CN106482954A - 一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置及其工作方法，简化内燃波转子实验系统混气填充装置包括进气掺混段、混气缓冲段、密封盘、端口挡板、波转子通道及转轴。燃料和空气在掺混段内形成预混气进入缓冲段，缓冲段出口与波转子通道接触位置，发生混气填充过程，其余部分被端口挡板密封。采用该混气填充装置，可以在实现简化内燃波转子混气填充的同时，杜绝燃料浪费，确保实验调试过程的安全性，使内燃波转子实验研究过程经济安全地进行。

Description

一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及航空发动机非定常燃烧技术领域，具体是一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置及其工作方法。
背景技术
内燃波转子是一种新概念非定常燃烧装置，具有显著提高推进系统性能的潜在优势，近年来获得了国内外学者的广泛关注与研究。如专利号为US6460342B1的美国专利"Wave Rotor Detonation Engine"，提出了一种采用爆震燃烧模式的内燃波转子装置，该装置包括进排气端口、点火装置以及波转子等结构，其中进口端口沿周向分成若干区域，每个区域通入不同种类及成分的气体，使燃料在波转子通道内呈层状分布，以满足组织燃烧的要求；专利号为ZL201310018405.3的中国专利“基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子及工作方法”，提出了一种基于非定常燃烧的内燃波转子结构及方法，该装置具有进排气端口、波转子等结构，其中主体部分波转子具有24个等截面扇形直通道。
内燃波转子通道内存在膨胀波、压缩波、激波及物质间断面等一系列复杂波系，导致其工作过程及燃烧机制十分复杂。为了降低研究过程的复杂性，同时便于监测波转子通道内的燃烧过程，往往采用对内燃波转子简化的方法，且简化过程中波转子通道数大大减少。如日本东京大学建立简化波转子实验系统，系统包含三个相邻的波转子通道，实验过程保持波转子通道固定不动，进排气端口相对于通道旋转，分析了通道渐开闭和气体泄漏对压缩过程的影响。
然而，简化后的内燃波转子系统虽然波转子通道个数减少，但其进气端口的开口角度及位置保持不变，进气端口没有得到充分利用。尤其是在进行燃烧试验时，进气端口内流通的为可燃混气，波转子通道相对进气端口转动时，对于不与波转子通道相同的进气端口部分，其中流通的可燃混气造成燃料浪费，而且该部分混气泄露到实验系统周围容易发生爆炸，存在安全隐患。
为解决上述问题本发明提出一种简化内燃波转子的混气填充方法，可以确保研究过程经济安全性。
发明内容
本发明针对简化内燃波转子系统进气端口利用率不高，造成燃料浪费几安全隐患的技术难题，提供了一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置及其工作方法，采用混气缓冲段的方式及端口挡片等结构组合，高效地向波转子通道内填充混气，并且可以确保研究过程经济安全性。
本发明提供了一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置，包括进气掺混段、混气缓冲段、密封盘、端口挡板、波转子通道及转轴。
所述的进气掺混段管壁上设置有燃料喷杆，进气掺混段一端连接气源，另一端通过挡板法兰与混气缓冲段连接，挡板法兰上开有与进气掺混段截面一致的进气缺口。
所述的混气缓冲段为两端焊接有混气缓冲段法兰的扇形直通道，其一端的混气缓冲段法兰与挡板法兰连接，另一端与密封盘通过密封盘上的螺纹孔连接。
所述的密封盘为设有扇形进气端口和中心缺口的圆盘，所述的中心缺口中穿有转轴。要求密封盘需要具有足够的刚性，不易发生变形，同时密封盘侧面要求较高平整度，避免局部存在较大间隙发生泄漏。
所述的端口挡板包括通过连接粱连接的两块扇形挡板，连接粱中心设置有接头，接头上开有一对螺孔，转轴上设置有卡槽，螺钉穿过螺孔将接头固定在卡槽中，卡槽的宽度大于接头的横向宽度。
扇形挡板侧壁设置有扇形凹槽，扇形凹槽中安装有石墨片。实现波转子通道与端口挡板和密封盘之间的接触密封。
所述的波转子通道固定在转轴上，端口挡板、波转子通道及转轴同步旋转，进气掺混段、混气缓冲段的扇形直通道、密封盘的扇形进气端口和波转子通道的截面相同。
本发明还提供了一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置的工作方法，包括以下步骤：
1）燃料通过燃料喷杆进入进气掺混段，与进气掺混段内的空气混合形成可燃预混气，形成的预混气通过挡板法兰上的进气缺口进入混气缓冲段，混气缓冲段形成简化内燃波转子实验系统混气填充装置的直接气源；
2）波转子通道在转轴的驱动下转动，当波转子通道旋转到与密封盘上扇形进气端口接触位置时，混气缓冲段内的预混气向波转子通道内填充，而扇形进气端口的其他区域与端口挡板接触。没有混气流通，大大减少了混气的消耗量，提高了混气填充效率，同时也降低了混气外泄导致的易燃易爆的安全风险。
本发明有益效果在于：
1、 进气掺混段截面尺寸与波转子通道一致，不需要在整个进气端口范围内供给空气及填充燃料，结构简单、体积小；
2、 工作过程混气只通过波转子通道与混气缓冲段出口接触的区域流向波转子通道，其余部分密封，大大降低了混气消耗量，混气填充效率高；
3、 波转子通道与混气缓冲段出口接触以外的区域没有混气流向周围环境，降低了意外着火及爆炸的风险，实验过程安全系数高。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为进气掺混段示意图。
图3为混气缓冲段示意图。
图4为密封盘示意图。
图5为端口挡板示意图。
图6为转轴卡槽示意图。
图中:1进气掺混段，2混气缓冲段，3密封盘，4端口挡板，5波转子通道，6转轴，7挡板法兰，8进气缺口，9燃料喷杆，10混气缓冲段法兰，11螺纹孔，12扇形进气端口，13中心缺口，14扇形挡板，15连接梁，16接头，17扇形凹槽，18石墨片，19螺孔，20转轴卡槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置，其结构如图1所示，包括进气掺混段1、混气缓冲段2、密封盘3、端口挡板4、波转子通道5及转轴6。
所述的进气掺混段1如图2所示，管壁上设置有燃料喷杆9，进气掺混段1一端连接气源，另一端通过挡板法兰7与混气缓冲段2连接，挡板法兰7上开有与进气掺混段1截面一致的进气缺口8。
所述的混气缓冲段2如图3所示，为两端焊接有混气缓冲段法兰10的扇形直通道，其一端的混气缓冲段法兰10与挡板法兰7连接，另一端与密封盘3通过密封盘3上的螺纹孔11连接。
所述的密封盘3如图4所示，为设有扇形进气端口12和中心缺口13的圆盘，所述的中心缺口中穿有转轴6。要求密封盘3需要具有足够的刚性，不易发生变形，同时密封盘3侧面要求较高平整度，避免局部存在较大间隙发生泄漏。
所述的端口挡板4如图5所示，包括通过连接粱15连接的两块扇形挡板14，连接粱15中心设置有接头16，接头16上开有一对螺孔19，转轴6（如图6所示）上设置有卡槽20，螺钉穿过螺孔19将接头16固定在卡槽20中，卡槽20的宽度大于接头16的横向宽度。
扇形挡板14侧壁设置有扇形凹槽17，扇形凹槽17中安装有石墨片18。实现波转子通道5与端口挡板4和密封盘3之间的接触密封。
所述的波转子通道5详见申请号为201410605584.5的中国专利中的描述，波转子通道5固定在转轴6上，端口挡板4、波转子通道5及转轴6同步旋转，进气掺混段1、混气缓冲段2的扇形直通道、密封盘3的扇形进气端口12和波转子通道5的截面相同。
本发明还提供了一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置的工作方法，包括以下步骤：
1）燃料通过燃料喷杆进入进气掺混段，与进气掺混段内的空气混合形成可燃预混气，形成的预混气通过挡板法兰上的进气缺口进入混气缓冲段，混气缓冲段形成简化内燃波转子实验系统混气填充装置的直接气源；
2）波转子通道在转轴的驱动下转动，当波转子通道旋转到与密封盘上扇形进气端口接触位置时，混气缓冲段内的预混气向波转子通道内填充，而扇形进气端口的其他区域与端口挡板接触。没有混气流通，大大减少了混气的消耗量，提高了混气填充效率，同时也降低了混气外泄导致的易燃易爆的安全风险。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置，其特征在于：包括进气掺混段（1）、混气缓冲段（2）、密封盘（3）、端口挡板（4）、波转子通道（5）及转轴（6）；
所述的进气掺混段（1）管壁上设置有燃料喷杆（9），进气掺混段（1）一端连接气源，另一端通过挡板法兰（7）与混气缓冲段（2）连接，挡板法兰（7）上开有与进气掺混段（1）截面一致的进气缺口（8）；
所述的混气缓冲段（2）为两端焊接有混气缓冲段法兰（10）的扇形直通道，其一端的混气缓冲段法兰（10）与挡板法兰（7）连接，另一端与密封盘（3）连接；
所述的密封盘（3）为设有扇形进气端口（12）和中心缺口（13）的圆盘，所述的中心缺口中穿有转轴（6）；
所述的端口挡板（4）包括通过连接粱（15）连接的两块扇形挡板（14），连接粱（15）通过其中心设置的接头（16）与转轴（6）连接；
所述的波转子通道（5）固定在转轴（6）上，端口挡板（4）、波转子通道（5）及转轴（6）同步旋转，进气掺混段（1）、混气缓冲段（2）的扇形直通道、密封盘（3）的扇形进气端口（12）和波转子通道（5）的截面相同。
2.根据权利要求1所述的简化内燃波转子实验系统混气填充装置，其特征在于：所述的扇形挡板（14）侧壁设置有扇形凹槽（17），扇形凹槽（17）中安装有石墨片（18），实现波转子通道（5）与端口挡板（4）和密封盘（3）之间的接触密封。
3.根据权利要求1所述的简化内燃波转子实验系统混气填充装置，其特征在于：所述的接头（16）上开有一对螺孔（19），转轴（6）上设置有卡槽（20），螺钉穿过螺孔（19）将接头（16）固定在卡槽（20）中，卡槽（20）的宽度大于接头（16）的横向宽度，方便调节端口挡板（4）与密封盘（3）之间的相对位置。
4.一种简化内燃波转子实验系统混气填充装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤：
1）燃料通过燃料喷杆进入进气掺混段，与进气掺混段内的空气混合形成可燃预混气，形成的预混气通过挡板法兰上的进气缺口进入混气缓冲段，混气缓冲段形成简化内燃波转子实验系统混气填充装置的直接气源；
2）波转子通道在转轴的驱动下转动，当波转子通道旋转到与密封盘上扇形进气端口接触位置时，混气缓冲段内的预混气向波转子通道内填充，而扇形进气端口的其他区域与端口挡板接触。
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