CN111894741B - 一种发动机防喘装置 - Google Patents

Abstract

一种发动机防喘装置涉及防喘控制装置技术领域，解决了无法实现引气量自动控制的问题，包括壳体、文氏管、活门、活门控制组件、皮碗组件和弹簧一；壳体内设有空腔一和一端连通大气另一端连通空腔一的空腔二；文氏管安装在壳体内，一端连通发动机的引气，另一端连通空腔一一端，空腔一另一端为发动机供气；皮碗组件安装在壳体内，形成空腔三和空腔四，空腔三连通文氏管喉部，空腔四连通文氏管进气端；空腔三内设有弹簧一；空腔三和空腔四之间设有压控单向阀；活门控制组件连接皮碗组件和活门；活门设置在空腔二内，活门通过空腔三内和空腔四内的气压差控制空腔一和大气的连通。本发明实现了自动调节引气量大小、防止发动机异常引气。

Description

一种发动机防喘装置

技术领域

本发明涉及大流量高马赫数的气压防喘控制装置技术领域，具体涉及一种发动机防喘装置。

背景技术

发动机在实际运行中，并不总是在设计状态下工作的。当运行条件发生变化时，其压气机工况点会偏离设计点，在一定条件下会产生不稳定流动。压气机喘振是发动机一种典型不稳定工况，其特征是气流沿压气机轴向方向发生的低频率、高振幅的气流振荡现象，压气机出口总压脉动很大，流量和速度也出现大幅度的脉动，从而会导致发动机熄火和强烈机械振动，并在极短时间内造成航空燃气涡轮发动机的严重损坏。现有技术的传统防喘活门需靠电信号驱动电磁阀主动控制引气量的大小，无法实现引气量自动控制。因此，如何实现引气量自动控制、防止喘振，是一个亟待解决的技校问题。

发明内容

为了解决现有发动机防喘装置无法实现引气量自动控制的问题，本发明提供一种发动机防喘装置。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种发动机防喘装置，包括壳体、文氏管、活门、活门控制组件、皮碗组件和弹簧一；壳体内设有空腔一和一端连通大气另一端连通空腔一的空腔二；文氏管安装在壳体内，一端作为进气端、用于连通发动机的引气，另一端连通空腔一的一端，空腔一的另一端为发动机供气；皮碗组件安装在壳体内，皮碗组件和壳体形成空腔三和空腔四，空腔三连通文氏管喉部，空腔四连通文氏管进气端；空腔三内设有弹簧一，弹簧一的一端连接皮碗组件另一端连接壳体；空腔三和空腔四之间设有压控单向阀；活门控制组件设置在空腔三和壳体内，控制空腔一和大气的连通，活门控制组件连接皮碗组件和活门；活门设置在空腔二内，活门通过空腔三内和空腔四内的气压差、皮碗组件和活门控制组件控制空腔一和大气的连通。

本发明的有益效果是：

本发明一种发动机防喘装置能够根据进口气流马赫数变化，压差随之自动变化，进而实现引气量实时调节。通过文氏管原理的应用，成功实现了感受进口气流压力及马赫数变化，自动调节引气量大小的功能，简化了发动机系统，同时也提高了工作可靠性。通过压控单向阀和活门起到了一定的安全作用，防止发动机异常引气，防止发动机喘振。

附图说明

图1为本发明一种发动机防喘装置的原理示意图。

图2为本发明一种发动机防喘装置的文氏管结构图。

图3为本发明一种发动机防喘装置的皮碗组件的结构图。

图4为本发明一种发动机防喘装置的压控单向阀一种结构示意图。

图5为本发明一种发动机防喘装置的活门轴和部分活门轴组件的结构图。

图中：1、壳体，2、空腔一，3、空腔二，4、空腔三，5、空腔四，6、皮碗，7、弹簧一，8、文氏管，8.1、喉部，8.2、联通口一，8.3、联通口二，9、引气管一，10、引气管二，11、活门控制组件，12、活门，13、活门轴，14、滑道，15、轴一，16、轴承一，17、单向阀壳体，18、弹簧二，19、钢球，20、连接口一，21、连接口二，22、固定板一，23、固定板二。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

一种发动机防喘装置，包括壳体1、文氏管8、活门12、活门控制组件11、皮碗组件和弹簧一7。

壳体1内设有空腔一2和空腔二3，文氏管8安装在壳体1内，文氏管8的一端用于连通发动机的引气，另一端连通空腔一2。空腔一2的一端连通文氏管8、另一端给发动机供气。皮碗组件安装在壳体1内，空腔四5组件和壳体1形成空腔三4和空腔四5，空腔三4和空腔四5分设在皮碗组件两侧，空腔三4连通文氏管8喉部8.1，空腔四5连通文氏管8进气口，空腔三4除设有与连通文氏管8喉部8.1连通的开口一外，腔体是密闭的；空腔四5除设有与文氏管8进气口连通的开口二外，腔体是密闭的。空腔三4内设有弹簧一7，弹簧一7的一端连接皮碗组件另一端连接壳体1。

空腔二3一端连通大气另一端连通空腔一2，空腔二3内设有活门12，活门12能控制大气和空腔一2的连通。活门12连接活门控制组件11，活门控制组件11设置在空腔三4和壳体1内，也设置在空腔一2内，活门控制组件11连接皮碗组件、活门12和壳体1。通过活门控制组件11在空腔三4内的受力运动、活门控制组件11带动活门12转动，活门12转动实现活门12的开关、实现对大气和空腔一2的连通情况的控制。活门12打开，大气和空腔一2连通，活门12关闭，大气和空腔一2不连通。

文氏管8的结构如图2。文氏管8的进气口连通发动机的引气、喉部8.1连通空腔三4、出气口连通空腔一2，文氏管8的进气口的一端称为进气端，进气端上开始一个与空腔四5的联通口二8.3，联通口二8.3位于文氏管8进气一端的侧壁上。文氏管8喉部8.1对应的侧壁上开设与空腔三4的联通口一8.2。引气管一9用于连通空腔三4和文氏管8的喉部8.1，一端连接开口一另一端连接联通口一8.2；引气管二10用于连通空腔四5和文氏管8进气端，一端连接开口二另一端连接联通口二8.3。空腔三4和空腔四5之间设有压控单向阀，具体可以为引气管一9和引气管二10之间通过压控单向阀连接，压控单向阀能够从空腔三4向空腔四5方向打开，即能够从引气管一9向引气管二10方向打开，当发动机要发生喘振时，文氏管8喉部8.1气压迅速增大，文氏管8喉部8.1气压大于文氏管8进气端气压，压控单向阀打开，引气管一9和引气管二10导通，空腔三4与空腔四5导通，使得发动机不发生喘振，否则压控单向阀保持关闭状态。

本发明的一种发动机防喘装置在未安装连接发动机未使用时，且空腔三4和空腔四5内气压相等时，活门12处于打开状态，活门12初始状态为打开。空腔三4内和空腔四5内的气压差控制皮碗组件的运动，皮碗组件的运动控制活门控制组件11的运动，活门控制组件11的运动控制活门12的开关，活门12的开关控制空腔一2和大气的连通。当文氏管8进气端压力(气压)大于文氏管8喉部8.1压力时，空腔四5内气压大于空腔三4内气压，气压差推动皮碗组件运动(向使空腔三4体积变下的方向运动)和使弹簧一7压缩，皮碗组件受到压力带动活门控制组件11运动，活门控制组件11带动活门12向活门12打开方向运动，弹簧一7作为复位弹簧，在弹簧一7的回复力作用下，皮碗组件复位，带动活门控制组件11，使得活门12向活门12关闭方向运动。

上述壳体1包括第一分体、第二分体和第三分体，第一分体、第二分体和第三分体顺次连接。文氏管8、活门12、空腔一2和空腔二3设置第一分体内，活门控制组件11连接第一分体、第二分体和皮碗组件。第二分体和第三分体共同连接皮碗组件，第二分体和共同作为的盖体，第二分体和第三分体共同连接固定皮碗组件，第三分体和皮碗组件构成空腔四5，第二分体、活门控制组件11和皮碗组件构成空腔三4。如图3，皮碗组件包括皮碗6、固定板一22和固定板二23，皮碗6的碗沿连接第二分体和第三分体，固定板一22和固定板二23对皮碗6起到支撑作用，均通过螺钉连接皮碗6，第二分体、活门控制组件11和皮碗6的一侧构成空腔三4，第三分体和皮碗6的另一侧构成空腔四5，固定板一22位于空腔三4内，固定板二23位于空腔四5内。活门控制组件11可连接皮碗6；可连接固定板一22；可连接固定板一22和皮碗6；可连接皮碗6(与皮碗6密封连接)和固定板二23；可连接固定板一22、皮碗6(与皮碗6密封连接)和固定板二23。弹簧一7的一端连接固定板一22另一端连接第二分体。

本实施方式中压控单向阀连接引气管一9和引气管二10，压控单向阀通过连接引气管一9和引气管二10实现压控单向阀连接空腔三4和空腔四5。压控单向阀的开关阀位于引气管一9和引气管二10之间。如图4，压控单向阀包括单向阀壳体17、阀门、连接口一20和连接口二21，连接口一20和连接口二21设置在单向阀壳体17上，连接口一20连接空腔三4和/或引气管一9，连接口二21连接空腔四5和/或引气管二10，阀门设置在单向阀壳体17内，阀门连接连接口一20和连接口二21。阀门包括设置在单向阀壳体17内的弹簧二18和设置在单向阀壳体17内的钢球19，弹簧二18的一端固定连接壳体1，另一端连接钢球19，钢球19对应连接口二21设置，与连接口二21活动连接接触连接，钢球19依靠弹簧能够阻挡连接口一20和连接口二21导通。通常情况下文氏管8进气口压力大于文氏管8喉部8.1压力，此时压控单向阀处于关闭状态，当发动机要发生喘振时，文氏管8喉部8.1压力变大，该压力变化能够推开钢球19，则阀门打开、空腔三4和空腔四5导通，空腔三4和空腔四5内压力能够达到相对平衡(压力差小于弹簧二18回复力)，钢球19复位，阀门关闭、空腔三4和空腔四5不再导通。上述单向阀壳体17设置在第一分体上。

如图5，活门控制组件11包括活门轴13和连动座组件。连动座组件包括连动座、轴一15和轴承一16，连动座可连接固定板二23和皮碗6、可连接固定板一22、可连接固定板一22和皮碗6，本实施方式中连动座连接可连接固定板二23和皮碗6。连动座连接活门轴13的一端，活门轴13能相对于连动座转动。连动座连接轴一15，轴一15固定在连动座上，轴一15的两端各设有两个轴承一16。

活门轴13上开设有曲线型滑道14，具体为开设两个曲线型滑道14，轴一15穿过两个滑道14，轴一15的两端一一对应两个曲线型滑道14。滑道14连接轴一15端部其中一个轴承一16外表面上，轴一15同一端两个轴承一16，内侧的轴承一连接滑道，如图5。轴一15直线运动时，轴一15沿滑道14滑动，轴一15通过轴承一16和滑道14带动活门轴13转动。轴一15从滑道14一端移动到另一端对应活门12从完全打开到完全关闭，活门轴13连接活门12和第一分体，活门12通过铆钉固定在活门轴13上，活门轴13的中部和另一端通过轴承连接第一分体，活门轴13顺次的连接及位置关系为：活门轴13一端部连接连动座、穿过空腔三4且该部分设有滑道14、通过轴承连接壳体1、穿过空腔二3且该部分连接活门12、另一个端部通过轴承连接壳体1。空腔三4内，弹簧一7位于活门轴13外、环绕活门轴13。

该装置引气通道装有文氏管8，当高马赫数气流通过时在文氏管8不同部位形成压差。如图1，入口(即文氏管8进气端，称为引气进口)压力由引气管二10进入皮碗组件上腔即空腔四5，文氏管8喉部8.1压力由引气管一9进入皮碗组件下腔即空腔三4，此时压控单向阀不工作，两腔间静压差作用在皮碗组件及弹簧一7上，推动皮碗组件和连动座组件向下直线运动、推动弹簧一7压缩，此时滑道14带动活门轴13旋转，从而驱动引气活门12关闭。

当空腔一2的为发动机供气的一端(称为引气出口)有气体反流、文氏管8喉部8.1压力大于引气进口压力与压控单向阀中弹簧二18压力之和时，单向阀的阀门打开，皮碗6上下腔压力导通，活门12打开，空腔二3连通大气的一端开始放气，防止发动机喘振。

空腔二3连通大气的一端作为引气口也作为放气口，活门12处于打开状态且即将关闭时，空腔二3连通大气的一端作为引气口；活门12慢慢关闭至完全关闭时，此时如果发动机将要喘振，喉部8.1压力升高，压控单向阀打开导通，活门12向打开方向运动，空腔二3连通大气的一端作为放气口。

本发明在引气转接过程中采用压控单向阀，起到控制压力门限作用。当活门12处于关闭状态，此时，当文氏管8喉部8.1压力达到某一临界值时，压控单向阀开启，皮碗6上下向压力相同趋势变化，活门12向开启状态转动；而当文氏管8喉部8.1压力小于临界值时，压控单向阀关闭，这时皮碗6上下才能形成压差驱动活门12关闭。该设计起到了一定的安全作用，防止发动机异常引气。

本发明的皮碗6感受文氏管8两端压差的直线运动通过曲线型滑道14设计转换为活门轴13开关的旋转运动。同时为避免运动卡滞，滑道14接触部位两端均安装有轴承一16。

本发明的皮碗6感受文氏管8两压差、驱动弹簧一7压缩，同步通过滑道14驱动活门轴13旋转，当压差与弹簧一7的弹簧力到达平衡时，活门12停止旋转并保持在相应位置。该设计实现了活门12开度根据进口气流状态自动调整的功能，引气量实现自动调节，从而防止发动机喘振。本发明通过文氏管8应用，应用文氏管8原理，通过在文氏管8喉部8.1位置开孔，感受喉部8.1位置压力，与进口压力形成压差。同时根据进口气流马赫数变化，压差随之自动变化，进而实现引气量实时调节。本发明根据文氏管8原理，将进口气流通过收缩喷管实现流速放大和压力减小后，再将两种不同压力引到装置内部，利用压差实现活门12开度调节的防喘装置。一方面可以向发动机稳定提供压缩空气，用于发动机起动或者作为空气系统的气源；另一方面还可以通过自动调节引气量的方式来防止发动机发生喘振。本发明一种发动机防喘装置通过文氏管8原理的应用，成功实现了感受进口气流压力及马赫数变化，自动调节引气量大小的功能，简化了系统，同时也提高了工作可靠性。

Claims (10)

1.一种发动机防喘装置，其特征在于，包括壳体(1)、文氏管(8)、活门(12)、活门控制组件(11)、皮碗组件和弹簧一(7)；壳体(1)内设有空腔一(2)和一端连通大气另一端连通空腔一(2)的空腔二(3)；文氏管(8)安装在壳体(1)内，一端作为进气端、用于连通发动机的引气，另一端连通空腔一(2)的一端，空腔一(2)的另一端为发动机供气；皮碗组件安装在壳体(1)内，皮碗组件和壳体(1)形成空腔三(4)和空腔四(5)，空腔三(4)连通文氏管(8)喉部(8.1)，空腔四(5)连通文氏管(8)进气端；空腔三(4)内设有弹簧一(7)，弹簧一(7)的一端连接皮碗组件另一端连接壳体(1)；空腔三(4)和空腔四(5)之间设有压控单向阀；活门控制组件(11)设置在空腔三(4)和壳体(1)内，活门控制组件(11)连接皮碗组件和活门(12)；活门(12)设置在空腔二(3)内，控制空腔一(2)和大气的连通，活门(12)通过空腔三(4)内和空腔四(5)内的气压差、皮碗组件和活门控制组件(11)控制空腔一(2)和大气的连通。

2.如权利要求1所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，当所述文氏管(8)进气端气压大于文氏管(8)喉部(8.1)气压时，空腔四(5)内气压大于的空腔三(4)内气压；通过空腔三(4)内和空腔四(5)内的气压差能够控制皮碗组件的运动，皮碗组件的运动能够控制活门控制组件(11)的运动，活门控制组件(11)的运动能够控制活门(12)的开关。

3.如权利要求1所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，所述压控单向阀能够从空腔三(4)向空腔四(5)方向打开。

4.如权利要求1所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，当所述发动机将要发生喘振时，文氏管(8)喉部(8.1)气压大于文氏管(8)进气端气压，压控单向阀打开。

5.如权利要求1所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，所述空腔三(4)通过引气管一(9)连通文氏管(8)喉部(8.1)，空腔四(5)通过引气管二(10)连通文氏管(8)进气端，压控单向阀通过连接引气管一(9)和引气管二(10)实现空腔三(4)和空腔四(5)的单向连接。

6.如权利要求5所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，所述压控单向阀包括单向阀壳体(17)、阀门、连接口一(20)和连接口二(21)，单向阀壳体(17)连接壳体(1)，连接口一(20)设置在单向阀壳体(17)上、连接引气管一(9)，连接口二(21)设置在单向阀壳体(17)上、连接引气管二(10)，阀门设置在单向阀壳体(17)内，阀门连接连接口一(20)和连接口二(21)，所述阀门包括弹簧二(18)和钢球(19)，弹簧二(18)的一端连接壳体(1)，另一端固定连接钢球(19)，钢球(19)对应连接口二(21)设置。

7.如权利要求1所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，所述皮碗组件包括皮碗(6)、固定板一(22)和固定板二(23)，固定板一(22)和固定板二(23)均连接皮碗(6)、分设在皮碗(6)两侧，皮碗(6)连接壳体(1)，活门控制组件(11)连接壳体(1)，活门控制组件(11)连接固定板一(22)和/或固定板二(23)，皮碗(6)一侧侧面、壳体(1)和活门控制组件(11)形成空腔三(4)，皮碗(6)另一侧侧面和壳体(1)形成空腔四(5)，固定板一(22)位于空腔三(4)内，弹簧一(7)一端连接固定板一(22)另一端壳体(1)。

8.如权利要求1所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，所述活门控制组件(11)包括活门轴(13)和连接皮碗组件的连动座组件，所述活门轴(13)转动连接连动座组件和壳体(1)，活门(12)设置在活门轴(13)上且能与活门轴(13)同步转动。

9.如权利要求8所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，所述连动座组件包括连动座、轴一(15)和轴承一(16)，连动座连接皮碗组件，活门轴(13)连接连动座，活门轴(13)上设有滑道(14)，轴一(15)上设有轴承一(16)，轴承一(16)滑动连接滑道(14)；皮碗组件、连动座和轴一(15)沿直线运动时，通过轴承一(16)沿滑道(14)滑动实现活门轴(13)相对于连动座转动。

10.如权利要求8所述的一种发动机防喘装置，其特征在于，所述活门轴(13)穿过空腔二(3)，活门轴(13)通过轴承连接壳体(1)。

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