CN112050251A - 一种航空发动机燃烧室稳流调压装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空试验领域，涉及一种航空发动机燃烧室稳流调压装置。该装置包括：第一驱动装置、锥齿轮驱动轴、固定孔板、转动孔板、嵌套锥齿轮板、第二驱动装置、驱动齿轮轴。

Description

一种航空发动机燃烧室稳流调压装置

技术领域

本发明属于航空领域，涉及一种航空发动机燃烧室稳流调压装置。

背景技术

各型试验设备对于压力调节装置都有着广泛的应用需求，冲压和加力燃烧室等试验设备对压力调节装置更有着高温、高压、零泄漏、无污染、高落压比下稳流特性好、寿命长等苛刻的使用要求，常规的阀门用作压力调节装置无法满足试验需要，亟需研制一种新型非标稳流调压装置，有力支撑各型试验设备建设。

查阅大量文献，国内外运用于试验设备上的阀门虽然具有广泛的调压能力，但由于面积突变，导致下游压力波动较大，流场极不均匀，容易产生较大的涡流，这对试验影响是不利的。常规的调压装置多采用球阀、蝶阀等调节形式，装置进出口尤其是在临界时阀门出口截面流场严重畸变，引起噪声等，而且气流畸变后再次整流需要很长的整流段方能达到流场相对均匀的效果，这在目前的试验设备上是很难达到。

发明内容

发明目的：提供一种可用于航空发动机燃烧室出口处的稳流调压装置，实现宽工况调压的同时出口流场均匀稳定、零泄漏的目的。

本发明的技术方案：

一种航空发动机燃烧室稳流调压装置，包括：第一驱动装置、锥齿轮驱动轴、固定孔板、转动孔板、嵌套锥齿轮板、第二驱动装置、驱动齿轮轴；

第一驱动装置与锥齿轮驱动轴固连；固定孔板包括孔板部分和嵌套部分；嵌套部分从孔板部分伸出向外，将驱动齿轮轴嵌套；第二驱动装置的输出轴通过键槽与驱动齿轮轴配合，驱动齿轮轴与小齿轮啮合；小齿轮通过花键从侧面与嵌套驱动齿轮轴的嵌套部分连接；转动孔板上固接有嵌套锥齿轮板；嵌套锥齿轮板与伸出嵌套部分的锥齿轮驱动轴啮合；转动孔板和孔板部分轴连，转动孔板和孔板部分上都开设有相同的多个节流孔；

其中，第二驱动装置通过驱动齿轮轴驱动小齿轮旋转，小齿轮带动与之连接的固定孔板和转动孔板旋转；第一驱动装置通过锥齿轮驱动轴驱固定有动嵌套锥齿轮板的转动孔板转动，从而调节转动孔板上节流孔与固定孔板上节流孔之间的开口面积。

转动孔板和孔板部分之间存在间隙；两者相贴近的一面的对应位置开设有凹槽；两个对应凹槽所围成的空间容纳有承力钢珠，承力钢珠起到密封、润滑和承力的作用。

固定孔板和转动孔板上都设置9层环形孔，开孔面积为30％，两层孔板在30°转动范围内实现0-30％的流通面积比；第一层环形孔为6个均布的扇形孔，各个空的开孔角度为28°，第二到第九层环形孔为18个均布的扇形孔，各个孔的开孔角度为9°

嵌套锥齿轮板固定在转动孔板上第8和第9层，采用嵌套锥齿轮板形状为50°的扇形。

装置还包括：前法兰、后法兰；

其中，前法兰、后法兰卡在嵌套部分外表面，对固定孔板限位；前法兰与后法兰通过螺栓连接；

装置还包括：齿轮外壳和齿轮外壳端盖；

齿轮外壳焊接在法兰上，齿轮外壳端盖与齿轮外壳螺连，齿轮外壳端盖和齿轮外壳对第二驱动装置、驱动齿轮轴、小齿轮上下限位。

装置还包括：轴承端盖；

轴承端盖与嵌套部分底部固连；轴承端盖对锥齿轮驱动轴限位、保护。

装置还包括：多个滚动轴承；

其中，滚动轴承设置在固定孔板的轴肩上，还设置在锥齿轮驱动轴的的轴肩上，还设置在轴承端盖与锥齿轮驱动轴的接触位置。

装置还包括：推力球轴承；

轴连转动孔板和孔板部分的轴与转动孔板之间设置有推力球轴承。

本发明的有益效果：

本发明针对现有各型试验设备压力调节需求，提供一定借鉴作用。在实现宽广范围压力调节的同时，具有良好的出口流场稳定性。并且，由于本装置可实现0-90％的流通面积比，调压能力更强，省去来回拆卸调压装置的人力物力。同时，本装置采用电动控制，可以通过具体角度旋转精确计算、控制具体开孔面积，不需人为操作，更加安全。本发明解决了调压装置前后零泄漏的问题。

附图说明

图1为航空发动机燃烧室稳流调压装置结构示意图。

图2为转动孔板开孔示意图固定孔板开孔示意图同。

图3为两层孔板开孔重合时的径向压力分布云图。

图4为两层孔板开孔重合时的周向速度分布云图。

其中，1-驱动装置、2-锥齿轮驱动轴、3-固定孔板、4-齿轮外壳端盖、5-小齿轮、6-齿轮外壳、7-前法兰、8-轴承端盖、9-轴、10-轴端盖、11-转动孔板、12-承力钢珠、13-嵌套锥齿轮板、14-后法兰、15-驱动齿轮轴、16-轴套、17-第二驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本技术方案作进一步详细说明。

国内外现有比较成熟的调压装置最大的弊端是由于面积突扩，致使下游流场畸变、压力在时间和空间上的脉动、产生噪声等。本发明通过均匀排布的小孔进行压力调节，使管道内流体通过调压装置后流场趋于均匀，速度、压力在同一流通截面分布均匀。因此本发明采用两层节流孔板面积交错进行压力调节。

显然地，开孔越多，分布越均匀，调压装置的稳流作用越好。但在实际试验过程，考虑到结构的稳定性，孔板开孔面积受到限制。另外，针对实际试验过程，我们需要调压装置能够达到全关的目的，这样可以节省大量人力、物力，不需要反复拆卸调压装置。由于上述原因，更加限制了两层孔板的开孔面积以及开孔方式。因此，需要合理设计孔板的开孔方式以及开孔大小，尽可能实现大开孔率、结构安全，零泄漏、出口流场稳定的目的。

本发明还从另一个方向解决上面出现的问题。可以通过蝶阀的方式控制两层孔板整体在管道内运动，增大流体流通面积。但由于两层孔板的交错，致使通过调压装置的流体分布更加均匀，可以达到比阀门调压更好的稳流作用。

根据本发明需要解决的问题，本发明采取以下技术措施，所诉装置主要包括第一驱动装置1、锥齿轮驱动轴2、固定孔板3、齿轮外壳端盖4、小齿轮5、齿轮外壳6、前法兰7、轴承端盖8、轴9、轴端盖10、转动孔板11、承力钢珠12、嵌套锥齿轮板13、后法兰14、驱动齿轮轴15、轴套16、第二驱动装置17。前法兰7与后法兰14通过螺栓连接；齿轮外壳6焊接在法兰上，齿轮外壳端盖4与其螺栓连接，保护小齿轮5和驱动齿轮轴15；驱动齿轮轴15通过第二驱动装置17驱动小齿轮5运动，可使稳流调压装置整体360°旋转，管道流通面积范围可达0-90％；嵌套锥齿轮板13与转动孔板11螺栓连接，锥齿轮驱动轴2通过第一驱动装置1驱动嵌套锥齿轮板13转动，两层孔板交错面积变化范围0-30％；固定孔板3与转动孔板11通过轴9相连接，放置推力球轴承承接来流压力，并且两层节流孔板之间开凹槽，放置钢珠进行承力。各齿轮传动通过轴承配合完成。本发明通过合理布置两层孔板的开孔方式以及开孔大小，可以应用于通径一米以内试验管道的压力调节，并且在调压的同时达到出口流场稳定的效果。

如图1所示，本航空发动机燃烧室稳流调压装置组装流程：首先将嵌套锥齿轮板13与转动孔板11利用螺栓连接，将转动孔板11放入固定孔板3中，注意接触面的凹槽内安装承力钢珠12；然后在锥齿轮驱动轴2上安装轴承，嵌套进固定孔板3的轴内，利用轴承端盖限定位置，再将轴9和推力球轴承与轴端盖10进行螺栓连接；接下来将小齿轮安装在固定孔板3的轴上，将齿轮外壳6分别与前法兰7、后法兰14通过焊接形式连接，将后孔板3放入前、后法兰中，前、后法兰利用螺栓连接，在驱动齿轮轴15上安装轴承和轴套16，放入齿轮外壳6中，与小齿轮5进行配合；最后将齿轮外壳端盖5与齿轮外壳6螺栓连接，将第一驱动装置1与锥齿轮驱动轴2螺栓连接，将第二驱动装置17与轴套16螺栓连接。航空发动机燃烧室稳流调压装置组装完毕。

本发明密封措施：整体利用法兰密封，活动结构利用O型圈进行密封，驱动齿轮轴15与固定孔板3采用嵌套结构，中间包含3层O型密封圈；固定孔板3的轴与前、后法兰接触处采用两层密封圈。另外，利用齿轮外壳端盖4与齿轮外壳6更好地防止流体泄露到外界。

调压装置前后的泄露问题，两层孔板通过轴9与轴端盖10紧密贴合，当转动孔板11转动一定角度时，可通过孔交错使两层孔板得流通面积为零。由于两层孔板紧密贴合导致的摩擦问题，可以通过在两层孔板贴合面开适当凹槽，安装钢珠进行解决，并且可以在一定程度上分担来流压力。

本发明的两层孔板的开孔方式如图2所示，一共设置9层环形孔，开孔面积为30％，两层孔板可在30°转动范围内实现0-30％的流通面积比。如图2所示，最外围第8和第9层没有开孔位置为嵌套锥齿轮板13安装处，由于两层孔板可在30°范围内实现全关到最大流通面积的变化，因此嵌套锥齿轮板13只需要一小部分就可实现，本装置采用的嵌套锥齿轮板13仅为50°的扇形，进一步增加了孔板开孔面积。第一层环形孔为6个均布的扇形孔，各个空的开孔角度为28°，第二到第九层环形孔为18个均布的扇形孔，各个孔的开孔角度为9°。

针对本发明装置的开孔方式以及开孔大小，当两层孔板开孔重合时，进行了在前后压差为1MPa，流量为50kg/s时的数值计算，得到如图3所示的两层孔板开孔重合时的径向压力分布云图以及如图4所示的两层孔板开孔重合时的周向速度分布云图。可以看到，流体介质通过本发明装置后流场分布均匀。

本发明的设计思路为通过单独旋转转动孔板与旋转装置整体两种方式相配合来调节压力，稳定出口流场。单独旋转孔板可实现流通面积比0-30％，旋转装置整体可实现流通面积比0-90％。本发明针对大型试验管道，其特征在于管道通径≥500mm均可用。本发明通过合理布置开孔方式以及开孔大小，可以应用于通径一米以内试验管道的压力调节，并且在调压的同时达到出口流场稳定的效果。

Claims (9)

1.一种航空发动机燃烧室稳流调压装置，其特征在于,包括：第一驱动装置、锥齿轮驱动轴、固定孔板、转动孔板、嵌套锥齿轮板、第二驱动装置、驱动齿轮轴；

第一驱动装置与锥齿轮驱动轴固连；固定孔板包括孔板部分和嵌套部分；嵌套部分从孔板部分伸出向外，将驱动齿轮轴嵌套；第二驱动装置的输出轴通过键槽与驱动齿轮轴配合，驱动齿轮轴与小齿轮啮合；小齿轮通过花键从侧面与嵌套驱动齿轮轴的嵌套部分连接；转动孔板上固接有嵌套锥齿轮板；嵌套锥齿轮板与伸出嵌套部分的锥齿轮驱动轴啮合；转动孔板和孔板部分轴连，转动孔板和孔板部分上都开设有相同的多个节流孔；

其中，第二驱动装置通过驱动齿轮轴驱动小齿轮旋转，小齿轮带动与之连接的固定孔板和转动孔板旋转；第一驱动装置通过锥齿轮驱动轴驱固定有动嵌套锥齿轮板的转动孔板转动，从而调节转动孔板上节流孔与固定孔板上节流孔之间的开口面积。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，转动孔板和孔板部分之间存在间隙；两者相贴近的一面的对应位置开设有凹槽；两个对应凹槽所围成的空间容纳有承力钢珠，承力钢珠起到密封、润滑和承力的作用。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，固定孔板和转动孔板上都设置9层环形孔，开孔面积为30％，两层孔板在30°转动范围内实现0-30％的流通面积比；第一层环形孔为6个均布的扇形孔，各个空的开孔角度为28°，第二到第九层环形孔为18个均布的扇形孔，各个孔的开孔角度为9°。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，嵌套锥齿轮板固定在转动孔板上第8和第9层，采用嵌套锥齿轮板形状为50°的扇形。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置还包括：前法兰、后法兰；

其中，前法兰、后法兰卡在嵌套部分外表面，对固定孔板限位；前法兰与后法兰通过螺栓连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，装置还包括：齿轮外壳和齿轮外壳端盖；

齿轮外壳焊接在法兰上，齿轮外壳端盖与齿轮外壳螺连，齿轮外壳端盖和齿轮外壳对第二驱动装置、驱动齿轮轴、小齿轮上下限位。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置还包括：轴承端盖；

轴承端盖与嵌套部分底部固连；轴承端盖对锥齿轮驱动轴限位、保护。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置还包括：多个滚动轴承；

其中，滚动轴承设置在固定孔板的轴肩上，还设置在锥齿轮驱动轴的的轴肩上，还设置在轴承端盖与锥齿轮驱动轴的接触位置。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置还包括：推力球轴承；

轴连转动孔板和孔板部分的轴与转动孔板之间设置有推力球轴承。

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