CN110426097A - 一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器，包括流体管道、一级多孔板以及二级多孔板；一级多孔板、二级多孔板沿着液体介质的流动方向依次设置在流体管道中；一级多孔板上设置有N级第一小孔组，其中，第一级第一小孔组仅有一个第一小孔，开设在一级多孔板的圆心处：第2至N级第一小孔组设置在以一级多孔板圆心为中心等距分布的N‑1级正六边形上；二级多孔板上设置有M级第二小孔组，其中，第一级第二小孔组仅有一个第二小孔，开设在二级多孔板的圆心处：第2至M级第二小孔组设置在以二级多孔板圆心为中心等距分布的M‑1级正六边形上；该流动调整器具有流场调节精度高、流动阻力较小、对低温环境适用性强等优点。

Description

一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器
技术领域
本发明涉及一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器。
背景技术
在流体供应领域以及液体火箭发动机试验领域，经常会有涡轮流量计与管路上游截止阀距离近，不能满足流量计入口直管段要求，流量测量精度受影响的情况。
应对涡轮流量计入口直管段长度不足问题，在管道中安装流动整流装置是流体供应领域的通用做法，GB/T 2624-93《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》，规定了多种流动调整器的形式，比如：平板交叉式流动调整器、管束式流动调整器、栅格式流动调整器以及径向叶片式流动调整器等；
但上述流动调整器应用于低温推进剂管路主要存在以下问题：
对于平板交叉流动调整器是由有规定尺寸孔洞的多孔板和多块平板交叉形成的一些通道组成，各平板之间以及平板端部与多孔板连接部位多采用焊接连接。应用于低温推进剂管路中易出现焊点脱落，形成多余物，且平板在低温环境下变形难以控制，影响流场调节精度，难以适应于要求调节精度较高的场合。
对于管束式流动调整器是由一捆紧固在一起的管子束组成，管子束刚性夹持在管道中，管子外壁彼此相切。应用于低温推进剂管路中易出现管子低温收缩，导致夹持刚性不足，管道移位，甚至结构破坏，影响试验安全。
对于栅格式流动调整器是由方形栅格组成蜂窝结构，方形栅格由多块平板正交拼接而成。应用于低温推进剂管路中易出现焊接点脱落，连接失效，且平板在低温环境下易变形，影响流场调节的稳定性，难以适应于要求调节精度较高的场合。
对于径向叶片式流动调整器由八个径向叶片组成，叶片之间具有相等角度间隔，叶片之间以及叶片与管道内壁之间采用焊接方式连接。应用于低温推进剂管路中易出现焊接点脱落，连接失效，且平板在低温环境下易变形，影响流场调节的稳定性，难以适应于要求调节精度较高的场合。
发明内容
为了克服背景技术中现有流动调整器难以适用低温推进剂供应工作环境的问题，本发明提供了一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器，包括流体管道、一级多孔板以及二级多孔板；
一级多孔板、二级多孔板沿着液体介质的流动方向依次设置在流体管道内；
一级多孔板上设置有N级第一小孔组，其中，第一级第一小孔组仅有一个第一小孔，开设在一级多孔板的圆心处：
第2至N级第一小孔组设置在以一级多孔板圆心为中心等距分布的N-1级正六边形上；
第2至N级第一小孔组中第一小孔数量满足以下关系式：
(N-1)×6＝A；
需要说明的是：由于第N级正六边形的边与流体管道截面相交的原因，导致第N级第一小孔组中部分处于边缘的第一小孔不存在。
其中，N为第一小孔组的级数，N≥2；
A为第2至N级中每级第一小孔组的第一小孔数量；
一级多孔板内各个第一小孔的孔径依据一级多孔板入口截面压力分布确定，压力高的部位第一小孔的孔径小，压力低的部位第一小孔孔径大；
其中，d1≤D/20，S1＝d1max+2；D为管道内径，d1为第一小孔的孔径；S1为一级多孔板上每相邻两个第一小孔之间的中心距；d1max为第一小孔的最大孔径；
一级多孔板厚度h1＝d1max；
二级多孔板上设置有M级第二小孔组，其中，第一级第二小孔组仅有一个第二小孔，开设在二级多孔板的圆心处：
第2至M级第二小孔组设置在以二级多孔板圆心为中心等距分布的M-1级正六边形上；
第2至M级第二小孔组中第二小孔数量满足以下关系式：
(M-1)×6＝B；
需要说明的是：由于第M级正六边形的边与流体管道截面相交的原因，导致第M级第二小孔组中部分处于边缘的第二小孔不存在。
其中，M为第二小孔组的级数，M＞N≥2；
B为第2至M级中每级第二小孔组中第二小孔数量；
其中，开设在二级多孔板的圆心处的第二小孔孔径最大，记为d2max，其余M-1级的第二小孔组中第二小孔孔径随着第二小孔组级数的增大而逐渐减小，且每级第二小孔组的孔径相同；
其中，S2＝d2max+2；S2为二级多孔板上每相邻两个第二小孔之间的中心距；
二级多孔板厚度为h2≥d2max；
所有一级多孔板中第一小孔的孔面积之和，以及所有二级多孔板中第二小孔的孔面积之和均不小于流体管道流通面积的45％；
一级多孔板和二级多孔板之间的距离等于流体管道内径D。
进一步地，上述一级多孔板、二级多孔板上均开设有焊接坡口，并通过焊接的方式固定于所述流体管道中。
进一步地，上述h2的取值范围是2.5d2max～3d2max。
本发明的有益效果是：
本发明按照充分发展流管路流场规律，设计两级多孔板结构，通过依据具体使用工况CFD仿真结果针对性设计两级多孔板孔洞分布规律，一级多孔板调节管道截面内流场压力分布，二级多孔板调节管道截面内流速分布，流场调节精度高，优于5％；
本发明两级多孔板洞孔总面积均大于管道流通面积的45％，流动阻力较小；
本发明一级多孔板、二级多孔板上均通过环焊接的方式固定于所述流体管道中，强度很高，低温状态下工作性能良好，不存在活动部件，对低温环境具有较强的适用性。
附图说明
图1为本发明所提供的流动调整器的结构示意图；
图2为一级多孔板的结构示意图；
图3为二级多孔板的结构示意图。
附图标记如下：
1-流体管道、2-一级多孔板、21-第一小孔组、211-第一小孔；3-二级多孔板、31-第二小孔组、311-第二小孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如图1所示，一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器，包括流体管道1、一级多孔板2以及二级多孔板3；一级多孔板2、二级多孔板3沿着液体介质的流动方向依次设置在流体管道1内(本实施例中一级多孔板2、二级多孔板3上均开设有焊接坡口，并通过焊接的方式固定于所述流体管道内)；
如图2所示，一级多孔板2上设置有N级第一小孔组21，本实施中N＝7(实际设计过程可以根据需求选择级数N)，其中，第一级第一小孔组21仅有一个第一小孔211，开设在一级多孔板2的圆心处：
第2至7级第一小孔组21设置在以一级多孔板2圆心为中心等距分布的6个正六边形上(即图中所示有C1、C2…C6)；第2至7级第一小孔组21中第一小孔211数量满足以下关系式：(N-1)×6＝A；其中，N为第一小孔组的级数，N≥2；A为第2至N级中每级第一小孔组的第一小孔数量；
一级多孔板2内各个第一小孔211的孔径依据一级多孔板2入口截面压力分布确定，压力高的部位第一小孔211的孔径小，压力低的部位第一小孔211孔径大；其中，d1≤D/20，S1＝d1max+2；D为管道内径，d1为第一小孔211的孔径；S1为一级多孔板2上每相邻两个第一小孔211之间的中心距；d1max为第一小孔211的最大孔径；一级多孔板2厚度h1＝d1max；
基于上述结构描述以及附图可以看出，第2至7级中每级第一小孔组21中所有第一小孔211的中心连线构成一个正六边形，也就是一个正六边形的顶点和各边上均设置有第一小孔211；
因此，经过一级多孔板可以调节管道截面内流体的压力分布情况，使得流体的压力分布更加均匀。
如图3所示，二级多孔板3上设置有M级第二小孔组31，本实施中M＝9(实际设计过程可以根据需求选择级数M)，其中，第一级第二小孔组31仅有一个第二小孔，开设在二级多孔板的圆心处：
第2至9级第二小孔组31设置在以二级多孔板3圆心为中心等距分布的8级正六边形上(即图中所示有E1、E2…E8)；第2至9级第二小孔组31中第二小孔311数量满足以下关系式：(M-1)×6＝B；M为第二小孔组的级数；B为第2至M级中每级第二小孔组中第二小孔数量；开设在二级多孔板的圆心处的第二小孔孔径最大，记为d2max，其余2-9级第二小孔组31中第二小孔311孔径随着第二小孔组31级数的增大而逐渐减小，且每级第二小孔组31的孔径相同；S2＝d2max+2；S2为二级多孔板3上每相邻两个第二小孔311之间的中心距；
二级多孔板3厚度为h2≥d2max，优选地，h2的取值范围是2.5d2max～3d2max。
基于上述结构描述以及附图可以看出，第2至9级中每级第二小孔组中所有第二小孔的中心连线构成一个正六边形，也就是一个正六边形的顶点和各边上均设置有第二小孔；经过二级多孔板可以调节管道截面内流体的流速分布情况；
所有一级多孔板2中第一小孔211的孔面积之和，以及所有二级多孔板3中第二小孔311的孔面积之和均不小于流体管道1流通面积的45％；一级多孔板2和二级多孔板3之间的距离等于流体管道1内径D。
最后所应说明的是，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (3)

1.一种大流量低温推进剂供应管路用流动调整器，其特征在于：包括流体管道、一级多孔板以及二级多孔板；
一级多孔板、二级多孔板沿着液体介质的流动方向依次设置在流体管道中；
一级多孔板上设置有N级第一小孔组，其中，第一级第一小孔组仅有一个第一小孔，开设在一级多孔板的圆心处：
第2至N级第一小孔组设置在以一级多孔板圆心为中心等距分布的N-1级正六边形上；
第2至N级第一小孔组中第一小孔数量A满足以下关系式：
(N-1)×6＝A
其中，N为第一小孔组的级数，N≥2；
A为第2至N级中每级第一小孔组的第一小孔数量；
一级多孔板内各个第一小孔的孔径依据一级多孔板入口截面压力分布确定，压力高的部位第一小孔的孔径小，压力低的部位第一小孔孔径大；
其中，d1≤D/20，S1＝d1max+2；D为管道内径，d1为第一小孔的孔径；S1为一级多孔板上每相邻两个第一小孔之间的中心距；d1max为第一小孔的最大孔径；
一级多孔板厚度h1＝d1max；
二级多孔板上设置有M级第二小孔组，其中，第一级第二小孔组仅有一个第二小孔，开设在二级多孔板的圆心处：
第2至M级第二小孔组设置在以二级多孔板圆心为中心等距分布的M-1级正六边形上；
第2至M级第二小孔组中第二小孔数量满足以下关系式：
(M-1)×6＝B
其中，M为第二小孔组的级数，M＞N≥2；
B为第2至M级中每级第二小孔组中第二小孔数量；
其中，开设在二级多孔板的圆心处的第二小孔孔径最大，记为d2max，其余M-1级的第二小孔组中第二小孔孔径随着第二小孔组级数的增大而逐渐减小，且每级第二小孔组的孔径相同；
其中，S2＝d2max+2；S2为二级多孔板上每相邻两个第二小孔之间的中心距；
二级多孔板厚度为h2≥d2max；
所有一级多孔板中第一小孔的孔面积之和，以及所有二级多孔板中第二小孔的孔面积之和均不小于流体管道流通面积的45％；
一级多孔板和二级多孔板之间的距离等于流体管道内径D。
2.根据权利要求1所述的大流量低温推进剂供应管路用流动调整器，其特征在于：所述一级多孔板、二级多孔板上均开设有焊接坡口，并通过焊接的方式固定于所述流体管道中。
3.根据权利要求1所述的大流量低温推进剂供应管路用流动调整器，其特征在于：上述h2的取值范围是2.5d2max～3d2max。
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