CN102410288A

CN102410288A - 一种轮盘式流量脉动发生器

Info

Publication number: CN102410288A
Application number: CN2011102534762A
Authority: CN
Inventors: 杨立军; 富庆飞
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明一种轮盘式流量脉动发生器，其前、后壳体通过螺栓连接，二者形成一空腔；前、后壳体中心孔中分别装有轴承，轴承上装有轴；轴上通过键连接有一轮盘；轮盘上沿圆周均匀布置一定数量的通孔；前、后壳体上与轮盘上通孔相应的径向位置有套筒安装孔，内有套筒密封装置、套筒、弹簧及压紧螺栓；由压紧螺栓通过弹簧将套筒与套筒密封装置压紧，套筒密封装置与轮盘面紧密接触；通过电机带动轴上的轮盘旋转，轮盘的通孔与套筒中的液体流动通道按一定的周期连通或闭合，控制液体流动通道的通断，使流量以近似正弦的规律产生振荡。电机转速可通过变频器调节，以调节流量脉动频率。通过调节进入流量脉动发生器之前的阀门开度，得到不同幅值的流量脉动。

Description

一种轮盘式流量脉动发生器

技术领域

本发明涉及一种轮盘式流量脉动发生器，尤其是一种幅值和频率可调节的轮盘式流量脉动发生器，主要应用于液体火箭发动机喷注器动态特性研究、管路动态特性研究等领域。

背景技术

液体火箭发动机经常会遇到不稳定燃烧的问题，其中中、低频不稳定燃烧往往与推进剂供应系统和管路的流量振荡有关。为了研究液体火箭发动机供应系统、管路以及喷注器在发生不稳定燃烧时的动态特性，需要在实验中模拟产生流量脉动。

目前常用的机械式流量脉动发生装置有柱塞式流量脉动发生器。如申请号为200810232217.X的中国专利申请描述了一种柱塞式流量脉动发生器，利用电机驱动转盘旋转，固定在转盘上的推进轴和推进直线导轨组将圆周运动转化为柱塞在缸筒内的往复直线简谐运动。缸筒出口接入流动管道，利用柱塞的简谐运动将流体吸入或排出缸筒，在管道主流量上叠加一个脉动。但由于往复运动构件惯性的限制，柱塞式脉动器不能产生较高频率的流量脉动。

本发明旨在提供一种轮盘式流量脉动发生器，可以消除柱塞式流量脉动发生器的缺点，产生近似于正弦波的频率及振幅可调的流量脉动；并且能达到较高频率(1000Hz)的流量脉动。

发明内容

本发明的目的是提供一种频率和振幅可调的轮盘式流量脉动发生器，该流量脉动发生器使管路内的瞬时流量以近似正弦曲线的规律波动，并且流量脉动的幅值和周期可以方便地进行调节。

本发明提供一种频率和振幅可调的轮盘式流量脉动发生器，其技术方案是：轮盘上沿圆周方向均布的通孔与由压紧螺栓压紧在轮盘密封面上的套筒形成了液体的流动通道。在电机的带动下，通过轴的传递，带动轮盘旋转，转盘上沿圆周方向均布的一定数量的通孔与套筒内的液体流动通道按一定的周期打开或闭合，从而使流量以一定频率产生脉动。

本发明一种轮盘式流量脉动发生器：具体包括前壳体，后壳体，套筒，套筒密封装置，轴，轮盘，前、后端盖，密封垫片等。连接关系是：前壳体与后壳体通过螺栓连接并通过密封垫片进行密封，在前壳体、后壳体之间形成一个空腔。空腔内有一安装于轴上的轮盘，与安装于前、后壳体中心的轴通过键连接。前壳体和后壳体中心孔内安装有轴承，轴安装于轴承中可高速旋转；前壳体和后壳体的中心孔的两端分别安装有前端盖和后端盖。轴一端伸出前端盖，通过联轴器与电机连接。轴与前壳体之间使用密封毡圈密封。轮盘上沿圆周方向均匀布置一定数量的通孔。前、后壳体上与轮盘上通孔对应的径向位置分别设有套筒安装孔，套筒安装孔内有套筒密封装置、套筒、弹簧以及压紧螺栓。套筒安装孔口有螺纹，当旋进压紧螺栓时，通过弹簧将套筒与套筒密封装置以及套筒密封装置与轮盘密封面之间压紧。前、后端盖与前、后壳体分别使用螺栓进行连接。前端盖与前壳体之间、后端盖与后壳体之间以及前、后壳体之间使用密封垫片密封。

其中，轮盘在轴上的轴向定位采用垫圈、固定螺母和挡圈来实现。

其中，所述的轮盘上沿圆周方向均匀布置的通孔的数量由所需产生的流量脉动频率除以电机最大转速确定。

其中，所述的轮盘上沿圆周方向均匀布置的通孔的径向位置R可由公式

确定，其中d表示轮盘上通孔的直径，θ表示轮盘上每两个通孔之间的夹角。

其中，所述的轴一端伸出前端盖，通过联轴器与电机连接；通过变频器调节改变电机转速调，从而调节流量脉动频率。

其中，所述的流量脉动发生器可以安装在从外部的液体供应系统管路引出的支路中；在液体进入流量脉动发生器之前的位置安装振幅调节阀；通过调节阀门开度调节流量脉动幅值。

其中，液体流动通道的周期性开启、闭合可能会使液体流动通道内液体流动的连续性遭到破坏。将本发明的流量脉动发生器安装于管道支路上时，会在主管路中产生相同频率的连续的流量脉动。通过调节管道支路上的振幅调节阀门开度，便可调节主管路中流量脉动的幅值。

本发明的流量脉动发生器的优点及功效在于：使用本发明的流量脉动发生器可以方便地调节流量脉动的幅值和频率，可以产生频率1000Hz以上的流量脉动，而且方便可靠，结构简单。

附图说明

图1：本发明的轮盘式流量脉动发生器的剖视图。

图2：本发明的轮盘式流量脉动发生器的左视图。

图3：套筒及流体通道示意图。

图4：轴系示意图。

图5：轮盘示意图。

图6：本发明实施例的示意图。

图7：轮盘的通孔位置示意图。

图8：本发明的轮盘式流量脉动发生器所产生的流量脉动信号。

图中标号说明如下：

1前壳体，2后壳体，3套筒，4后端盖，5轴承，6轮盘，7前端盖，8轴，11、11’套筒安装孔，12支架安装孔，21前、后壳体连接螺栓，22前、后壳体密封垫片，23空腔，31压紧螺栓，32弹簧，33套筒密封装置，34液体流动通道，41后端盖连接螺栓，42后端盖密封垫片，61通孔，62轮盘密封面，71前端盖连接螺栓，72前端盖密封垫片，73密封毡圈，81固定螺母，82垫圈，83挡圈，84键，13调速电机，14联轴器，15变频器，16振幅调节阀，17支路，18供应系统管路。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明一种频率和振幅可调的轮盘式流量脉动发生器，主要由前壳体1、后壳体2、套筒3、前端盖7、后端盖4、轴8、轮盘6和轴承5组成。图3为套筒3及其组件形成的液体流动通道34，由套筒3、压紧螺栓31、弹簧32和套筒密封装置33组成。图4为轴8及其组件，由轴8、固定螺母81、垫圈82、挡圈83和键84组成。图5为轮盘6，其上有若干个沿圆周方向均布的通孔61，62为轮盘密封面。

具体连接关系为：前壳体1与后壳体2通过螺栓21连接，前壳体1与后壳体2之间使用前、后壳体密封垫片22进行密封，在前壳体1与后壳体2之间形成一空腔23。前壳体1和后壳体2中心孔内安装轴承5，轴承5上安装轴8。前壳体1和后壳体2的中心孔的两端分别安装有前端盖7和后端盖4。轴8的一端伸出前端盖7，与前端盖7之间使用密封毡圈73进行密封。轮盘6安装于空腔23内，与安装于前、后壳体中心的轴通过键84连接。轮盘6在轴上通过固定螺母81、垫圈82和挡圈83实现轴向的定位。轮盘6上沿圆周方向均匀布置了若干个通孔61，如图5所示。在前壳体1、后壳体2上与通孔61径向位置对应的设有套筒安装孔11、11’，该套筒安装孔11、11’内安装有套筒密封装置33、套筒3、弹簧32以及压紧螺栓31。套筒安装孔11、11’的孔口有螺纹，旋进压紧螺栓31便可通过弹簧32将套筒3与套筒密封装置33压紧，使套筒密封装置33与轮盘密封面62紧密接触；轮盘密封面62表面光洁度较高，聚四氟乙烯材料制成的套筒密封装置33压紧轮盘密封面62，当轮盘6旋转时形成动密封。前端盖7与前壳体1之间使用前端盖连接螺栓71进行连接，使用前端盖密封垫片72密封。后端盖4与后壳体2之间使用后端盖连接螺栓41进行连接，使用后端盖密封垫片42密封。整个流量脉动发生器由螺栓通过支架安装孔12进行连接、固定。

该流量脉动发生器工作时，按照图6所示的连接方式将流量脉动发生器连接在从外部的液体供应系统管路18引出的支路17上。轴8伸出前端盖7的一端通过联轴器14与调速电机13连接。当液体进入支路时，首先进入安装在后壳体2中的套筒3，轮盘6上的通孔61是沿圆周间隔均匀分布的。电机以n转/秒的转速转动时，通过轴8带动轮盘6旋转。本实施例中轮盘6上的通孔个数为20个，因此通孔61与套筒3内的液体流动通道34以20n次/s的频率间歇性地阻断、开启。支路17的流量以该频率周期性地变大、变小，从而在液体供应系统管路18引起相同频率的连续的流量振荡。图8为调速电机转速为180转/分时，本发明的流量脉动发生器所产生的60Hz流量脉动信号以及压力脉动信号，其中流量脉动由本申请人的发明专利ZL200710117954.0所提出的方法测量得到。

为了保证支路液体流动的连续性不被破坏，在前一个通孔61与液体流动通道34完全分离的时刻，后一个通孔61必须刚好开始与液体流动通道34连通，即如图7所示，若通孔61的直径为d，每两个通孔61之间的夹角为θ，则通孔61的径向位置R可由下式确定：

当调节支路上的振幅调节阀16时，可以改变进入流量脉动发生器的流量，从而调节支路以及主路上流量脉动的振幅。由于电机的转速与交流电频率是成正比的，通过变频器改变交流电频率时电机转速也随之变化，因此可以实现流量脉动频率的调节。

Claims

1.一种轮盘式流量脉动发生器，其特征在于：该流量脉动发生器至少包括前、后壳体，套筒，套筒密封装置，轴，轮盘，前、后端盖，密封垫片；连接关系是：前壳体与后壳体通过螺栓连接，前壳体与后壳体之间通过密封垫片进行密封，在前壳体与后壳体之间形成一空腔；前壳体和后壳体中心孔内安装轴承，轴承上安装轴；前壳体和后壳体的中心孔的两端分别安装有前端盖和后端盖；轴的一端伸出前端盖，与前端盖之间使用密封毡圈进行密封；轮盘安装于前壳体与后壳体形成的空腔内，与轴通过键连接；轮盘在轴上通过固定螺母、垫圈和挡圈实现轴向的定位；轮盘上沿圆周方向均匀布置了若干个通孔；在前壳体、后壳体上与轮盘上的通孔径向位置对应的位置分别设有套筒安装孔，套筒安装孔中装有套筒密封装置、套筒、弹簧以及压紧螺栓；轮盘密封面表面光洁度较高，套筒密封装置压紧轮盘密封面，当轮盘旋转时形成动密封；套筒安装孔口有螺纹，当旋进压紧螺栓时，通过弹簧将套筒与套筒密封装置以及套筒密封装置与轮盘密封面之间压紧；前端盖与前壳体之间、后端盖与后壳体之间都使用螺栓进行连接，使用密封垫片密封。

2.根据权利要求1所述的轮盘式流量脉动发生器，其特征在于：所述套筒密封装置由聚四氟乙烯材料制成。

3.根据权利要求1所述的轮盘式流量脉动发生器，其特征在于：所述的轮盘上沿圆周方向均匀布置的通孔的数量由所需产生的流量脉动频率除以电机最大转速确定。

4.根据权利要求1所述的轮盘式流量脉动发生器，其特征在于：所述的轮盘上沿圆周方向均匀布置的通孔的径向位置R可由公式

5.根据权利要求1所述的轮盘式流量脉动发生器，其特征在于：所述的轴一端伸出前端盖，通过联轴器与电机连接；通过改变电机转速调节流量脉动频率。

6.根据权利要求1所述的轮盘式流量脉动发生器，其特征在于：所述的流量脉动发生器安装在从外部的液体供应系统管路引出的支路中，液体进入流量脉动发生器之前的位置安装振幅调节阀；通过调节阀门开度调节流量脉动幅值。