機試驗基礎設施及動力設備 內容簡介
本書結合航空發動機試驗基礎設施及動力設備的理論與工程實踐，介紹了航空發動機試驗基礎設施及動力設備的相關技術、工作流程、設備系統及工程應用。全書共7章，包括緒論、氣源系統、空氣處理系統、冷卻水系統、燃油儲供系統、電力系統、航空發動機試驗基礎設施及動力設備發展展望等內容。
航空發動機試驗基礎設施及動力設備 目錄
目錄
渦輪機械與推進系統出版項目 序
“兩機”專項：航空發動機技術出版工程 序
前言
第1章緒論
1.1概述001
1.2航空發動機試驗與基礎設施及動力設備002
1.2.1基礎設施及動力設備在航空發動機試驗中的地位和作用002
1.2.2氣源系統005
1.2.3氣體處理系統008
1.2.4冷卻水系統009
1.2.5燃油儲供系統010
1.2.6電力系統011
1.3航空發動機高空模擬試驗設備對配套基礎設施及動力設備的要求011
1.3.1高空模擬試驗設備配套需求011
1.3.2高空模擬試驗設備配套動力設備的特點012
1.4航空發動機零部件試驗設備對配套動力設備的要求017
1.4.1主要零部件試驗設備需求概述017
1.4.2主要零部件試驗設備配套動力設備的特點018
1.5其他航空發動機試驗設備對配套動力設備的要求020
第2章氣源系統
2.1概述021
2.1.1供氣系統022
2.1.2抽氣系統023
2.1.3空氣管網系統024
2.1.4氣源系統設置026
2.2氣源系統工藝參數配置及工藝流程027
2.2.1供氣系統工藝參數配置029
2.2.2供氣流程配置030
2.2.3抽氣系統工藝參數配置031
2.2.4抽氣流程配置032
2.2.5仿真計算033
2.3壓縮機組選型035
2.3.1離心式壓縮機037
2.3.2軸流式壓縮機039
2.3.3其他類型空氣壓縮機041
2.4工程應用045
2.4.1壓縮機組的起動047
2.4.2壓縮機組的防喘048
2.4.3壓縮機組串并聯運行051
2.5空氣管網配置062
2.5.1空氣管網組件064
2.5.2主要設計參數074
2.5.3空氣管道布置075
2.5.4管道應力分析083
2.6其他系統配置086
2.6.1進氣系統086
2.6.2排氣放空系統090
第3章空氣處理系統
3.1概述091
3.1.1空氣干燥系統091
3.1.2空氣降溫系統095
3.1.3空氣加溫系統096
3.2空氣干燥系統配置098
3.2.1空氣干燥過程基本原理098
3.2.2吸附干燥法103
3.2.3冷凍干燥法106
3.2.4典型空氣干燥系統實例107
3.3空氣降溫系統配置110
3.3.1空氣降溫過程基本原理110
3.3.2換熱降溫113
3.3.3渦輪膨脹機降溫117
3.3.4氣波制冷機降溫121
3.3.5典型空氣降溫系統實例129
3.4空氣加溫系統配置134
3.4.1天然氣加溫系統137
3.4.2空氣電加溫器145
3.4.3電加溫器的選型計算156
3.4.4大型空氣電加溫系統實例158
3.4.5管件與閥門選型160
第4章冷卻水系統
4.1概述162
4.2設備對冷卻水水質的要求162
4.2.1試驗設備163
4.2.2氣源機組及試驗器配套設備163
4.3水處理系統164
4.3.1原水預處理165
4.3.2軟化水制備166
4.3.3循環水水質控制169
4.4供水循環方案.169
4.4.1開式直流水系統170
4.4.2開式循環水系統170
4.4.3閉式循環水系統172
4.5循環水泵運行173
4.5.1循環水泵運行方案173
4.5.2循環水泵配置174
第5章燃油儲供系統
5.1概述177
5.2航空發動機試驗對燃油儲供系統的要求178
5.2.1燃油中的雜質178
5.2.2污染度的要求178
5.2.3供油壓力和流量的要求179
5.3燃油系統儲供方案179
5.3.1氣壓供油179
5.3.2重力供油181
5.3.3油泵供油181
5.4油庫的配置182
5.4.1油庫油品的種類183
5.4.2油庫的總儲油量183
5.4.3供回油路數及單路供油量183
5.4.4油庫的配置方案183
5.5燃油加降溫系統185
5.5.1燃油加降溫系統要求186
5.5.2設備組成186
5.5.3工藝流程186
第6章電力系統
6.1概述188
6.2大功率電動機189
6.2.1大功率電動機的主要分類189
6.2.2大功率電動機的結構形式192
6.2.3 大功率電動機的起動方式192
6.2.4大功率電動機的選型193
6.3大功率變頻系統196
6.3.1變頻裝置的基本原理及分類197
6.3.2功能需求及選型198
6.3.3系統構成及特點201
6.4大功率軟起動系統205
6.4.1各種軟起動裝置的分類206
6.4.2固態軟起動裝置的工作原理207
6.4.3功能需求及設備選型207
6.5供配電系統208
6.5.1負荷統計分析209
6.5.2總體方案設計210
6.5.3總降壓站及配電站210
6.5.4接線方式212
6.5.5系統短路電流計算214
6.5.6主要設備選擇216
第7章航空發動機試驗基礎設施及動力設備發展展望
7.1航空發動機試驗基礎設施及動力設備安全可靠性設計要求219
7.1.1系統可靠性設計要求220
7.1.2系統自動化監測設計要求222
7.2航空發動機試驗基礎設施和動力設備智能化和信息化發展展望224
7.2.1氣源機組智能控制系統224
7.2.2空氣管網狀態監測與故障診斷數據釆集系統225
7.2.3空氣系統試驗流程智能規劃與管控系統226
7.2.4全壽命周期管理與生產安全信息化管控系統227
7.2.5智能管網運行狀態監測系統、遠程健康管理系統227
7.2.6智能化能源管理系統229
7.2.7智能化模擬試驗運行操作系統229
7.3航空發動機試驗技術發展對動力設施和設備參數調節精度及響應快速性的要求230
7.3.1空氣系統230
7.3.2燃油供應系統232
7.4小結232
參考文獻233
渦輪機械與推進系統出版項目 序
“兩機”專項：航空發動機技術出版工程 序
前言
第1章緒論
1.1概述001
1.2航空發動機試驗與基礎設施及動力設備002
1.2.1基礎設施及動力設備在航空發動機試驗中的地位和作用002
1.2.2氣源系統005
1.2.3氣體處理系統008
1.2.4冷卻水系統009
1.2.5燃油儲供系統010
1.2.6電力系統011
1.3航空發動機高空模擬試驗設備對配套基礎設施及動力設備的要求011
1.3.1高空模擬試驗設備配套需求011
1.3.2高空模擬試驗設備配套動力設備的特點012
1.4航空發動機零部件試驗設備對配套動力設備的要求017
1.4.1主要零部件試驗設備需求概述017
1.4.2主要零部件試驗設備配套動力設備的特點018
1.5其他航空發動機試驗設備對配套動力設備的要求020
第2章氣源系統
2.1概述021
2.1.1供氣系統022
2.1.2抽氣系統023
2.1.3空氣管網系統024
2.1.4氣源系統設置026
2.2氣源系統工藝參數配置及工藝流程027
2.2.1供氣系統工藝參數配置029
2.2.2供氣流程配置030
2.2.3抽氣系統工藝參數配置031
2.2.4抽氣流程配置032
2.2.5仿真計算033
2.3壓縮機組選型035
2.3.1離心式壓縮機037
2.3.2軸流式壓縮機039
2.3.3其他類型空氣壓縮機041
2.4工程應用045
2.4.1壓縮機組的起動047
2.4.2壓縮機組的防喘048
2.4.3壓縮機組串并聯運行051
2.5空氣管網配置062
2.5.1空氣管網組件064
2.5.2主要設計參數074
2.5.3空氣管道布置075
2.5.4管道應力分析083
2.6其他系統配置086
2.6.1進氣系統086
2.6.2排氣放空系統090
第3章空氣處理系統
3.1概述091
3.1.1空氣干燥系統091
3.1.2空氣降溫系統095
3.1.3空氣加溫系統096
3.2空氣干燥系統配置098
3.2.1空氣干燥過程基本原理098
3.2.2吸附干燥法103
3.2.3冷凍干燥法106
3.2.4典型空氣干燥系統實例107
3.3空氣降溫系統配置110
3.3.1空氣降溫過程基本原理110
3.3.2換熱降溫113
3.3.3渦輪膨脹機降溫117
3.3.4氣波制冷機降溫121
3.3.5典型空氣降溫系統實例129
3.4空氣加溫系統配置134
3.4.1天然氣加溫系統137
3.4.2空氣電加溫器145
3.4.3電加溫器的選型計算156
3.4.4大型空氣電加溫系統實例158
3.4.5管件與閥門選型160
第4章冷卻水系統
4.1概述162
4.2設備對冷卻水水質的要求162
4.2.1試驗設備163
4.2.2氣源機組及試驗器配套設備163
4.3水處理系統164
4.3.1原水預處理165
4.3.2軟化水制備166
4.3.3循環水水質控制169
4.4供水循環方案.169
4.4.1開式直流水系統170
4.4.2開式循環水系統170
4.4.3閉式循環水系統172
4.5循環水泵運行173
4.5.1循環水泵運行方案173
4.5.2循環水泵配置174
第5章燃油儲供系統
5.1概述177
5.2航空發動機試驗對燃油儲供系統的要求178
5.2.1燃油中的雜質178
5.2.2污染度的要求178
5.2.3供油壓力和流量的要求179
5.3燃油系統儲供方案179
5.3.1氣壓供油179
5.3.2重力供油181
5.3.3油泵供油181
5.4油庫的配置182
5.4.1油庫油品的種類183
5.4.2油庫的總儲油量183
5.4.3供回油路數及單路供油量183
5.4.4油庫的配置方案183
5.5燃油加降溫系統185
5.5.1燃油加降溫系統要求186
5.5.2設備組成186
5.5.3工藝流程186
第6章電力系統
6.1概述188
6.2大功率電動機189
6.2.1大功率電動機的主要分類189
6.2.2大功率電動機的結構形式192
6.2.3 大功率電動機的起動方式192
6.2.4大功率電動機的選型193
6.3大功率變頻系統196
6.3.1變頻裝置的基本原理及分類197
6.3.2功能需求及選型198
6.3.3系統構成及特點201
6.4大功率軟起動系統205
6.4.1各種軟起動裝置的分類206
6.4.2固態軟起動裝置的工作原理207
6.4.3功能需求及設備選型207
6.5供配電系統208
6.5.1負荷統計分析209
6.5.2總體方案設計210
6.5.3總降壓站及配電站210
6.5.4接線方式212
6.5.5系統短路電流計算214
6.5.6主要設備選擇216
第7章航空發動機試驗基礎設施及動力設備發展展望
7.1航空發動機試驗基礎設施及動力設備安全可靠性設計要求219
7.1.1系統可靠性設計要求220
7.1.2系統自動化監測設計要求222
7.2航空發動機試驗基礎設施和動力設備智能化和信息化發展展望224
7.2.1氣源機組智能控制系統224
7.2.2空氣管網狀態監測與故障診斷數據釆集系統225
7.2.3空氣系統試驗流程智能規劃與管控系統226
7.2.4全壽命周期管理與生產安全信息化管控系統227
7.2.5智能管網運行狀態監測系統、遠程健康管理系統227
7.2.6智能化能源管理系統229
7.2.7智能化模擬試驗運行操作系統229
7.3航空發動機試驗技術發展對動力設施和設備參數調節精度及響應快速性的要求230
7.3.1空氣系統230
7.3.2燃油供應系統232
7.4小結232
參考文獻233
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航空發動機試驗基礎設施及動力設備 節選
第1章緒論 1.1概述 航空發動機研制過程中需要進行大量的試驗驗證，由于航空發動機技術復雜、研制周期長、投入多，而且高性能發動機飛行包線越來越寬，對性能、可靠性和耐久 性的要求越來越高，需要試驗驗證的內容和科目也越來越多。 航空發動機零部件試驗包括以下幾種： （1）發動機風扇/壓氣機試驗； （2）發動機燃燒室試驗； （3）發動機渦輪試驗； （4）發動機結構強度試驗； （5）發動機機械系統試驗； （6）發動機燃油及控制系統試驗； （7）發動機空氣系統與傳熱試驗； （8）發動機進排氣系統試驗等。 航空發動機整機試驗包括以下幾種： （1）發動機整機地面（室內臺）試驗； （2）發動機整機地面（露天臺）試驗； （3）發動機模擬高空（環境）試驗； （4）發動機飛行試驗等。 目前國際上著名的航空發動機制造公司，為提高自己產品的競爭力，所進行的考 核科目、試驗內容都比規范要求的多得多，都建有不同形式和規格的試驗設備及配套 的基礎設施和動力設備，如直接參與試驗的工藝空氣氣源系統、空氣處理系統，以及冷 卻水系統、燃油儲供系統、電力系統等設備設施。 航空發動機的試驗需求促進了試驗設施的發展。20世紀50年代以前，航空發 動機的試驗主要進行的是零部件試驗，該時期的試驗設備規模較小，投資不大。20世紀50年代后，世界各國的航空發動機整機試驗進入高速發展階段，其間美、蘇、 英、法等國競相大力發展航空發動機高空模擬試車臺（簡稱高空臺），其中以美國 ASTF （ The Aeropropulsion System Test Facility ）高空臺、蘇聯 D^AM 高空臺、英國 NGTE（National Gas Turbine Establishment）高空臺、法國 CEPR 高空臺等為代表， 部分國家高空臺試驗能力對比見圖1.1。在這一階段，對空氣流量的需求呈現 階躍式變化，是高空臺技術迅速發展的一個顯著特征，這導致氣源系統、水系統、 電力系統等其他動力設施的規模也越來越大，使其占總投資的比例越來越高，達 到60%～70%，同時這些動力設施的建設周期長、工藝流程復雜、配套動力設備 設計制造難度大，因此航空發動機試驗基礎設施及動力設備的建設不僅是綜合 國力的體現，也是航空發動機試驗設備安全、綠色、高效、智慧運行的關鍵因素 之一。 1.2航空發動機試驗與基礎設施及動力設備 1.2.1基礎設施及動力設備在航空發動機試驗中的地位和作用 航空發動機的產品研制和技術進步離不開大量的零部件試驗和整機試驗，因 此，世界航空強國都建立了自己的航空發動機零部件試驗和整機試驗設備，特別是 高空模擬試驗設備能夠在地面（不受季節和氣候條件限制）模擬與航空發動機空 中飛行高度和飛行馬赫數條件下對應的進、排氣環境，以滿足發動機研制發展過程 中研究性試驗、飛行前規定試驗、定型試驗、改進改型試驗及排故試驗等的需求。 從1937年德國建立起**座沖壓式發動機高空模擬試驗設備起，全世界已有美 國、英國、法國、蘇聯、中國、日本等國家建設了不同類型的35座高空臺，近100個 試驗艙。據公開資料統計，美國建立了 10座高空臺、幾十個試驗艙;英國建立了 3 座高空臺、5個試驗艙;法國建立了 1個試驗基地、4個試驗艙。高空臺的建立對世 界航空動力技術的發展起到了極大的推動作用。這些高空臺大多是直接連接式試 驗臺，采用連續氣源供氣模擬進氣條件，高空高度的模擬采用了排氣冷卻器和大型 抽氣壓縮機組。 位于美國田納西州的阿諾德工程發展中心（Arnold Engineering Development Center， AEDC）的推進系統試驗設備（ASTF）于1985年完成建設，建設周期10年， 耗資6. 25億美元。ASTF高空臺包含了一個滿足發動機試驗條件的氣源設施和兩 個高空模擬試驗艙（一個是直接連接式試驗艙，另一個是自由射流試驗艙）。氣源 設施包含氣源系統和空氣處理系統，氣源系統包含的供氣系統有6臺大型壓縮機 組;抽氣系統有12臺抽氣壓縮機，總的抽氣容積流量達220 000m3/min。空氣處理 系統包含空氣加溫爐，可使試驗艙的進口溫度達793°C ;降溫采用膨脹渦輪，空氣 流量為720 kg/s，溫度可達-101°C。冷卻裝置及氣源機組冷卻器冷卻用循環水水量為10.5xl04m3/h。其高空臺的大量投資用于氣源以及大型的循環水、電力、燃 油儲供等動力設施。從國內外的建設經驗來看，航空發動機試驗器的基礎設施及 動力設備建設不僅建設投資大、建設周期長，而且大型動力設備建造困難，牽涉復 雜的工藝流程和運行技術，因此航空發動機試驗器的基礎設施及動力設備在試驗 設備的建設中占據了舉足輕重的地位。 通過美國ASTF高空臺（圖1. 2）的氣源設施的配置可以了解，航空發動機核心 零部件試驗器和整機試驗器離不開龐大的配套基礎設施及動力設備，其中，包括大 量供氣和抽氣的大型空氣壓縮機組、龐大的連接試驗器與動力設備以及實現流程 控制和參數調節的動力管道系統。要滿足不同功率和推重比的發動機完整的飛行 包線范圍的試驗，氣源系統的能力是關鍵，而氣源系統能力的提升離不開大型空氣 壓縮機組設計和制造技術的進步與發展。高空模擬試驗中需要模擬被試發動機的 飛行高度，與飛行高度相對應的發動機排氣環境壓力就是通過高空模擬試驗設備 中的抽氣系統建立的;而高空模擬試驗中需要模擬的被試發動機的進氣速度則是 通過高空模擬試驗設備中的供氣系統實現的。因此，供氣系統和抽氣系統中的空 氣壓縮機組是高空模擬試驗設備中的關鍵設備，其能力在一定程度上直接決定了 高空臺的試驗能力范圍。由此可見，航空發動機試驗設備及試驗技術的發展與配 套的基礎設施和動力設備的技術進步密切相關，如與氣源壓縮機組的能力、運行技 術及試驗艙的尺寸、能力及試驗技術相適應。隨著氣源壓縮機組串并聯運行技術 的成熟，通過多級機組搭配運行模式的改變，能夠滿足日益提升的高空模擬試驗需 求;而單臺機組的流量、壓比和安全裕度越大，調節范圍越寬，試驗效能就越高;控 制與測試越精確，則操作就越簡單，試驗運行的可靠性，以及試驗時調節的靈活性、安全性就越高。 航空發動機試驗設備配套的基礎設施和動力設備主要有以下幾類： （1）氣源系統，由供抽氣壓縮機組、空氣管網系統和輔助空氣系統組成； （2）空氣處理系統，包括空氣干燥及降溫系統、空氣加溫系統，以及蒸汽生產 和輸送系統、天然氣系統； （3）冷卻水系統； （4）燃油儲供系統； （5）電力系統。 以上分類沒有嚴格的規定，根據習慣、功能布局或方便管理可自行定義分 類。在本書中按照作者的習慣將航空發動機試驗動力設施分為五大類。為便于 敘述，也可將動力設施分為十個大類，即供抽氣壓縮機站、電力系統、空氣干燥及 降溫系統、空氣加溫系統、空氣管網系統、冷卻水系統、燃油儲供系統、天然氣系 統、蒸汽生產和輸送系統以及輔助空氣系統。在本書中還是按照五大類進行分 類描述。 由于試驗基地當地的資源差異，航空發動機試驗設備類型和所開展的試驗科 目的差異，以及采用的設備和工藝的差異，配套的基礎設施及動力設備也會有所不 同，例如，在一個缺乏天然氣資源的地區建立試驗基地，可以用燃油加溫爐或空氣 電加溫爐來代替天然氣加溫爐；而當發動機負溫試驗時，如果在轉氣前直接將負溫 空氣排人放氣塔，則可能造成放氣塔結冰堵塞和消聲裝置損壞，所以需要將負溫空 氣與過熱蒸汽摻混，當混合后的氣體溫度升至正溫5°C左右時，再排人放氣塔。隨 著放氣塔結構的改進和消聲裝置材料的改進，可直接用燃氣加溫爐的加熱空氣與 負溫空氣進行摻混，使空氣溫度提升到5C左右后，再排人放氣塔，這樣就不必配 置蒸汽生產系統。 航空發動機高空模擬試車臺的基礎設施及動力設備具有流量大、規模大、運行 費用高等特征，航空發動機零部件試驗器的動力設備則具有流量小、溫度高、壓力 高、規模較小、頻繁運行等特點，其動力設備的配置可靈活多變，例如，氣源需求較 小時可在試驗器附近獨立配置壓縮機組（如螺桿式壓縮機組等）；空氣處理通過一 套設備（電加溫爐、冷干機、氣波機等）就能滿足;燃油可采用油罐車進行儲供，而 不必建設龐大的設備設施。 1.2.2氣源系統 1.供氣與抽氣壓縮機組 供氣壓縮機組提供航空發動機試驗所需的壓縮空氣，通過空氣加溫設備、空氣 降溫設備、空氣管網系統在發動機進口提供模擬飛行速度和氣候工況條件下所要 求的工作壓力、溫度和流量;而抽氣壓縮機組是在發動機出口建立與飛行高度對應的大氣環境壓力，抽走試驗中發動機排出的燃氣。因此空氣壓縮機組是航空發動 機試驗氣源系統中的關鍵設備。 航空發動機試驗氣源系統中的供氣與抽氣壓縮機組一般米用離心式壓縮機組 和軸流式壓縮機組。我國早期使用的氣源壓縮機組均為離心式壓縮機組，是20世 紀六七十年代由上海汽輪機廠和沈陽鼓風機廠仿制的蘇聯產品，離心式壓縮機葉 輪結構的突出特點是經久耐用，特性線平緩，喘振裕度大，但效率較低。隨著國家 制造業設計水平和制造能力的快速提升，實現了離心式壓縮機組和軸流式壓縮機 組單臺機組的完全自主研制，陜西鼓風機（集團）有限公司研制的軸流式壓縮機單 臺機組空氣流量已經達到20 000 m3/min，單臺機組壓比達到9，機組結構模型見圖 1.3，大大減少了試驗機組的臺數和由此帶來的煩瑣的并網操作步驟，提高了試驗 運行的可靠性。目前，我國的航空發動機試驗用供氣與抽氣壓縮機組既有離心式 壓縮機組，也有軸流式壓縮機組。根據壓縮機性能和機組用途，通常將離心式壓縮 機組用作供氣壓縮機組，將軸流式壓縮機用作抽氣壓縮機組。 圖1.3大型軸流式壓縮機結構仿真模型圖 2.空氣管網系統 空氣管網系統包括管道、管件、閥門和補償器，用于連接試驗器與空氣系統設 備（包括供抽氣壓縮機組、空氣加溫設備、空氣降溫設備），實現試驗流程控制和工 況調節。對于航空發動機高空模擬試驗設備、風扇/壓氣機試驗設備、渦輪試驗設 備和燃燒室試驗設備而言，空氣系統設備和空氣管網系統不是簡單的能源生產和 輸送設備，而是試驗器不可分割的有機整體。空氣系統設備及空氣管網系統是這 些試驗器的關鍵組成部分，設備及管網規模宏大，流程復雜，是試驗方法和試驗技 術實現的途徑。
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