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        飛機模擬機液壓油冷卻系統(tǒng)研究

        2018-12-31 00:00:00李磊李振陽張平禪雷虹
        大科技·C版 2018年12期

        摘 要:飛機模擬機的動力核心是一套液壓系統(tǒng)。通過液壓系統(tǒng)的工況變化,實現(xiàn)模擬機的各個飛行動作。而液壓系統(tǒng)面臨的一個傳統(tǒng)難題就是液壓油的發(fā)熱,模擬機液壓系統(tǒng)對液壓油溫度的要求更加苛刻。不適當?shù)挠蜏貏荼貢ο到y(tǒng)性能及設備壽命造成巨大傷害,嚴重時甚至導致被迫停機。模擬機的運作是動態(tài)連續(xù)的,那么液壓系統(tǒng)的做功也必然是動態(tài)連續(xù)變化的,因而導致液壓油升溫的熱量也是動態(tài)變化的。我們所要解決的就是尋求一個動態(tài)冷量,使這個冷量和使液壓油升溫的熱量達到一個動態(tài)平衡,將油溫恒定在最佳工作溫度。

        關鍵詞:液壓油;油溫;冷量;動態(tài)平衡

        中圖分類號:V216.8 文獻標識碼:A 文章編號:1004-7344(2018)35-0228-01

        1 模擬機液壓系統(tǒng)概況

        模擬機承載著某型機的全部飛行培訓任務,每天連續(xù)工作20h,全年基本無休,工作負荷非常大,在這樣的環(huán)境下,還要確保模擬機系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行,難度較大,而油溫是保證這套系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行的關鍵。

        需要改造一套冷卻系統(tǒng),保證液壓油工作溫度控制在35~45℃之間(最好是恒定在這之間的某個溫度值,波動越小越好,越利于系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行),設置報警裝置。全年24h連續(xù)工作,可利用率大于96%,設備運行噪音小于68dB。

        該模擬機系統(tǒng)液壓油流動情況如圖1所示。

        如圖1所示,整個系統(tǒng)的動力源是兩臺55kW的液壓泵(峰值是77kW)和一臺11kW的小型循環(huán)泵。當模擬機開啟后,兩臺液壓泵啟動,液壓油開始在系統(tǒng)內循環(huán),通過與管道及閥組摩擦產生大量熱能,熱能除一小部分散到空氣中外,大部分被液壓油吸收,油溫開始逐漸提升,當油溫升至30℃時,模擬機才可以進行飛行動作,這時一部分能量轉化為模擬倉飛行動作的有用功,仍然有大部分能量通過摩擦傳入液壓油,在無冷卻系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)故障的情況下,油溫繼續(xù)升高,當升至55℃時,系統(tǒng)報警,升至58℃時,被迫停機。

        2 水冷液壓油冷卻系統(tǒng)研究

        水冷系統(tǒng)的終端是輸出一個冷量[1],這個冷量用于平衡液壓油的富余熱量。富余熱量的大小、變化是我們最關心的參數(shù)??偰茉椿竞愣?,兩臺液壓泵輸出110kW,很少一部分由電機發(fā)熱散發(fā)到空氣中,大部分轉化為液壓油動能,液壓油推動液壓缸對模擬倉做有用功,在流動過程中,不斷與閥組、管壁摩擦,轉化為熱能,一部分散入空氣,大部分熱能導致液壓油溫度不斷升高。

        總能源=有用功+液壓油恒溫熱量+富于熱量+散失熱量

        總能源恒定,液壓油恒定在38℃所需熱能恒定,散失的能量很少(可認為基本恒定),有用功屬于連續(xù)變化量,那么根據(jù)能量守恒定律,富于熱量[3]也是連續(xù)變化的。從而需要一個連續(xù)變化的冷量與之匹配。

        關鍵在于如何實現(xiàn)冷量的變化,并且恰好與富余熱量匹配。選用比例式三通電動調節(jié)分流閥,將其溫度傳感器置于輸油管路上,將油溫的變化與閥門的開啟度聯(lián)系起來,即將油溫的高低與水量的大小聯(lián)系到一起,并且配備旁通,將多余水量回流,以避免憋壓,保證水系統(tǒng)壓力恒定。

        溫度傳感器檢測油溫,反饋給控制器,控制器根據(jù)油溫高低輸出命令給執(zhí)行器,調節(jié)閥門開啟度,控制換熱水量與回流水量的大小。

        總進水量=換熱水量+回流水量

        油溫設定值38℃,當檢測油溫高于38℃,閥門橫向開啟度增大,豎向開啟度相應減少,換熱水量增大,回流水量相應減少;當檢測油溫低于38℃,則反之。這樣就將油溫與換熱水量關聯(lián)起來,即實現(xiàn)了富余熱量與冷量的匹配,富余熱量(油溫)變化,冷量(水量)隨之變化,并保持動態(tài)平衡,保證油溫恒定在38℃,波動僅±1℃。

        模擬機啟動后,液壓系統(tǒng)開始循環(huán),液壓油開始升溫,同時循環(huán)泵也開始工作,液壓油進入換熱器,水系統(tǒng)循環(huán)泵也隨之啟動,循環(huán)介質(水或防凍液)開始循環(huán),但并未進入換熱器,而是經三通閥回流。當油溫升至30℃時,模擬倉開始模擬動作,油溫繼續(xù)升高,當油溫升至38℃并有上升趨勢時,比例閥開始動作,水進入換熱器,油溫上升速率下降,油溫繼續(xù)升高,水溫升高,回水溫度超過20℃時,冷水機組兩個壓縮機開始逐個啟動,水溫開始下降,油溫下降,經過大約10min,油溫恒定于38℃,進水溫度和出水溫度也恒定不變,只是閥門開啟度在有用功大小變化時進行調整,由于閥門控制的滯后性,溫度會有±1℃的波動,基本恒定于38℃。

        3 總 結

        這種液壓油水冷冷卻系統(tǒng)能夠有效的將油溫恒定在最佳工作油溫,最大偏差僅±1℃,熱交換效率高,可靠性高。冷凍水循環(huán)使用,節(jié)省資源,有效的屏蔽了外界環(huán)境溫度對模擬機運行的影響,徹底的解決了風冷系統(tǒng)存在的噪音問題,利用電動調節(jié)閥控制水量來實現(xiàn)換熱量的控制,可適應模擬機不同工況下?lián)Q熱量的波動,能夠始終保持制冷量略大于或等于產熱量,最大限度的節(jié)省能源。

        參考文獻

        [1]李樹林,南曉紅,冀兆良.《制冷技術》.機械工業(yè)出版社.

        [2]陶怡安,傅文德,等.《給水排水設計手冊》.中國建筑工業(yè)出版社.

        [3]陸耀慶,季 偉,等.《供熱空調設計手冊》.中國建筑工業(yè)出版社.

        收稿日期:2018-11-3

        作者簡介:李 磊(1986-),男,陜西西安人,工程師,本科,主要從事飛機數(shù)字化裝備設計與氣動裝備設計工作。

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