1、第三章實驗裝置設(shè)計在上一章我們已經(jīng)詳細論述了壓氣機實驗裝置的實驗原理，方案選擇，還有實驗裝置的動力來源。在這一章里， 我們將詳細介紹實驗臺各個系統(tǒng)的設(shè)計過程，整個實驗裝置包括實驗裝置總體布局、本體設(shè)計、冷卻潤滑系統(tǒng)、燃 燒點火系統(tǒng)等。 3.1實驗裝置總體設(shè)計實驗裝置總體布局根據(jù)壓氣機實驗原理和我們選擇的實驗方案，我們設(shè)計了如圖3-1所示的實驗系統(tǒng)原理圖，實物圖3-2。由于實驗臺以壓氣機的測試為主，同時又可以做燃氣透平與零功率燃氣輪機特性測試實驗，如下闡述我們的總 體布局方案。首先，壓氣機特性測試過程中，壓氣機與渦輪透平部分由閥門2切斷，也就是上圖中閥門2關(guān)閉，渦輪透平依 靠外部氣源作為動力來啟

2、動并升速，這樣就可以帶動壓氣機運轉(zhuǎn)。測試過程中，壓氣機采用出口流量調(diào)節(jié)，依靠調(diào) 節(jié)閥門1不同的開度來實現(xiàn)不同的工況狀態(tài)（閥門1直通大氣）。在每一個工況條件下，可以通過調(diào)節(jié)外風源的流 量大小來實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速，也就是調(diào)節(jié)閥門3的開度。理論上，這樣通過測量壓氣機進出口空氣的溫度、壓力和流量， 以及壓氣機的轉(zhuǎn)速，壓氣機的特性曲線就可以完成了。但是如果僅靠外部氣源，需要外部氣源提供很高的壓力，才 能使壓氣機和渦輪機的轉(zhuǎn)速升高到60000rpm，這樣也是很不經(jīng)濟的，而且也不宜實現(xiàn)。為此，我們是這樣來實現(xiàn)的： 如圖所示，在渦輪機前我們增加了燃燒室，當具有一定壓力的空氣進入燃燒室后，通過噴油點火燃燒的辦法來提高溫

3、度變成高溫燃氣，提供透平膨脹 功率，從而提高透平的轉(zhuǎn)速和功率。通過調(diào)節(jié)噴油量和改變空氣流量我們將比較容易的控制轉(zhuǎn)速等實驗參數(shù)，如此 就可以達到實驗的基本條件了，進行壓氣機的特性實驗。5實驗裝置還可以做另外的一組實驗，即燃燒室和零功率燃氣輪機特性實驗，過程如下：閥門1全開，閥門2全 關(guān)，開啟閥門3使渦輪機開始升速，到一定的轉(zhuǎn)速后，噴油點火燃燒，逐漸開大閥門3增加空氣流量，同時逐漸增 加噴油量，這樣壓氣機的轉(zhuǎn)速也在逐漸升高，當觀測到壓氣機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到一定轉(zhuǎn)速而壓氣機出口壓力基本等于外氣 源的壓力時，逐漸關(guān)閉閥門1，開閥門2,同時關(guān)閉閥門3,這時渦輪增壓器就轉(zhuǎn)成自循環(huán)工作，而成為零功率燃氣 輪機。攝片

4、源3-1壓縮機布置方案圖和測試系統(tǒng)圖圖3-2壓縮機實驗裝置實物圖關(guān)于壓氣機實驗喘振的考慮在壓氣機實驗臺的設(shè)計過程中，壓氣機實驗中對喘振的考慮是尤其要重要的，我們先來了解喘振的發(fā)生。當壓 縮機在運轉(zhuǎn)過程中，流量不斷減小達到Qmin值時，就會在壓縮機流道中出現(xiàn)嚴重的旋轉(zhuǎn)脫離，流動嚴重惡化，使壓縮機出口壓力突然大大下降。由于壓縮機總 是和管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作的，這時管網(wǎng)中的壓力并不馬上減低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力就反大于壓縮機出口處的壓力， 因而管網(wǎng)中的氣體就倒流向壓縮機，一直到管網(wǎng)中的壓力下降至低于壓縮機出口壓力為止，這時倒流停止，壓縮機又開始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過壓縮機的流量又增大，壓縮機又恢復(fù)正常工作，但

5、當管網(wǎng)中的壓力 也恢復(fù)到原來的壓力時，壓縮機的流量又開始減小，系統(tǒng)中氣體又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始，就在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生 了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“喘振”。因此，喘振現(xiàn)象不但和壓縮機中嚴重的旋轉(zhuǎn)脫離有關(guān)，還和管網(wǎng)系統(tǒng)密切相關(guān)。管網(wǎng)的容量愈大，則喘振的振幅 愈大，頻率愈低。管網(wǎng)的容量愈小，則喘振的振幅愈小，頻率愈高。所以，導(dǎo)致喘振的先決條件，首先在于壓縮機越過最小流量值，產(chǎn)生了嚴重的旋轉(zhuǎn)脫離和脫離區(qū)的急劇擴大的情 況，但這時是不是會發(fā)生喘振現(xiàn)象，則和壓縮機與管網(wǎng)聯(lián)合工作時的性能曲線狀況有關(guān)。只有當管網(wǎng)性能曲線與壓 縮機性能曲線的交點，進入喘振界限之內(nèi)，才會發(fā)生喘振現(xiàn)象。如圖3-3所示，管

6、網(wǎng)性能曲線在1，2, 3的位置時 都不會發(fā)生喘振，當管網(wǎng)性能移到圖中4的位置，與壓縮機性能曲線相交于s點，而s點已進入喘振界限線之內(nèi)時， 才會出現(xiàn)整個系統(tǒng)的喘振現(xiàn)象。可以說壓縮機達到最小流量點而產(chǎn)生了嚴重的旋轉(zhuǎn)脫離是內(nèi)因，管網(wǎng)與壓縮機聯(lián)合 工作時，性能曲線狀況和交點的位置是條件，內(nèi)因只有在條件的促成下，才能發(fā)生特有的現(xiàn)象一一喘振。圖3-3壓氣機某轉(zhuǎn)速下喘振示意圖相關(guān)試驗已經(jīng)表明，在正常工況和喘振工況時，在壓縮機出口處測得的氣流速度和壓力情況有本質(zhì)的區(qū)別。在 正常工況下，壓縮機出口壓力的平均值高，而壓力的變動幅值很小，說明壓力場是穩(wěn)定的。其速度場也是如此。在 喘振工況時，壓力的平均值下降很多，且

7、振幅大，而速度的平均值非但下降，而且振幅非常大。這都說明在喘振工 況下，壓縮機內(nèi)氣流流動的規(guī)律行性已遭破壞，壓縮機已不再能正常壓送氣體了。在喘振點的壓縮機性能曲線可能是連續(xù)的，也可能是不連續(xù)的。目前還無法預(yù)知運轉(zhuǎn)中會出現(xiàn)哪一種情況。在 對葉輪進行試驗表明，若性能曲線是連續(xù)的，一般是當流量減小到快經(jīng)過Q點時，葉輪流道中先出現(xiàn)了小的脫離團， 再逐漸減小流量時，最初脫離團的數(shù)目增多了，然后出現(xiàn)了幾個團的聯(lián)合，以致形成一個大的脫離團（這個大團可 能占據(jù)葉柵的一半流通面積），最后才出現(xiàn)流道中完全脫離現(xiàn)象，發(fā)生了喘振。假使壓縮機性能不是連續(xù)的，一般 是在當關(guān)小閥門，流量經(jīng)過q時，在葉道中突然出現(xiàn)了一個大的

8、脫離團，并馬上發(fā)生喘振現(xiàn)象。在葉輪后裝有葉片 擴壓器時，發(fā)現(xiàn)會使脫離團數(shù)目減小，并在流量還較大時，便開始形成一個大脫離團，這時壓縮機的性能曲線也容 易出現(xiàn)不連續(xù)的情況。5, 8另外，壓縮機進口氣流的不均勻性，對旋轉(zhuǎn)脫離和喘振界限也有影響。不均勻性愈嚴重，旋轉(zhuǎn)脫離和喘振發(fā)生 的愈早，喘振界限也愈移向大流量。對壓縮機，可以在不同轉(zhuǎn)速下用實測法近似的得出各喘振點，如圖3-4所示，如圖中ABCD各點，將這些喘振 點連接起來，就得到一條喘振界限線，它可以視為通過原點的一條拋物線，該拋物線的的方程式為知=幅（3.1）式中外成為壓縮機多變能量頭為進口容積流量長為常數(shù) 顯然，只有具備如下條件，才能保證離心式壓

9、縮機在喘振區(qū)之外工作。hpdhpd圖3-4壓氣機喘振邊界線測試喘振現(xiàn)象對壓縮機使十分有害的，喘振時由于氣流強烈的脈動和周期性振蕩，會使葉片強烈振動，葉輪動應(yīng)力 大大增加，噪音加劇，使整個機組發(fā)生強烈振動，并可能損壞軸承，密封，進而造成嚴重的事故，但是至今為止， 對離心式壓縮機的喘振還掌握的很不夠，還不能從里論上比較正確的計算出性能曲線及喘振工況點，只能在壓縮機 的性能測試時，根據(jù)經(jīng)驗來近似的判斷是否已進入喘振工況了，其判斷方法大致有下面幾點：1.聽測壓縮機出口管道氣流的噪音：離心式壓縮機在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的正常工況下，其噪音較低且是連續(xù)性的，而 接近喘振工況時，由于整個系統(tǒng)產(chǎn)生氣流周期性的振蕩，因而在

10、出氣管道中，氣流發(fā)出的噪音也時高時低，產(chǎn)生周 期性變化，當進入喘振工況時，噪音立即大大增據(jù)，甚至暴音出現(xiàn)。 2.觀測壓縮機進口流量和出口壓力的變化：離心式壓縮機在穩(wěn)定工況下運行時，其出口壓力和進口流量的變 化是不大的，有規(guī)律的，且所測得得數(shù)據(jù)在平均值附近擺動，比那動得幅度很小，當接近或進入喘振工況時，二者 得變化都很大，發(fā)生了周期性大幅度得脈動，有時甚至發(fā)現(xiàn)有氣體從壓縮機進口處被倒推出來。3.觀測機體和軸承得振動情況：當接近或進入喘振工況時，機體和軸承都發(fā)生強烈得振動，其振幅要比平常 正常運行時大大增加。根據(jù)以上對喘振的了解，我們采用的避免喘振的主要措施是在接近喘振點附近，減緩壓氣機出口節(jié)流裝

11、置的調(diào)節(jié)速 度，如果發(fā)現(xiàn)壓氣機有異常，出現(xiàn)喘振的一些特征，立即開大壓氣機出口節(jié)流閥門的開度，實行放氣保護壓氣機， 避免喘振。 3.2實驗裝置主體實驗臺的主體部分主要包括實驗用壓氣機，壓氣機進氣段，壓氣機出氣段，渦輪機進氣段，渦輪機出氣段。壓氣機部分在安裝時，主要考慮的是振動問題，為了避免壓氣機運轉(zhuǎn)起來后的振動問題，在地面下1m處澆筑 兩座鋼筋混凝土柱子，然后把固定壓氣機的架子用膨脹螺栓鎖緊在鋼筋混凝土柱子上，這樣壓氣機運轉(zhuǎn)起來后整體 性就會比較穩(wěn)定。一.壓氣機進氣段的設(shè)計壓氣機進口段主要包括進口消音器、進口文丘里噴嘴、噴嘴前氣流整流段、噴嘴下游段和兩個連接段，系統(tǒng)圖 見3-5，實物圖見3-6。

12、1壓氣機進口連接2軟接頭 3文丘里噴嘴下游段 4文丘里噴嘴5文丘里噴嘴上游段6消音器連接段7進口消音器圖3-5離心式壓氣機進口段布置圖進口消音器的作用：一方面起到減小噪音，降低噪音的功效，另一方面還要過濾空氣中的較大的雜質(zhì)，以免一 些大的碎削進入壓氣機，損壞高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機葉片。進口文丘里噴嘴：選用ISO文丘里噴管測定流量，由于采用園弧過度，阻力損失小，從而降低流動過程中的壓 力損失，還有測量精度比較高。詳細的設(shè)計過程在下一節(jié)中將詳細介紹。柔性接頭：除了消音器和噴嘴部分外，還有消音器連接段和壓氣機進口連接段，柔性接頭。兩段連接段顧名思 義起到的作用僅僅是兩個部件之間的聯(lián)接過渡。柔性接頭的作用是

13、一方面衰減由壓氣機傳遞過來的振動，一方面起 到熱脹冷縮的作用。這樣就可以保護壓氣機，因為整個裝置都是剛性連接，有了柔性連接就能使壓氣機的振動不強 加給管路系統(tǒng)，壓氣機高速運轉(zhuǎn)起來后，蝸殼溫度還是很高的有兩三百度，柔性管可以有伸縮補償溫度變化產(chǎn)生的 位移。我們在壓氣機的進、出口和渦輪機的進、出口分別加上了柔性連接，這樣就可以把壓氣機本體的不利影響與 其它部分分割開來，這對壓氣機的正常運轉(zhuǎn)是很有利的。3壓氣機出口段自4壓氣機出口段4壓氣機出口段13壓氣機出口段自4壓氣機出口段4壓氣機出口段1連接段 軟接頭5壓氣機出口段5E壓氣機出口段ET壓氣機出口段T8壓氣機出口段8彎頭圖3-6離心式壓氣機進口段

14、布置圖二.壓氣機出口段的設(shè)計壓氣機出口段管路總圖如圖3-7,實物圖見3-8。這里出口段主要包括出口連接段，柔性連接段，防喘排空段， 閥門連接段，閥門與渦輪機部分的連接彎頭。這幾段的作用基本上是起到連接的作用，這幾段管道考慮的主要是單獨做壓氣機實驗時的工況調(diào)節(jié)和自循環(huán)做 實驗時的調(diào)節(jié)。出口段的總長度主要由渦輪機進口的長度決定，因為那一邊牽涉到燃燒器的位置和噴嘴的布置。為 了減小管道的阻力，盡量避免管徑的突變，壓氣機出口直徊130mm，圖中主干線上的管道直徑取為 150mm，排 氣管道取 100mm。管道的詳細尺寸見附錄。圖3-7離心式壓氣機出口段布置圖圖3-8壓氣機出口及渦輪機進口實物圖渦輪機進

15、口段的設(shè)計渦輪機進口段主要包括噴嘴進氣上游段、噴嘴、噴嘴下游段、燃燒器、柔性連接、進口連接段。總圖見3-9。其中 噴嘴上游段、下游段和噴嘴的設(shè)計標準和原理如上節(jié)所述。噴嘴的幾何尺寸如下。渦輪機進口連接段2.軟接管3.燃燒器出口收縮段4.燃燒器5.燃燒器噴油連接段6.噴嘴擴散段7.噴嘴8.噴嘴上游段圖3-9渦輪機進口布置圖渦輪機出口段的設(shè)計渦輪機出口段主要有排氣擴散段，柔性連接段和渦輪機出口連接管道。為了使出口的阻力降低，我們采用了擴 散段，管徑加粗，使渦輪機排氣被壓近似為大氣壓力。這樣排出來的煙氣壓力損失就非常小。總圖見3-10。1渦輪機出口聯(lián)接 z軟接頭3渦輪機出口連接彎頭4出口擴散段圖3-

16、10離心式壓氣機示意圖 3.3流量測量裝置的設(shè)計在熱力機械實驗中，被測流體的流量通常是指單位時間內(nèi)的流體的量。流量可用質(zhì)量單位表示，也可用體積流量表 示，它們之間的關(guān)系為：G = PQ（3.1）式中G表示單位時間內(nèi)流過的流體質(zhì)量，Q單位時間內(nèi)流過的流體體積p流過的流體密度由于p隨流體的其他狀態(tài)參數(shù)變化，因此在說明體積流量時，必須同時指出流體的參數(shù)。特別對于氣體，為了 便于比較，常需要把它在工作條件時的體積流量折算為標準狀態(tài)下的體積流量，用標準體積流量QN表示。流量的測量方法有直接測量和間接測量法。用標準容積（或標準質(zhì)量砝碼）和標準時間（頻率計時裝置）作為標準， 準確的測量出某一時間間隔內(nèi)流過的

17、總量，推算出單位時間內(nèi)的平均流量，這就是直接測量方法。這種方法常用作 為校驗其他形式流量計的標準裝置及燃油、滑油等消耗的計量，如測定液體體積的體積法。流量測量的另一種方法 就是通過測量和流量（或流速）有對應(yīng)關(guān)系的物理量的變化得出流量，這就是間接測量方法。目前工程上或科學(xué)實 驗中多采用這種方法，常用的間接測量方法有：節(jié)流差壓式，變面積式、渦輪機械式、旋渦式等等。這里我們著重介紹標準節(jié)流裝置。流體通過裝置在管道中節(jié)流件時，流束造成局部收縮，其流速提高，壓力減 小，這個節(jié)流件兩側(cè)的壓差與通過的流量有關(guān)，流量越大，壓差越大，所以能以此壓差作為流量度量的尺度，這種 利用壓力差的原理來測量流量的方法稱為節(jié)

18、流壓差法。把改變流束截面的節(jié)流元件、其取壓裝置和前后一定距離內(nèi) 的管道（包括一部分阻流件）總稱為測量流量的節(jié)流裝置。節(jié)流裝置中所用的節(jié)流件形式很多，有孔板、噴嘴等。它們的理論和基本方程都是相同的，不同的只是這些方 程中由實驗所得的某些系數(shù)。目前，其中幾種節(jié)流裝置在我國和國際上都已標準化。它們在完全符合國家已定的設(shè) 計、安裝和使用規(guī)程的各項條件時，流量和壓差之間的關(guān)系可不經(jīng)個別校準，而在規(guī)程中規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)直接 用計算方法確定。這種完全能用計算的方法確定其流量和壓差之間關(guān)系的節(jié)流件稱標準節(jié)流件，其成套裝置稱標準 節(jié)流裝置。根據(jù)我國現(xiàn)有標準（草案），對于標準節(jié)流件的形狀和取壓方式規(guī)定有如下幾種

19、：角接取壓標準孔板裝置；法 蘭取壓孔標準孔板裝置；角接取壓標準噴嘴。按照我國標準規(guī)程，標準節(jié)流裝置的使用是有條件的，這些條件除上 面敘述的外，還有如下幾點：各種計算和安裝使用不適用脈動流和臨界流的流量測量；流體必須充滿節(jié)流裝置，流 體在流進節(jié)流件前，其流束必須與管道軸線平行，不得有旋轉(zhuǎn)流。9, 10,11,12此外，上述這些標準節(jié)流裝置除具體結(jié)構(gòu)參數(shù)外，它們的基本原理、安裝要求等都類似。經(jīng)過比較我們選用ISO 文丘里噴管測定流量，相對于孔板形式的流量測量其優(yōu)點在于收縮段采用圓弧過渡，減小阻力，從而降低流動過程 中的阻力損失，且測量精度高。參照GB/T2624-1993的8.1和9.2噴管設(shè)計如

20、下：考慮到壓氣機進口直徑130mm，為了使噴嘴下游的流動損失最小，氣流經(jīng)過噴嘴候部后管路不再擴張或收縮， 所以噴嘴的喉部尺寸取為130mm。確定流量系數(shù)a與噴嘴直徑比6流量系數(shù)a在下列限制內(nèi)與雷諾數(shù)無關(guān)： 直徑比：與，5們喉部直徑：=%頊，喉部雷諾數(shù)：篁聞式中為噴嘴上游的空氣動力黏度，D上游風道的直徑d噴嘴喉部直徑a和6之間的關(guān)系有下列經(jīng)驗表達式給定：0.9858 0.196月牝 以=d n s（3.2）噴管形式為管道內(nèi)的文丘里噴管，其流量系數(shù)a的誤差ua （以表示）如下:膨脹系數(shù):(3.3)(膨脹系數(shù):(3.3)(3.4)(3.5)式中p流過噴嘴的壓差，根據(jù)壓氣機最大流量反算， p最大約15

21、15pa，pu噴嘴上游大氣壓力，膨脹系數(shù)的誤差u （以表示）如下：虬=（4 + 10。4）箜孔（3.6）當進口流量管的流量系數(shù)和膨脹系數(shù)一定時，便可以算出標準狀態(tài)下的質(zhì)量流量，Go =as J $ 后4 （3.7）根據(jù)上述公式，具體參數(shù)如下，取d = 0.13）= 0.20y? = 0.65 0.67喉部雷諾數(shù)R%:pe _4x0.8xl.885x10 x0.13=4.16X 106105空氣流量系數(shù)G0.9858-0.196y?4J= 1.0134經(jīng)計算 =0.985, k=1.4, P =0.1785同理可以計算渦輪機進口流量測量噴嘴 =0.985, k=1.4, P =0.1785根據(jù)上

22、面的計算和GB/T2624-1993，壓氣機進口流量測試噴嘴和渦輪機進口流量噴嘴的幾何尺寸見附錄。噴嘴上測壓孔的位置和大小分別按國標來取，噴嘴法蘭片和喉部分別各取四個均布靜壓孔，因為每個靜壓孔的 直徑都是很小的，四個孔可以防止個別的被堵塞，然后每處四個靜壓孔用導(dǎo)壓管相連，這樣可以得到比較均勻穩(wěn)定 的壓力。根據(jù)標準，噴嘴上游應(yīng)該有一段穩(wěn)流段，一般取6-10d，我們?nèi)?0d，在管道里加整流柵。下游段不采用擴 散段，但是下游段根據(jù)標準也是應(yīng)該有一段穩(wěn)流段的，我們均取3d。9,10,11,12,13,14 3.4油冷卻潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)對整個壓氣機實驗臺是至關(guān)重要的，因為整個實驗裝置要想正常運轉(zhuǎn)起來，首

23、先要保證壓氣機軸承能正常 潤滑。由于采用軸承選用的是高速油膜滑動軸承，需要潤滑油在一定壓力和溫度的條件下油膜才比較容易形成，同 時軸承產(chǎn)生的大量熱量也可以通過流動的潤滑油帶走，一旦潤滑失常，壓氣機的軸承就會由于發(fā)熱溫度過高而被燒 毀。所以我們應(yīng)該根據(jù)壓氣機潤滑的要求來設(shè)計一套完整、合理的潤滑體系。一.壓氣機潤滑的基本要求滑油系統(tǒng)采用外供油的方式，供油管道的油孔直徑不的小于壓氣機上的進油孔直徑。滑油濾清，為避免軸承嚴重磨損，必須在壓氣機前安裝滑油精濾器，濾清器的過濾精度必須小于35p m,過濾 效率必須大于99%，濾清器的濾芯在濾清器上的報警器報警時及時更換。潤滑油，所有適合于柴油機的潤滑油均適

24、用于本壓氣機，其粘度范圍為：所有潤滑油的雜質(zhì)成分必須滿足上述 要求。潤滑油應(yīng)經(jīng)常更換，以保證潤滑質(zhì)量，要求初運轉(zhuǎn)后，100小時后，應(yīng)清潔或更換滑油濾清片，正常運轉(zhuǎn)1000 小時后更換潤滑油。壓氣機進油壓力為4八6bar （表壓），潤滑油流量為25l/min。滑油壓力和流量測量以壓氣機滑油進口處壓力、 流量為準。油溫，在正常運轉(zhuǎn)情況下，潤滑油粘度在允許的粘度范圍內(nèi)，允許的進油溫度為tso=408（ C。滿負荷時，最 大溫度升高值為1=45 C,在啟動時進油溫度不低于10 C。6 .使用時，只有在潤滑油的流量和壓力達到規(guī)定的范圍，壓氣機才能啟動，在壓氣機停止運轉(zhuǎn)后，才能停止供油。二.潤滑系統(tǒng)的設(shè)計

25、根據(jù)以上對潤滑系統(tǒng)的要求，我們的潤滑系統(tǒng)主要要達到的目標是：一方面給壓氣機提供的潤滑油壓力和流量 要達到要求，一方面還有潤滑油的溫度要控制在所要求的范圍內(nèi)，還要保證潤滑油的清潔。我們設(shè)計了潤滑系統(tǒng)的 原理圖如3-9。U ip林間斷電源圖3-11壓氣機潤滑方案圖潤滑油的運行過程如下，首先油泵將潤滑油從儲油箱打出，通過調(diào)節(jié)閥門1和閥門2調(diào)節(jié)潤滑油的壓力和流量， 一部分潤滑油通過旁通管路返回油箱，直至壓力和流量達到要求為止，潤滑油接著流經(jīng)冷油器，在這里熱的潤滑油 經(jīng)過熱交換冷卻，然后流經(jīng)滑油細濾器，過濾后的滑油直接進入壓氣機進行潤滑和冷卻，經(jīng)過壓氣機后，滑油直接 回到儲油箱，完成一個循環(huán)。下面是各部

26、件的選擇。油箱的尺寸見附錄。對于油箱，為了滿足脫氣要求以及停車時能容納所有系統(tǒng)的全部回 油量，儲油箱的容積應(yīng)保證油能停留5至8分鐘。我們要求的流量25l/min，按8分鐘算，我們油箱至少應(yīng)有200的 容量，考慮到油箱不能全部裝滿，而且進入油箱回油速度很快，為防止溢出，我們的油箱總的容量設(shè)計為3001，而 且在油箱內(nèi)設(shè)置了三層高低不同的擋板，一方面可以避免滑油在油箱里的過度波動，使滑油可以以波浪的形式翻滾 前進，從油箱的一端到另一端，到出油端后，潤滑油已經(jīng)不會象油箱下油端那樣波動了，另一方面擋板還可以擋住 沉淀下來的雜質(zhì)。在油箱的出油口處，安裝粗濾器，過濾掉較大的雜質(zhì)。為了啟動方便，油箱內(nèi)還安裝

27、了預(yù)熱設(shè) 備，如果溫度較低，可以開啟加熱器，加熱器為兩根3千瓦的加熱棒。冷油器的選擇。潤滑油經(jīng)壓氣機的進出口最大溫差為40度，出口溫度最高125度，流量為25升/每分鐘，由 此可以算得每小時潤滑油帶走的最大熱量，Q = 40 x 25 x 60 x 0.9 x0.5 = 27000?(3/ th選擇冷卻水的流速4米每秒鐘，管徑25mm，由此每小時通過冷油器的水量為= 4x3.14x0.025x0.025/4x3600 = 7.0/b&t冷油器需要具有的換熱能力通過這些循環(huán)水把壓氣機軸承產(chǎn)生的熱量帶走，當冷油器進出口水的溫差大于5度時， 就可以這些熱量全部帶走。這對換熱器來說是很容易達到的。16

28、,17,18,19值得注意的是，潤滑系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)是非常重要的，一般情況下重要設(shè)備的潤滑都有備用潤滑方案，以便在緊 急情況下啟動保證機器的正常運轉(zhuǎn)。在這里，也考慮了兩套備用方案，一種可以另外備用一套油泵電機，與原來的 電機油泵連鎖，如果原來電機停止運轉(zhuǎn)至使?jié)櫥蛪合陆担瑒t備用油泵自動啟動保證潤滑；再有可以備用高位油箱， 或者將油箱與高壓氣體連接利用高壓氣體的壓力增加備用油箱內(nèi)的壓力，電磁閥也與原來電機油泵連鎖控制，一旦 原來潤滑系統(tǒng)不能正常工作，所有備用方案就自動啟動。 3.5實驗裝置燃燒系統(tǒng)設(shè)計實驗裝置的燃燒系統(tǒng)在實驗裝置中起著舉足輕重的作用，它是唯一能使壓氣機迅速升速到極高轉(zhuǎn)速的動力源。

29、燃燒系統(tǒng)主要包括如下幾個部分：如燃燒器，燃油泵，燃油流量調(diào)節(jié)裝置，燃油箱，還有高能點火裝置等。一.燃燒系統(tǒng)原理設(shè)計燃油系統(tǒng)的工作過程簡述如下：當啟動閥門打開后，壓氣機達到一定轉(zhuǎn)速，適合于點火后，啟動高能點火器， 使點火槍處于放電點火狀態(tài)，同時使燃油調(diào)節(jié)閥門處于全關(guān)狀態(tài)，然后啟動油泵電機，這時燃油被油泵出口閥門節(jié) 流，不能從油嘴噴出，緩慢調(diào)節(jié)燃油調(diào)節(jié)閥門的開度，提高油嘴前的油壓，當油嘴前的油壓達到7公斤以上時，根 據(jù)油嘴的特性可以知道，此時通過油嘴進入燃燒器的燃油已經(jīng)達到很好的霧化狀態(tài)，高能點火器就可以把燃油點燃， 由于油嘴連續(xù)噴油，火焰可以在燃燒器內(nèi)形成穩(wěn)定燃燒狀態(tài)這時應(yīng)該關(guān)閉點火器。實驗過程

30、中通過調(diào)節(jié)油量調(diào)節(jié)閥 門可以調(diào)節(jié)同一轉(zhuǎn)速條件下不同工況所需要的燃油量。燃燒系統(tǒng)原理圖如圖3-8所示。燃油量調(diào)節(jié)的機理：燃油量的調(diào)節(jié)主要由噴油嘴的特性決定，以3USgal/h的油嘴為例來說明其特性。從圖中可 以看到在一定壓力范圍內(nèi)，油嘴的流量變化是比較小的，由公式3.8可以知道油嘴流量的變化基本與壓力的平方根 成正比。而我們所需要的流量調(diào)節(jié)范圍遠遠大于同一油嘴所能承受的流量調(diào)節(jié)范圍，這就限制了我們在實驗中各種 轉(zhuǎn)速和工況下連續(xù)調(diào)節(jié)。從現(xiàn)有的條件來看，可以更換不同型號的油嘴來做不同轉(zhuǎn)速下壓氣機特性實驗。在同一轉(zhuǎn) 速下做實驗，通過調(diào)節(jié)噴油嘴前的壓力，改變噴油量的變化，根據(jù)我們給定的油嘴前壓力變化范圍，油嘴的噴油量 可以增加40%的范圍調(diào)節(jié)，這樣還是可以維持轉(zhuǎn)速變，即使壓氣機調(diào)節(jié)工況稍有變化。4,5,6（3.8）V如0伏圖3-12燃燒系統(tǒng)示意圖21圖3-13 3.5加侖噴油嘴噴油特性示意圖10567 S 9 10 111213 14 1516 17 V如0伏圖3-12燃燒系統(tǒng)示意圖21圖3-13 3.5加侖噴油嘴噴油特性示意圖1