一种燃气样气温度控制系统的制作方法

本发明涉及样气组分测量分析，具体涉及一种燃气样气温度控制系统。

背景技术：

1、航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”，体现着国家的科技发展水平和综合国力。随着人们环保意识的不断提高，民用航空发动机朝着低排放的方向发展。

2、对于民用航空发动机污染物的排放，国际民航组织下属的航空环境保护委员会(committee on aviation environmental protection，caep)从1980年开始，制订了一系列的排放标准。其中，规定的污染物主要包含碳烟、一氧化碳(co)、未燃碳氢(uhc)和氮氧化物(nox)。从caep/2标准到caep/8标准，对碳烟、一氧化碳和未燃碳氢的排放标准基本没有改变，但对nox的排放要求越来越严格；在caep/6标准规定的nox排放标准比caep/4标准的规定值降低了12％，caep/8标准规定的nox排放标准比caep/6标准的规定值降低了15％。2016年新出台的caep/10标准对微粒物质(又称为超细烟尘颗粒)和co2的排放量也有了新的规定。民用航空发动机如果要取得适航认证，就必须满足国际民航组织(internationalcivil aviation organization，icao)的污染排放要求。

3、为此，需要设计合理的燃气分析系统，从取样、预处理、浓度测量和数据分析等各个环节保证组分浓度测量的准确性，为低排放燃烧室的设计研发和民用航空发动机的适航取证提供技术支撑。

4、在高温高压环境下，一般采用水冷取样耙将样气从燃烧室取出，进行组分浓度测量，水冷结构一方面保证取样耙不被燃气烧蚀，另一方面需要将样气温度保持在比较恒定的温度，以保证样气在一个合适的温度被取出，并被分析测量，提高燃气组分浓度测量的准确性。如果取出的样气温度过高会导致样气中的化学反应不能冻结；如果取出的样气温度过低会导致uhc和氮氧化物冷凝，均会对燃气组分浓度测量结果产生较大影响。但是，燃气样气温度难以符合取样要求。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服燃气样气温度难以符合取样要求的缺陷。

2、为了克服上述缺陷，本发明提供一种燃气样气温度控制系统，包括：

3、传感器，适于测量取样耙获取的燃气样气的温度；

4、水泵，与所述取样耙内设有的水冷环腔通过管路连通，所述水泵适于为水冷环腔提供冷却水；

5、变频器，与水泵连接；

6、旁通阀，设置于所述水泵与水冷环腔之间，所述旁通阀适于调节流入所述水冷环腔中冷却水的流量；

7、控制器，与传感器、变频器、旁通阀均信号连接；所述控制器具有当传感器测得的温度低于设定的温度范围时，控制器首先控制变频器降低频率，进而降低水泵的转速，控制器然后控制旁通阀的开度增大，以减小进入水冷环腔内冷却水流量的第一状态；以及具有当传感器测得的温度高于设定的温度范围时，控制器首先控制变频器升高频率，进而提高水泵的转速，控制器然后控制旁通阀的开度减小，以增大进入水冷环腔内冷却水流量的第二状态。

8、可选地，所述设定的温度范围为150－180℃。

9、可选地，在所述旁通阀与水冷环腔连接管路上设有压力变送器；所述压力变送器与控制器信号连接；

10、所述压力变送器适于在管路中冷却水的压力超过第一阈值或低于第二阈值时，压力变送器向控制器发信号，控制器进行显示压力值，并进行异常报警。

11、可选地，在所述旁通阀与水冷环腔连接管路上设有流量计；所述流量计与控制器信号连接；

12、所述流量计适于在管路中冷却水的流量超过第三阈值或低于第四阈值时，流量计向控制器发信号，控制器进行显示流量值，并进行异常报警。

13、可选地，当所述取样耙为独立取样耙时，所述取样耙上设有多个取样管，多个取样管适于将燃气引入组分浓度分析系统内；在每根取样管内均设有所述传感器。

14、可选地，当所述取样耙为混合取样耙时，所述传感器包括：第一传感器和第二传感器；

15、在所述取样耙上设有多个取样管，所述取样管的取样口适于引入燃气；

16、多个取样管与取样耙内设置的混合腔连通；所述混合腔与混合样气引出管连通；所述混合样气引出管通过样气输运管与组分浓度分析系统连接；所述混合样气引出管与样气输运管的连接处为样气出口；

17、在混合取样耙中，所述第一传感器设置于所述混合腔内；所述第二传感器设置于所述混合样气引出管内靠近样气出口的位置。

18、可选地，所述取样管的取样口正对燃气的流动方向设置。

19、可选地，在所述混合样气引出管的外部包裹有保温材料。

20、可选地，在所述样气输运管上设有电伴热结构；所述电伴热结构与控制器连接，所述电伴热结构适于在控制器的控制下，保持设定的温度范围。

21、可选地，在所述水泵的上游连接有预处理水箱；所述预处理水箱适于提供经过滤和软化的冷却水。

22、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

23、1.本发明提供的燃气样气温度控制系统，包括：传感器，适于测量取样耙获取的燃气样气的温度；水泵，与所述取样耙内设有的水冷环腔通过管路连通，所述水泵适于为水冷环腔提供冷却水；变频器，与水泵连接；旁通阀，设置于所述水泵与水冷环腔之间，所述旁通阀适于调节流入所述水冷环腔中冷却水的流量；控制器，与传感器、变频器、旁通阀均信号连接；所述控制器具有当传感器测得的温度低于设定的温度范围时，控制器首先控制变频器降低频率，进而降低水泵的转速，控制器然后控制旁通阀的开度增大，以减小进入水冷环腔内冷却水流量的第一状态；以及具有当传感器测得的温度高于设定的温度范围时，控制器首先控制变频器升高频率，进而提高水泵的转速，控制器然后控制旁通阀的开度减小，以增大进入水冷环腔内冷却水流量的第二状态；本技术采用上述技术方案，通过采用变频器调节水泵转速和旁通阀开度的联动调节，实现冷却水流量和燃气温度的控制，当实际样气温度和目标温度之间的温差较大时，首先通过增大水泵转速对水流量进行粗调，当实际样气温度和目标温度之间的温差缩小后，通过旁通阀的开度对水流量进行细调，能够更快、更稳和更准确地调节燃气样气温度，提高控制精度和燃气样气温度的稳定性，保证取样过程中燃气样气的温度符合取样要求，能够有效提高燃气分析的数据有效性；即通过温度信号的输入值与设定值之间的差值自动确定水泵转速和旁通阀开度的调节量，进而控制冷却水流量和燃气样气温度，通过燃气样气自动温控系统，能够降低人为操作带来的燃气组分浓度结构差异性大或数据有效性低等问题，有效提高试验数据的可靠性；在燃气工况稳定后，保证燃气样气温度快速调节至目标值，从而缩短试验时长，显著降低试验成本。并且，通过设置水冷环腔，不仅防止取样耙被烧蚀，而且可以冻结燃气样气中的化学反应。

24、2.本发明所述设定的温度范围为150－180℃；本技术采用上述技术方案，如果取出的燃气样气温度过高，会导致燃气样气中的化学反应不能冻结；如果取出的燃气样气温度过低，会导致uhc和氮氧化物冷凝，均会对燃气组分浓度测量结果产生较大影响。所以，为保证燃气样气在一个合适的温度被取出并被分析测量和提高燃气组分浓度测量的准确性，限定燃气样气的温度保持在150－180℃之间。

25、3.本发明在所述旁通阀与水冷环腔连接管路上设有压力变送器；所述压力变送器与控制器信号连接；所述压力变送器适于在管路中冷却水的压力超过第一阈值或低于第二阈值时，压力变送器向控制器发信号，控制器进行显示压力值，并进行异常报警；本技术采用上述技术方案，通过采用压力变送器对冷却水的压力进行测量和监测，并将冷却水的压力信号作为控制器的信号输入，当冷却水的压力突增或者突降至异常值时，将会触发报警，以快速进行干预，从而避免造成取样耙的烧蚀或破坏，提高取样耙和下游分析仪器的使用寿命。

26、4.本发明在所述旁通阀与水冷环腔连接管路上设有流量计；所述流量计与控制器信号连接；所述流量计适于在管路中冷却水的流量超过第三阈值或低于第四阈值时，流量计向控制器发信号，控制器进行显示流量值，并进行异常报警；本技术采用上述技术方案，通过采用流量计对冷却水的流量进行测量和监测，并将冷却水的流量信号作为控制器的信号输入，当冷却水的流量突增或者突降至异常值时，将会触发报警，以快速进行干预，从而避免造成取样耙的烧蚀或破坏，提高取样耙和下游分析仪器的使用寿命。

27、5.本发明当所述取样耙为独立取样耙时，所述取样耙上设有多个取样管，多个取样管适于将燃气引入组分浓度分析系统内；在每根取样管内均设有所述传感器；本技术采用上述技术方案，对于独立取样方式，通过多点监测温度，实时控制冷却水的流量，进而确保燃气样气的温度稳定。

28、6.本发明当所述取样耙为混合取样耙时，所述传感器包括：第一传感器和第二传感器；在所述取样耙上设有多个取样管，所述取样管的取样口适于引入燃气；多个取样管与取样耙内设置的混合腔连通；所述混合腔与混合样气引出管连通；所述混合样气引出管通过样气输运管与组分浓度分析系统连接；所述混合样气引出管与样气输运管的连接处为样气出口；所述第一传感器设置于所述混合腔内；所述第二传感器设置于所述混合样气引出管内靠近样气出口的位置；本技术采用上述技术方案，对于混合取样方式，通过在两处监测温度，实时控制冷却水的流量，进而确保燃气样气的温度稳定。

29、7.本发明所述取样管的取样口正对燃气的流动方向设置；本技术采用上述技术方案，最大范围地将燃气样气引流至取样耙内。

30、8.本发明在所述混合样气引出管的外部包裹有保温材料；本技术采用上述技术方案，确保燃气样气的温度稳定，降低外部环境对燃气样气温度的影响程度。

31、9.本发明在所述样气输运管上设有电伴热结构；所述电伴热结构与控制器连接，所述电伴热结构适于在控制器的控制下，保持设定的温度范围；本技术采用上述技术方案，通过电伴热结构，使得燃气样气温度稳定在设定温度范围内。

32、10.本发明在所述水泵的上游连接有预处理水箱；所述预处理水箱适于提供经过滤和软化的冷却水；本技术采用上述技术方案，确保提供可靠的冷却水，防止堵塞管路，影响燃气样气的温度控制效果。