CN112324590B - 一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置 - Google Patents

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Abstract

一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，安装在燃气多通来流入口处，整流装置为具有导流型面的中空杯状结构，包括导流型面和圆柱段，导流型面呈倒锥形，其小端与圆柱段连接为一体且直径相同；在导流型面沿燃气流动方向均布若干圆孔；在整流装置的圆柱段沿径向方向设置若干排径向孔，在圆柱段底部沿轴线方向布置若干圈圆孔。本发明整流装置能抑制多通管路中因流动不稳定引起的单边压力脉动。

Description

一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置
技术领域
本发明涉及一种抑制燃气压力单边脉动的整流装置，适用于在分叉的多通管路结构中抑制流动不稳定，可用于航空航天、热能工程等领域。
背景技术
在燃气发生器循环的液体火箭发动机中，燃气发生器通过燃烧产生高温燃气，经燃气多通后分成两股，分别流经氢氧涡轮燃气导管吹动涡轮做功。氢、氧涡轮带动氢、氧泵将氢、氧分别输送到推力室及燃气发生器。
燃气多通是三通结构，是由于高温高压的燃气在流经燃气多通时，在多通拐角及多通底部存在大涡引起流动不稳定，导致燃气发生器的燃烧室压力经常表现为单边的压力脉动，且持续时间较短，呈“毛刷”状态。燃气发生器室压的单边压力跳动经常引起推力室工况的变化，影响整个发动机的工况水平。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，能抑制多通管路中因流动不稳定引起的单边压力脉动。
本发明采用的技术解决方案是：
一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，该整流装置安装在燃气多通来流入口处，整流装置为具有导流型面的中空杯状结构，包括导流型面和圆柱段，导流型面呈倒锥形，其小端与圆柱段连接为一体且直径相同；在导流型面沿燃气流动方向均布若干圆孔；在整流装置的圆柱段沿径向方向设置若干排径向孔，在圆柱段底部沿轴线方向布置若干圈圆孔。
进一步的，整流装置圆柱段的各排径向孔交错排列。
进一步的，整流装置的安装高度保证圆柱段径向孔总高的四分之三处与燃气多通的较小出口上壁面重合。
进一步的，圆柱段底部为球面。
进一步的，整流装置安装后当量流通直径不小于燃气多通较大出口的直径。
进一步的，整流装置通过氩弧焊接的方式实现与燃气多通连接。
进一步的，导流型面上均布单排12个孔径为10mm的通孔，孔的总面积占导流型面内型面的15％。
进一步的，圆柱段侧壁上沿径向方向交错设置4排径向孔，每排包括均布的10个孔径为10mm的通孔，圆柱段孔的总面积占圆柱段侧壁内型面面积的40％；底部球面上中心位置有1个孔径为9mm的通孔，围绕中心孔的一周，均布6个孔径为9mm的通孔，底部通孔的总面积占底部内球面面积的40％。
进一步的，整流装置的导流型面锥角为50°。
进一步的，整流装置的整体材料采用GH4169材料，且经过时效热处理。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明已经过大量热试车考核，成功应用于某型氢氧火箭发动机，有效抑制了燃气发生器室压的单边压力脉动。
(2)本发明可以适应高温、高压及振动恶劣的极端环境，工作可靠，达到多次重复利用。
(3)本发明可推广至其他具有多通结构的流动不稳定研究工作中，此外，本发明技术成果还可以推广应用于石油化工、炼油等民用多种领域，有较好的借鉴推广作用。
附图说明
图1为整流装置与燃气多通的装配示意图；
图2为本发明整流装置结构示意图，其中图2a为正视图，图2b为俯视图；
图3为本发明整流装置圆柱段的各排径向孔排列示意图，其中，图3a为图2a图中A-A截面的剖视图，图3b为图2a图中B-B截面的剖视图。
具体实施方式
本发明在燃气发生器出口(燃气多通入口)处安装整流装置，如图1所示，整流装置安装在燃气多通来流入口处，通过氩弧焊接的方式实现连接。整流装置设计成具有导流型面的中空杯状结构，在导流面及圆柱段的壁面上布置若干通孔，通过调整整流装置的高度、通孔的数量及大小来调整整流装置的流阻大小，实现整流效果与流阻的最优匹配。
如图2所示，整流装置为具有导流型面的中空杯状结构。包括导流型面和圆柱段，导流型面呈倒锥形，其小端与圆柱段连接为一体且直径相同；为了减小流阻，增加燃气掺混，在导流型面沿燃气流动方向均布若干圆孔；为了打散在燃气多通拐角及底部的大涡，在整流装置的圆柱段沿径向方向设置若干排相互交错的径向孔，在底部沿轴线方向布置若干圈圆孔，且整流装置的安装高度应保证圆柱段径向孔总高的四分之三处与较小出口(出口1)重合；为了改善整流装置底部的受力环境，底部设计成球面。为了控制整流装置流阻，整流装置安装后当量流通直径不应小于燃气多通出口较大的直径(出口2)。
如图3所示，整流装置圆柱段的各排径向孔成交错排列。
给出本发明实施例：
导流型面上均布单排12个孔径为10mm(R1)的通孔，孔的总面积占导流型面内型面的15％。
如图3所示，圆柱段侧壁沿径向方向交错设置4排(A-A、B-B截面)径向孔，每排包括均布的10个孔径为10mm(R2)的通孔，圆柱段孔的总面积占圆柱段侧壁内型面面积的40％；
如图2所示，底部球面上中心位置有1个孔径为9mm(R3)的通孔，围绕中心孔的一周，均布6个孔径为9mm(R3)的通孔，底部通孔的总面积占底部内球面面积的40％。
整流装置的导流型面锥角为50°。
整流装置的整体材料采用GH4169材料，且经过时效热处理。
本发明已成功应用于某液体火箭发动机，燃气多通内未设置整流装置时，燃烧室内压力脉动呈单边的“毛刷”状态，毛刺脉动幅值约±3％～±5％左右。当燃气多通内设置整流装置后，燃烧室内单边的压力脉动消失，压力脉动控制在±2.5％以内。本发明已通过大量热试车考核，试验燃气温度约900K，工作压力约7MPa，振动量级在50g左右。试验结果表明整流装置可以有效抑制燃烧室内的单边压力脉动，工作可靠。

Claims (10)

1.一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：该整流装置安装在燃气多通来流入口处，整流装置为具有导流型面的中空杯状结构，包括导流型面和圆柱段，导流型面呈倒锥形，其小端与圆柱段连接为一体且直径相同；在导流型面沿燃气流动方向均布若干圆孔；在整流装置的圆柱段沿轴向方向设置若干排径向孔，在圆柱段底部沿径向方向布置若干圈圆孔。
2.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：整流装置圆柱段的各排径向孔交错排列。
3.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：整流装置的安装高度保证圆柱段径向孔总高的四分之三处与燃气多通的较小出口上壁面重合。
4.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：圆柱段底部为球面。
5.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：整流装置安装后当量流通直径不小于燃气多通较大出口的直径。
6.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：整流装置通过氩弧焊接的方式实现与燃气多通连接。
7.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：导流型面上均布单排12个孔径为10mm的通孔，孔的总面积占导流型面内型面的15％。
8.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：圆柱段侧壁沿轴向方向交错设置4排径向孔，每排包括均布的10个孔径为10mm的通孔，圆柱段孔的总面积占圆柱段侧壁内型面面积的40％；底部球面上中心位置有1个孔径为9mm的通孔，围绕中心孔的一周，均布6个孔径为9mm的通孔，底部通孔的总面积占底部内球面面积的40％。
9.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：整流装置的导流型面锥角为50°。
10.根据权利要求1所述的一种抑制多通管路中燃气压力单边脉动的整流装置，其特征在于：整流装置的整体材料采用GH4169材料，且经过时效热处理。
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