喷气推进实验系统 燃气轮机动力实验设备

设备简介：

一套完整的喷气推进实验系统，按照航空标准设计、制造真实的航空燃气轮机发动机，具有别的稳定性，设备可使用多种类型的汽油、煤油或柴油混合燃料，并且无需预热，整套设备一键式电控启动，整合美国NI数据采集系统，计算机全程监测采集实验数据，极其适用于航天航空燃气轮机中热力学相关的入门和深入知识的学习，以及燃气轮机运行原理的教学授课研究。

燃气轮机主体结构及传感器分布

概  述

? 配置齐全的教学用喷气推进动力系统燃气轮机动力系统 

? 适用于综合性大学、技术学院、军事学院和中等职业学校的教学及培训 

? 按照航空标准设计、制造的燃气轮机发动机  

? 集成的测试单元，无需进行任何调整  

? 温度和压力的参数值直接由显示仪表实时显示在主控制台上 

? MiniLab?所配置的发动机有别的稳定性和可靠性  

? 完全仪表化的用户控制面板，OneTouch?自动启动功能是其一大特色 

? 通过USB线，连接DigiDAQ?数据采集系统 

? 用户可定制实时数据计算机显示界面 

? 设计满足ABET 4 与 ABET 6 标准 

? 即到即用，无需再增加或购置其它设备 

? 配有整套用户操作手册、主要运行指令列表与安全手册 

? 为终用户提供符合要求的质量保证 

? 设备全部在美国设计与加工制造 

用途及特点

燃气轮机动力系统是一套完整的， 用于工程、 技术及军事院校教学与科研的微型实验室系统。 其燃气发动机是所有主流燃气轮机类型的典型代表， 可直接用于演示教科书中的空气当量布雷顿循环及燃气轮机循环。此外，学生还能将流体力学、热力学、燃烧和燃气轮机循环等理论知识应用于实际的发动机操作过程当中。基于使用 MiniLab?所获得的知识及经验可直接应用于航空、航海涡轮推进及工业燃气透平的实际操作中。 SR-30发动机由美国燃机公司（TTL）设计制造，是MiniLab?的部件，包括离心式压气机、环形回流燃烧室、轴流式透平等。SR-30基本发动机循环流程如下：周围空气通过喇叭型进气道进入发动机，经过压缩、扩散后进入燃烧室。在引擎尾部均匀分布着6个雾化喷油嘴，喷嘴喷出的燃料与附近的空气混合，启动时由点火器引燃，然后便开始自维持燃烧。 加热后的燃烧气体膨胀并通过导叶环加速带动透平旋转。 由于透平动叶与压气机动叶是同轴的，从而也带动了压气机旋转。燃气经过透平之后到达尾喷管，尾喷管是一个典型的渐缩喷管，燃气在喷管内加速膨胀，对引擎产生推力。后，燃烧尾气返回周围空气中，从而完成热力学循环。 为了保证设备的安全和性能， 该款设备都是下订单后再生产， 并且绝不使用任何二手的军用或剩余部件。所有部件均属内部生产，采用电子控制真空熔模铸造，使每个部件内部无空隙和杂质，符合规格要求。计算机数控加工中心程度保证了加工零件的。每款组件材料的选择都会从其机械特性， 耐用性和使用寿命这三个因素进行考虑， 从而选出的原料。 燃烧室部件和导叶环均使用Inconel  718合金铸造， 透平叶轮使用CMR247超级合金铸造。发动机所有用料均可追溯来源，适用于燃气轮机发电，并被证实符合预期要求。装配好的整机会经过严格的测试及检测。 由于SR-30是由TTL专门设计制造用于MiniLab?  燃气轮机动力系统的组件，因此，在装入MiniLab? 燃气轮机动力系统的过程中不会出现任何棘手的改动。 

MiniLab?所有组件均封装在一个坚固的钢制机壳中， 并在底部装有脚轮， 方便移动和存放，无需对其结构进行调整，或增配其它组件。SR-30发动机安全地安装在机舱内部，其外部由透明的聚碳酸酯材料制成的外壳包住，使用户能清晰明了的观察整个燃机运行的过程。所有发动机附件，包括燃料油系统和润滑油系统，均位于机体后方，不需要专门的发动机附件驱动， 这样在进行热力学与性能分析时消除了非本质需要考虑的发动机负载因素。 安全可靠的空气启动方式提供稳定和容易的发动机操作， 从而不需要附加的电子启动器、 复杂的耦合、笨重的电缆、高安培数电流或辅助电池。所有燃料雾化过程都在燃料控制单元内部和其临近的燃料喷嘴中 完成， 无需任何其它类型的气态燃料用于启动， 可使用多种类型的煤油或柴油混合燃料，并且无需预热或软化。 便捷的“一键”控制系统是MiniLab?的一大特色， 控制系统安装在操作面板液晶屏幕下的自动启动控制箱中， 控制箱由一个专用的可编程控制器和一个专门设计的控制板及自带电源组成，所有采集到的信号终都进入这个控制箱。系统经过对不同信号的处理，发出不同的指令：维持当前运行、改变运行状态或紧急停机。系统参数在发动机运行的所有阶段都由电子发动机控制单元进行监测， 任何在安全方面的超限将会使发动机自动停机， 始终连续监测着燃料液位和润滑油液位， 这样就避免了由于没油干转而损坏油泵的可能性。 发动机的速度是完全可控的， 一块液晶显示屏将给操作员显示任何系统故障， 总运行时间和循环次数将被记录下来。 几乎所有对引擎的操作都可以仅通过按键或调节来完成， 一个明确标示的紧急停机键，可以安全地让机组停止运行。

工业级的传感器测量所有发动机站的参数以及整个系统的变量， 并实时显示在与之相连的计算机上。 发动机的直接推力通过使用安装在立式止推轴承设备上的、 已校准的测力传感器测量，消除了具有苛刻校准要求的线性支撑所固有的问题。系统集成了一套基于USB连接的数字数据采集系统，并且已经标定。通过用户定制的软件可自定义数据显示界面，无需另行编程，采集数据可以存储下来以便后续分析使用。配置的传感器可实时测量流量，推力和压力比，其计算结果可与测量结果进行比较分析。 我方可依据特定教学及科研要求，提供设计、技术及制造等方面的信息和规格等材料；应教学及培训需求，可提供真实发动机部件及系统部件。此外，我方作为原设备生产商，可提供全套系统零部件。整套MiniLab? 系统，包括SR-30发动机可享受两年质保，也提供必要的附加服务、技术支持和现场操作培训（需额外付费）。 配备全面系统的用户操作手册， 主要运行指令列表可以让用户快速掌握MiniLab?燃气动力系统操作，安全指令给出了所有运行操作规范。 

实验内容

实验与研究内容包括：科学、工程、热力学及环境等方面的研究。由于在设备的各部位均配置有传感器，因此，不仅可在MiniLab?进行物理及化学等相关实验，而且也可供研究生阶段学生进行科研实验。 标准的工程热力学与流体机械课程教材中的举例可在MiniLab?上得到实证，学生可通过实际操作，认识课本理论的限制性及实验技术中多种变化因素。除教学用外， MiniLab?还是熟悉航空、 军用燃气轮机及喷气发动机操作等相关培训的实验设备。  

燃气轮机相关计算实例

可用测量得到的压气机进口温度、压力，透平进口温度、压力，透平排气温度、压力，燃料流量，入口和出口面积，进行相关计算，包括： 

? 压气机分析-压气机压比计算，压气机能耗，旋转速度及压气效率 

? 透平分析-总功率与输出功率，膨胀比和透平效率 

? 循环/布雷顿类型循环（等压循环）分析-质量流量，入口与出口速度，测量点温度与压力，燃烧与热效率，某种燃料消耗与产生的能量/推力 

? 燃烧分析-过量空气和燃料空气比率系数 

? 基本分析-雾化和喷嘴性能与效率 

主要技术参数及配置

体积：

40 x 42 x 62 英寸 (102 cm x 107 cm x 158 cm) (不带包装) 

48 x 54 x 70 英寸 (122 cm x 137 cm x 178 cm) (带包装) 

重量： 

460 磅 (208 kg) (不带包装) 

614 磅 (276 kg) (带包装) 

配置: 

数字量： 高速数据采集系统 

可用户定制数据输出的数据采集软件 

笔记本电脑，用于进行实时数据显示(Windows XP系统) 

DigiDAQ 数据采集系统 （通过USB线与计算机相连） 

20 路模拟量输入- 16 路数字量输入输出- 4 路脉冲量输入 

传感器（预装且经过校准） 

? 压气机入口温度、压力(T1/P1) 

? 压气机出口温度、压力(T02/P02) 

? 透平级入口温度、压力(T03/P3) 

? 透平级出口温度、压力(T04/P04) 

? 推力喷嘴温度、压力(T05/P05) 

? 燃料流量 

? 推力 

? 发电机转速(RPM) 

数字与模拟显示：在操作员面板上显示的 

? 透平入口温度数字显示(TIT) 

? 排气温度数字显示(EGT) 

? 发电机转速数字显示(RPM) 

? 润滑油压模拟指示 

? 发电机压力模拟指示 

? 启动空气压力指示 

操作面板上的控制键： 

主控开关：    采用钥匙开关-保证设备安全使用和控制 

绿色启动按钮：按压式-激发发动机启动流程，多功能按钮 

红色停止按钮：按压式-激发发动机停机流程，多功能按钮 

T字把手功率控制杆-控制发电机转速 

集成的LCD显示-实时显示系统状态 

运行条件/限制： 

设计推力：40 磅 (178 N) 

核准燃料：    航空 A, A-1, B; JP-4, 5, 8;  

煤油，柴油，燃料油 #1 or #2 

排气温度：    1328? F (720? C) 

质量流量:     1.1磅/s (0.5 kg/s) 

点火系统：    气隙，电容高压放电型密封点火线圈与火花塞 

压缩机类型：  单级离心式（离心压气机） 

透平类型：    单级轴流透平 

设计转速: 87000RPM  

发电机安放方式：允许由承载单元获得径直推力的轴尖轴承支撑 

发动机压缩比： 3.4  

发动机压力比： 30.0 

专用燃料消耗量：1.2L/H 

核准润滑油：   MIL-PRF-23699F-STD 

发动机直径：   6.8英寸（17cm） 

发动机长度:    10.8 英寸 (27 cm) 

运行要求： 

安装于普通实验室或教室 

电源:     120V单相 60Hz（根据要求可提供220V机型） 

压缩空气： 典型的120PSI工厂压缩空气  

购买说明

? 由整套燃气轮机动力系统构成的发动机，专为工程教学而设计生产 

? 发动机采用了离心式压气机、环形回流燃烧室、轴流式透平 

? 发动机采用新生产的部件进行装配 

? 所有部件均采用真空精密铸造或精密数控机床加工 

? 所有耐高温组件均采用17-4 ph不锈钢、Inconel®718或CMR 247超级合金

制成 

? 发动机所有用料均可追溯来源并通过质量检验 

? 所有组件都安置在坚固的钢制底盘上，底盘带有可移动脚轮 

? 所有系统表层金属均采用不锈钢、 阳极氧化膜或涂料喷涂以增加耐用性和抗磨损性无需对系统进行调整或增添其它组件 

? 发动机安置于透明的防护罩内，从而可清晰明了的观察整个运行过程 

? 用户可手动控制整个运行过程 

? 用户控制面板包括数字TIT, EGT,和 RPM显示器、指示润滑油压力、发动机压比和空气压力的模拟表、钥匙主控开关、绿色启动运行按钮、红色停止运行按钮、T型把手功率操纵杆组成。  

? 系统配备已校准的变送器与热电偶，可测量压气机入口、出口，透平级入

口、出口，推力喷嘴出口处的温度与压力，燃料流量、推力和发动机压气机/透平转速。 

? 发动机推力由负载单元进行测量，并可直接显示推力值。 

? 配备通过USB数据线连接的计算机数据采集系统，用户可以定制采集软件实现对模拟量、数字量和脉冲量信号的采集与记录。 

? 全自动化发动机启动装置及运行监测系统，通过LCD显示设备状态、累计运行时间及循环次数 

? 针对教学及培训用途，可提供典型发动机部件和技术数据，方便用户选择  

? 针对发动机和动力系统，生产商可确保其配件库存充足，并随时提供

技术支持服务  

? 提供一套全面的操作员手册 

? 为所有运行工况提供主要操作指令表 

? 为所有运行工况提供安全操作指令 

? 提供两年质保服务