一种三相涡流分离器性能评估试验设备

摘要

本发明涉及一种三相涡流分离器性能评估试验设备，包括机架和配电控制箱，机架上安装有油气混合装置、滑油输入装置、空气输入装置、储油罐和三相涡流分离器，油气混合装置通过管道连接到三相涡流分离器的输入口，油气混合装置配合有颗粒物投放装置，滑油输入装置与油气混合装置连接的管道上设置有第一液体流量计，空气输入装置与油气混合装置连接的管道上设置有第一气体流量计；三相涡流分离器的滑油出口通过管道与机架上设置的油液收集器连接、空气出口通过管道和第二气体流量计与机架上设置的过滤器连接，油液收集器通过第二液体流量计和管道与储油罐连接；实现固液气三相分离性能试验，能够使油液的回收循环利用效率提高。

权利要求

1.一种三相涡流分离器性能评估试验设备，包括机架和配电控制箱，所述机架上安装有油气混合装置、滑油输入装置、空气输入装置、储油罐和三相涡流分离器，其特征在于，滑油输入装置和空气输入装置通过管道与油气混合装置连通，且滑油输入装置与储油罐连通，油气混合装置通过管道连接到三相涡流分离器的输入口，所述油气混合装置配合有用于将铁磁性颗粒投放到油气混合装置内的颗粒物投放装置，滑油输入装置与油气混合装置连接的管道上设置有第一液体流量计，空气输入装置与油气混合装置连接的管道上设置有第一气体流量计；三相涡流分离器的滑油出口通过管道与机架上设置的油液收集器连接、空气出口通过管道和第二气体流量计与机架上设置的过滤器连接，油液收集器通过第二液体流量计和管道与储油罐连接，所述油气混合装置包括混合横管和混合竖管，滑油输入装置与混合横管连通，空气输入装置与混合横管上的混合进气口连接，混合竖管设置混合出口和颗粒物投放装置，且混合竖管上还通过三通接头连接有用于显示混合油气压力的第一压力变送器和反应混合油气温度的温度计，油液收集器与储油罐连通的管道上设置有第二压力变送器，所述颗粒物投放装置包括两块投放管安装块，两块投放管安装块之间设置有竖直走向的颗粒投放管，且投放管安装块内开设有与颗粒投放管内径一致的投放孔，下部的投放管安装块下侧设置有投放连接头，投放连接头与混合出口的三通结构通过接管夹卡紧固定，所述颗粒投放管为透明玻璃管，两端插入到投放管安装块内，两块投放管安装块通过投放锁管锁紧螺栓锁紧，混合竖管与投放连接头接触的部分设置有控制开合的手动阀，上部的投放管安装块上也安装有投放管连接头，且上部的投放管连接头的内径小于颗粒投放管的内径，下部投放管连接头的内径大于颗粒投放管的内径，上方的投放管连接头通过接管夹可拆卸连接有投放接气管，投放接气管连接气泵，从投放接气管向下吹出的气流压力为混合油气送入到三相涡流分离器压力的3倍以上。

2.根据权利要求1所述的一种三相涡流分离器性能评估试验设备，其特征在于，所述油液收集器内设置有用于感应回收颗粒的金属磨粒传感器，且金属磨屑传感器能对回收的颗粒进行计数。

3.根据权利要求1所述的一种三相涡流分离器性能评估试验设备，其特征在于，滑油输入装置包括与储油罐通过管道连通的滑油加热装置，滑油加热装置的出油端连接有油泵，油泵通过管道与油气混合装置连通，且第一液体流量计安装在油泵与油气混合装置之间的管道上。

4.根据权利要求1述的一种三相涡流分离器性能评估试验设备，其特征在于，所述空气输入装置包括与空压机连通的空气过滤器，空气过滤器有第一出气口和第二出气口，第一气体流量计安装在第一出气口和混合进气口连通的管道上，第二出气口通过管道和气泵与投放接气管连通。

说明书

一种三相涡流分离器性能评估试验设备

技术领域

[0001] 本发明涉及装备制造领域，尤其涉及一种三相涡流分离器性能评估试验设备。

背景技术

[0002] 航空发动机的润滑系统需要用到油液分离器，所采用的油液分离器为三相涡流分流器，用于将混合的润滑介质中的滑油、空气和金属磨屑进行分离，然而航空发动机的油液分离器要求高，具体性能要求如下：

[0003] 油气分离器应能够将回油中的空气分离并排除至通风管，空气输出效率应不低于98%；

[0004] 油气分离器应能够将回油中的滑油分离并输出到油箱，滑油分离效率应不低于90%；

[0005] 分离器应保证从0.05mg（约500um×500um×25um）到0.13mg（约762um×762um×25um）范围的铁磁性颗粒分离效率不低于70%；从0.13mg（约762um×762um×25um）到0.8mg（约1000um×1000um×100um）范围的铁磁性颗粒，分离效率不低于85%。

[0006] 三相涡流分离器分离出的空气会携带部分滑油，刚好用于航空发动机的油封，而分离出的滑油则是用于循环使用，航空发动机在运作时，由于齿轮等传动件的运动必然会出现磨损，因此滑油中必然会出现金属磨屑，油气分离器需要对滑油中的金属磨屑进行分离，确保再次使用的油液的金属颗粒含量少，不会影响到航空发动机的运行。

[0007] 针对航空发动机的三相涡流分离器的高要求，在进行生产、使用或者更换时，需要对其性能进行测试，目前的油气分离性能测试， 大多都是将油气混合后，送入油气分离器，然后将分离出的气体排出，将滑油回收到储油罐中进行循环使用，现有的油气分离性能测试用于航空发动机的三相涡流分离器性能测试，存在诸多缺陷，第一点是没有进行颗粒物的分离测试，第二是三相涡流分离器分离出的空气会携带部分滑油，刚好用于航空发动机的油封，在进行试验时，这部分油液直接排出了，会导致循环使用的油液越来越少。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种三相涡流分离器性能评估试验设备，在油气混合时能够投放铁磁性金属颗粒，在完成油气分离后，能够对排出的气体进行过滤，将气体中携带的油液进行过滤回收，实现固液气三相分离性能试验，同时能够使油液的回收循环利用效率提高。

[0009] 为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种三相涡流分离器性能评估试验设备，包括机架和配电控制箱，所述机架上安装有油气混合装置、滑油输入装置、空气输入装置、储油罐和三相涡流分离器，滑油输入装置和空气输入装置通过管道与油气混合装置连通，且滑油输入装置与储油罐连通，油气混合装置通过管道连接到三相涡流分离器的输入口，所述油气混合装置配合有用于将铁磁性颗粒投放到油气混合装置内的颗粒物投放装置，滑油输入装置与油气混合装置连接的管道上设置有第一液体流量计，空气输入装置与油气混合装置连接的管道上设置有第一气体流量计；三相涡流分离器的滑油出口通过管道与机架上设置的油液收集器连接、空气出口通过管道和第二气体流量计与机架上设置的过滤器连接，油液收集器通过第二液体流量计和管道与储油罐连接。

[0010] 通过颗粒物投放装置将铁磁性金属颗粒投放到混合油气中，实现固液气三相分离性能试验，在完成油气分离后，通过过滤器将气体中的油液进行过滤回收，能够使油液的回收循环利用效率提高。

[0011] 优选的，所述油液收集器内设置有用于感应回收颗粒的金属磨粒传感器，且金属磨屑传感器能对回收的颗粒进行计数。

[0012] 在油液收集器内设置金属磨粒传感器，可以将分离出来的滑油中的铁磁性金属颗粒进行收集，确保进入到储油罐内的滑油不含金属颗粒，不会干涉到后续的测试，且能够对收集的铁磁性颗粒进行计数，根据计数量和投放量，可以计算出分离效率，无需停机拆下三相涡流分离器人工数颗粒。

[0013] 优选的，所述油气混合装置包括混合横管和混合竖管，滑油输入装置与混合横管连通，空气输入装置与混合横管上的混合进气口连接，混合竖管设置混合出口和颗粒物投放装置，且混合竖管上还通过三通接头连接有用于显示混合油气压力的第一压力变送器和反应混合油气温度的温度计，油液收集器与储油罐连通的管道上设置有第二压力变送器。

[0014] 将油气混合装置设计成横管和竖管的结构，将颗粒物投放装置和混合出口设置在竖管上，如此可以方便颗粒的投放和混合。

[0015] 优选的，所述颗粒物投放装置包括两块投放管安装块，两块投放管安装块之间设置有竖直走向的颗粒投放管，且投放管安装块内开设有与颗粒投放管内径一致的投放孔，下部的投放管安装块下侧设置有投放连接头，投放连接头与混合出口的三通结构通过接管夹卡紧固定。

[0016] 优选的，所述颗粒投放管为透明玻璃管，两端插入到投放管安装块内，两块投放管安装块通过投放锁管锁紧螺栓锁紧。

[0017] 将颗粒投放管设置成透明玻璃管，方便投料观察。

[0018] 优选的，混合竖管与投放连接头接触的部分设置有控制开合的手动阀。

[0019] 手动阀的设计，在完成颗粒物投料后将手动阀闭合，如此无需封堵结构即可避免混合油气进到颗粒物投料装置内。

[0020] 优选的，上部的投放管安装块上也安装有投放管连接头，且上部的投放管连接头的内径小于颗粒投放管的内径，下部投放管连接头的内径大于颗粒投放管的内径。

[0021] 对上部投放连接头、投放管和下部投放连接头的内径设计，在进行颗粒物投料（颗粒物是混在滑油中的）时，使滑油和颗粒物能够竖直下落，避免粘到内壁的情况出现。

[0022] 优选的，上方的投放管连接头通过接管夹可拆卸连接有投放接气管，投放接气管连接气泵，从投放接气管向下吹出的气流压力为混合油气送入到三相涡流分离器压力的3倍以上。

[0023] 手动阀配合投放接气管的设计，在将颗粒物倒入后，先接上投放接气管，通过气泵向颗粒投放管吹气，然后打开手动阀，如此可以在混合油气动态送入到三相涡流分离器的状态下将颗粒物进行投放，并且能够避免投放过程中混合油气进入到颗粒投放管中。

[0024] 优选的，滑油输入装置包括与储油罐通过管道连通的滑油加热装置，滑油加热装置的出油端连接有油泵，油泵通过管道与油气混合装置连通，且第一液体流量计安装在油泵与油气混合装置之间的管道上。

[0025] 优选的，所述空气输入装置包括与空压机连通的空气过滤器，空气过滤器有第一出气口和第二出气口，第一气体流量计安装在第一出气口和混合进气口连通的管道上，第二出气口通过管道和气泵与投放接气管连通。

[0026] 滑油输入装置和空气输入装置均能够实现定流速输送，如此可以实现动态油气动态混合平衡，能够模拟出航空发动机润滑介质的动态状态。

[0027] 本发明的有益效果为：在油气混合时能够投放铁磁性金属颗粒，实现固液气三相混合，在完成油气分离后，能够对排出的气体进行过滤，将气体中携带的油液进行过滤回收，实现固液气三相分离性能试验，同时能够使油液的回收循环利用效率提高。

附图说明

[0028] 图1为一种三相涡流分离器性能评估试验设备正向立体示意图。

[0029] 图2为一种三相涡流分离器性能评估试验设备的反向立体示意图。

[0030] 图3为油液收集器和过滤器的立体示意图。

[0031] 图4为油气混合装置和颗粒物投放装置的立体示意图。

[0032] 图5为实施例1省略接管夹的颗粒物投放装置的立体示意图。

[0033] 图6为实施例2省略接管夹的颗粒物投放装置的立体示意图。

[0034] 图7为颗粒物投放装置的剖视图。

[0035] 图中所示文字标注表示为：1、机架；2、配电控制箱；4、储油罐；5、三相涡流分离器；6、滑油加热装置；7、油泵；8、第一液体流量计；9、油气混合装置；10、混合进气口；11、混合出口；12、颗粒物投放装置；13、空气过滤器；14、第一出气口；15、第二出气口；16、油液收集器；
17、过滤器；18、第二压力变送器；19、第二液体流量计；20、第二气体流量计；51、混合横管；
52、混合竖管；53、第一压力变送器；54、接管夹；55、温度计；56、颗粒投放管；57、投放管安装块；58、投放管锁紧螺栓；59、投放管连接头；60、投放孔；61、投放接气管；62、手动阀。

具体实施方式

[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 本申请的滑油输入装置、空气输入装置、三相涡流分离器、滑油加热装置、油液收集器、金属磨粒传感器、液体流量计和气体流量计等均是由配电控制箱进行供电和控制，且测量的数据也直接反馈到配电控制箱并在配电控制箱连接的电脑显示屏上进行显示。

[0038] 实施例1

[0039] 如图1‑5和图7所示一种三相涡流分离器性能评估试验设备，包括机架1和配电控制箱2，所述机架1上安装有油气混合装置9、滑油输入装置、空气输入装置、储油罐4和三相涡流分离器5，滑油输入装置和空气输入装置通过管道与油气混合装置9连通，且滑油输入装置与储油罐4连通，油气混合装置9通过管道连接到三相涡流分离器5的输入口，所述油气混合装置9配合有用于将铁磁性颗粒投放到油气混合装置9内的颗粒物投放装置12，滑油输入装置与油气混合装置9连接的管道上设置有第一液体流量计8，空气输入装置与油气混合装置9连接的管道上设置有第一气体流量计；三相涡流分离器5的滑油出口通过管道与机架1上设置的油液收集器16连接、空气出口通过管道和第二气体流量计20与机架1上设置的过滤器17连接，油液收集器16通过第二液体流量计19和管道与储油罐4连接，所述油液收集器
16内设置有用于感应回收颗粒的金属磨粒传感器，且金属磨屑传感器能对回收的颗粒进行计数，所述油气混合装置9包括混合横管51和混合竖管52，滑油输入装置与混合横管连通，空气输入装置与混合横管51上的混合进气口10连接，混合竖管52设置混合出口11和颗粒物投放装置12，且混合竖管52上还通过三通接头连接有用于显示混合油气压力的第一压力变送器53和反应混合油气温度的温度计，油液收集器16与储油罐4连通的管道上设置有第二压力变送器18，滑油输入装置包括与储油罐4通过管道连通的滑油加热装置6，滑油加热装置6的出油端连接有油泵7，油泵通过管道与油气混合装置连通，且第一液体流量8计安装在油泵7与油气混合装置9之间的管道上，所述空气输入装置包括与空压机连通的空气过滤器
13，空气过滤器13通过带有第一气体流量计的管道与混合进气口10连通；所述颗粒物投放装置包括两块投放管安装块57，两块投放管安装块57之间设置有竖直走向的颗粒投放管
56，且投放管安装块57内开设有与颗粒投放管内径一致的投放孔60，下部的投放管安装块
57下侧设置有投放连接头59，投放连接头59与混合出口的三通结构通过接管夹54卡紧固定，所述颗粒投放管56为透明玻璃管，两端插入到投放管安装块57内，两块投放管安装块57通过投放锁管锁紧螺栓锁紧58。

[0040] 在正常情况下，油泵与油气混合装置之间还设置单向阀，空气过滤器与油气混合装置之间也设置单向阀，在使用本申请时，先将整个机构通过管路连接好，然后准备好试验用的铁磁性金属颗粒，并计量好颗粒数量f，一般是超过100粒，之后再将准备好的铁磁性金属颗粒倒入烧杯中，然后再往烧杯中倒入滑油，使滑油与铁磁性颗粒混合，如此完成铁磁性金属颗粒的准备工作，然后将准备的铁磁性金属颗粒从投放孔60倒入颗粒投放管56内，进而使混合有铁磁性金属颗粒的滑油进入到混合竖管内，在倒入的过程中，观察混合有铁磁性金属颗粒的滑油是否粘在颗粒投放管56的内壁上，完成投放后，将颗粒物投放装置拆下后密封或者将颗粒物投放装置进行密封，然后通过油泵以特定的流量（一般是81‑107L/min）往油气混合装置9内送入加热的滑油，同时通过空压机将空气抽入到空气过滤器，然后以特定流量（一般是162‑214L/min）往混合进气口10通入空气，在油气混合装置9内完成动态的油气混合，并与倒入的铁磁性金属颗粒进行混合，之后从混合出口11经管道后送入到试验的三相涡流分离器5进行分离试验；经过三相涡流分离器5分离出来的滑油经过管道输送后进入到油液收集器16中，油液收集器16中金属磨粒传感器将滑油中没有分离干净的颗粒物进行收集并计数h，之后油液经过第二液体流量计19后通过管道输送后进入到储油罐进行循环使用，经过三相涡流分离器5分离出来的气体通过管道和第二气体流量计20后输送到过滤器17，通过过滤器17将气体中携带的滑油分离，分离出来的滑油输送到储油罐，气体则是直接排出；然后选择稳定的时间，一般是开始试验后3min到结束试验前3min的时间段内选取一段时间，如10‑15min，通过配电控制箱反馈出此段时间内第一液体流量计的变化量a，第二液体流量计的变化量b，第一气体流量计的变化量c，第二气体流量计的变化量d，其中b/a则是滑油分离效率；d/c则是空气输出效率；而颗粒物的分离效率则是（f‑h）/f；如此可以通过试验得到三相涡流分离器的三个分离效率数据，能够更为准确的判断出三相涡流分离器的性能好坏。

[0041] 实施例2

[0042] 如图1‑7所示，相比实施例1的区别在于，混合竖管52与投放连接头59接触的部分设置有控制开合的手动阀62，上部的投放管安装块57上也安装有投放管连接头59，且上部的投放管连接头59的内径小于颗粒投放管56的内径，下部投放管连接头的内径大于颗粒投放管56的内径，上方的投放管连接头59通过接管夹54可拆卸连接有投放接气管61，投放接气管61连接气泵，从投放接气管61向下吹出的气流压力为混合油气送入到三相涡流分离器5压力的3倍以上；同时将空气过滤器13设置成两个出口，第一出气口14通过带有气体流量计的管道与混合进气口10连通，第二出气口15通过管道和气泵与投放接气管61连通。

[0043] 改进后的方案，可以进行连续的分离试验，在设定的时间内添加铁磁性金属颗粒，具体操作如下，空气输入和滑油输入的流程与实施例1一致，在需要添加铁磁性金属颗粒时，先将混合有铁磁性金属颗粒滑油从上部的投放管连接头59倒入，直至被手动阀62拦截，然后通过接管夹54将上部的投放连接头59与投放接气管61连接，通过气泵输入高压气流，之后再打开手动阀62，通过高压气流将混合有铁磁性金属颗粒的滑油吹入到混合竖管52内，由于高压气流的压力大于混合油气的压力，可以确保混合油气不会进入手段阀62之上的部位，在高压气流通入20s后关闭手动阀62，如此完成了动态状态下的颗粒物投放，在测试状态下，可以进行多次颗粒物的投放，比如间隔30min投放一次颗粒物，投放的颗粒物数量和颗粒物的大小均可以不相同，只需记录每次投放的数量，然后再统计在下次投放前，金属磨粒传感器的收集量即可，可以计算出每一次投放的颗粒物的分离效率，进而可以测试出三相涡流分离器对不同大小的铁磁性金属颗粒物的分离效率，能够更加全面的反馈出三相涡流分离器的性能。

[0044] 需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0045] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。