CN113833569A - 用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构及内燃波转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构及内燃波转子，属于新概念的非定常燃烧领域。一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，包括波转子和进气端口，进气端口朝向波转子的一端设置有密封盘，波转子的端部与密封盘紧密接触，密封盘上开设有扇形孔；波转子上设有若干波转子通道；进气端口内设有隔离段套筒，隔离段套筒内设置有气动阀，气动阀具有两个阀片，两个阀片的自由端朝向波转子设置，且相互远离；波转子转动时，若干波转子通道依次通过扇形孔与隔离段套筒连通。本发明通过改变流动堵塞比和气动阀形状消耗反传压力，实现对反射激波的抑制，有利于燃料进气过程，可实现在偏离设计点状态下的内燃波转子的稳定工作。

Description

用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构及内燃波转子

技术领域

本发明涉及新概念的非定常燃烧技术领域，更具体地说，涉及一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构及内燃波转子。

背景技术

定容燃烧室由于可以在内部实现等容燃烧，具有显著降低燃气轮机的燃料消耗以及提高整体热效率的潜力，爆震发动机和内燃波转子都属于新型定容燃烧装置。内燃波转子可以实现定容燃烧室与稳流部件的结合，因此曾被用作动态压力交换器并装配于燃气轮机。集增压与燃烧一体化的内燃波转子由于工作时序的周期性以及众多燃烧通道的使用，使得它与其他压力增益燃烧室相比，可以更好地与涡轮机械等进行结合，因此具有很高的应用价值。

例如，专利号为ZL201310018405.3的中国专利公开了一种基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子及其工作方法，该方案的波转子是由多个通道构成，在利用非定常燃烧热循环效率高和增压技术优势的同时，多通道时序工作可以实现内燃波转子出口气流趋于稳定输出。又例如，专利号为ZL201621170672.8的中国专利公开了一种内燃波转子混气形成装置，该装置包括相连的渡管段和波转子进气端段，所述的波转子进气端段上壁面开有若干小孔，每个小孔上均连接有燃料喷射支管，每根燃料喷射支管通过独立的阀门连接到燃料入口总管；波转子进气端段内部通道设置有两块导流板，导流板将波转子进气端段分成三个入口区，三个入口区填充不同浓度的混气。

然而，与爆震发动机类似，定容燃烧由于燃烧室内压力上升到很高水平，偏离设计点工况时，当进气端口和通道相连时，前一循环的高压燃气可能并未排空，通道内压力较之进气端高出很多，形成激波前传。因此，上述两个申请案的内燃波转子在工作过程中，容易发生激波前传现象，并影响燃料进气过程，导致内燃波转子工作不协调、其他通道提前点火，从而影响内燃波转子的正常工作。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中，内燃波转子的通道内高压燃气不能及时排空，从而易产生激波前传的不足，提供一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构及内燃波转子，旨在抑制内燃波转子的激波前传，提高内燃波转子的稳定性。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，包括波转子和进气端口，所述进气端口朝向所述波转子的一端设置有密封盘，所述波转子的端部与所述密封盘紧密接触，所述密封盘上开设有扇形孔；所述波转子上设有若干波转子通道；所述进气端口内设有隔离段套筒，所述隔离段套筒内设置有气动阀，所述气动阀具有两个阀片，两个所述阀片的自由端朝向所述波转子设置，且相互远离；所述所述波转子转动时，若干所述波转子通道依次通过所述扇形孔与所述隔离段套筒连通。

进一步地，所述进气端口的形状与所述扇形孔的形状相对应。

进一步地，所述隔离段套筒设置在所述进气端口的前端，以使所述波转子通道在转动时先与所述隔离段套筒接通，再与所述进气端口接通。

进一步地，两个所述阀片铰接，且所述阀片上设置有用于限制所述气动阀张开程度的限位结构。

进一步地，所述限位结构包括定位销，以及两个所述阀片上开设的限位孔，所述限位孔沿着所述波转子通道的轴线方向开设，所述定位销的两端分别插设在两个阀片的限位孔内。

进一步地，还包括伸缩杆，所述伸缩杆沿着所述波转子通道的轴线方向设置，所述气动阀连接在所述伸缩杆上。

进一步地，所述气动阀设置为两个以上，两个以上的所述气动阀连接在同一所述伸缩杆上。

进一步地，所述气动阀还包括滑块，两个所述阀片与所述滑块铰接，所述滑块与所述伸缩杆滑动连接。

本发明的一种内燃波转子，包括上述的隔离段抑制激波前传结构。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的隔离段抑制激波前传结构中，两个阀片通过位置、角度的配合形成为特定形成，从而改变隔离段套筒的流道面积。具体的，从隔离段套筒到波转子的方向上，两个阀片成流线型，从波转子通道到隔离段套筒的方向上，两个阀片呈突扩型，从而使得气流的正向流动阻力减小，逆向流动阻力增大，进而利用两个阀片的配合，通过改变流动堵塞比和气动阀形状消耗反传压力，实现对反射激波的抑制，有利于燃料进气过程，可实现在偏离设计点状态下的内燃波转子的稳定工作。

(2)本发明中，气动阀通过滑块与伸缩杆的配合，以及定位销和限位孔的配合，利用阀片相对于定位销移动的方式，控制气动阀的张开范围，从而调整阀片的阻塞面积，进而使得气动阀对激波前传产生更好的抑制作用。

附图说明

图1为本发明的隔离段抑制激波前传结构的结构示意图；

图2为本发明中进气端口的结构示意图；

图3为本发明中密封盘的结构示意图；

图4为本发明中波转子的结构示意图；

图5为本发明中气动阀的机构示意图；

图6为本发明中阀片的配合关系示意图；

图7为本发明中激波前传抑制原理示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参照图1，本实施方式提供了一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，该结构具体包括进气端口1、密封盘2和波转子3。具体的，密封盘2设置在进气端口1和波转子3之间，且密封盘2连接在进气端口1上靠近于波转子3的一端；波转子3与密封盘2之间为紧密接触，从而在波转子3相对于密封盘2和进气端口1转动时，防止波转子3内的气体泄漏。

参照图2，进气端口1的中部镂空，用于向波转子3内通入燃气。进气端口1与密封盘2连接的一侧设置有法兰11，法兰11和密封盘2上均开设有若干个螺纹连接孔，通过法兰11上的螺纹连接孔与密封盘2上的螺纹连接孔的配合，实现法兰11和密封盘2的连接。

参照图3，密封盘2可以为圆形结构，密封盘2上开设有扇形孔22，进气端口1的形状可以与扇形孔22的形状相对应，使得进气端口1能够通过扇形孔22与波转子3相连通。

参照图4，波转子3可以为套筒结构，即，波转子3包括内套筒和外套筒，波转子3的内套筒和外套筒之间可以设置有若干个转子隔板32，若干个转子隔板32沿着波转子3的周向等距设置。相邻的两个转子隔板32与内套筒和外套筒共同形成为波转子通道31。

在设计点工况下，波转子3上的一个波转子通道31的运动循环过程具体为：首先，波转子通道31在波转子3的转动方向上转动，当波转子通道31转动至第一位置并开始一次循环时，该波转子通道31通过扇形孔22与进气端口1的前端连通，进气端口1内的气体进入波转子通道31内；然后，波转子通道31转动到达第二位置，在该位置处，该波转子通道31通过扇形孔22与进气端口1的后端连通，波转子通道31在进气端口1的前端和后端之间完成进气；当波转子通道31达到第二位置并继续转动后，波转子通道31不再与进气端口1连通；之后，波转子通道31转动至第三位置并开始点火，转动至第四位置并开始排气；最后，波转子通道31又回到第一位置处，完成一次循环。

其中，在设计点工况下，当波转子通道31完成一次循环后，波转子通道31内的燃气燃烧完成，波转子通道31的温度上升较多，远高于室温。然后，若当波转子3进入非设计点工况，即波转子转速高于设计转速，或者进气端口无法按照设计条件向波转子通道内进气时，波转子通道内残存的燃气会获得一定的压力增益，使得波转子通道31内燃气的气压高于进气端口1内的气压，当波转子通道31与进气端口1时，波转子通道31的燃气会流入进气端口1中，干扰进气端口1内的气流流动，继而发生激波前传现象。

参照图1，本实施方式为解决上述问题，在进气端口1内设置有隔离段套筒4，该隔离段套筒4内设置有气动阀5，该气动阀5用于改变进气端口1向波转子通道31内的第一气流L1的流动阻力，以及波转子通道31向进气端口1内的第二气流L2的流动阻力，从而抑制激波前传现象。

具体的，气动阀5可以具有两个阀片，两个阀片的自由端朝向波转子3设置，其两个阀片的自由端相互远离，形成“V”字形结构，该“V”字形结构的开口朝向波转子通道31。参照图7，当波转子通道31与进气端口1内的隔离段套筒4接通时，波转子通道31内形成为高压燃气的高压区6，进气端口1为低压区7。低压区7的第一气流L1经过气动阀5时，在流线型结构引导下，流动阻力变小；高压区6的第二气体L2流向气动阀5时，在突扩型结构阻挡下，产生回流，并反射激波。因此，本实施方式利用气动阀5的调节，可有效降低反传激波压力，同时具有较小的正向流动损失。

为提高激波前传的抑制效果，隔离段套筒4可以设置在进气端口1的前端。此时，当波转子通道31转动时，先与隔离段套筒4连通，使得波转子通道31总是在与隔离段套筒4连通，并使得波转子通道31内的压力下降后，再与进气端口1连通，从而抑制激波前传现象。

作为气动阀5的进一步优化方案，两个阀片之间可以为铰接，且阀片上设置有用于限制气动阀张开程度的限位结构。波转子通道31与隔离段套筒4连通后，若波转子通道31内的气压明显高于隔离段套筒4内的气压时，气动阀5的两个阀片在压差的作用下相互远离，进一步提高突扩的较大角度，提高对第二气流L2的阻塞效果；波转子通道31与隔离段套筒4连通一段时间后，隔离段套筒4内的气压与波转子通道31内的气压持平，甚至高于波转子通道31内的气压时，气动阀5的两个阀片在压差的作用下相互靠近，提高第一气流L1的流动速度。

此外，阀片还设置有能够限制气动阀5张开角度的限位结构，防止波转子通道31内的气压过高而使得气动阀5张开过大而完全阻塞隔离段套筒4；同时，也能防止两个阀片在大压差的作用下，颠倒流行型和突扩型的方向。

具体的，该限位结构具体可以包括定位销51，以及两个阀片上开设的限位孔52，限位孔52沿着波转子通道31的轴线方向开设，定位销51的两端分别穿过在两个阀片的限位孔52，并与隔离段套筒4的内侧壁连接。当气动阀5的两个阀片角度变化时，定位销51会分别与限位孔52的前部和后部接触，实现对气动阀5两个阀片张开角度的限制。

为了进一优化对于气动阀5的两个阀片的角度调节，以及隔离段套筒4堵塞程度的调节，还可以包括有伸缩杆54，该伸缩杆54可以沿着波转子通道31的轴线方向设置，气动阀5可以连接在伸缩杆54上。调节时，伸缩杆54可以在电机的驱动下，驱使气动阀5相对于定位销51移动，使得限位孔52与定位销51的相对位置发生改变。

此外，参照图6，气动阀5的阀片上可以设置有转动杆55，转动杆55上开设有铰接孔57。两个阀片之间可以设置有滑块53，滑块53上可设置有转动轴，通过转动轴与铰接孔57的配合，以将阀片铰接在滑块53上，从而间接地实现两个阀片的铰接。滑块53还可以设置有固接孔56，并通过该固接孔56将气动阀5连接在伸缩杆54上。

为了进一步提高对波转子通道激波前传的抑制效果，参照图5，隔离段套筒4内可以设置有两个以上的气动阀5，两个以上的气动阀5可以同时由一个伸缩杆54驱动。

本实施方式还提供了一种内燃波转子，该内燃波转子包括了本实施方式中的隔离段抑制激波前传结构。此外，隔离段抑制激波前传结构的密封盘2还可以开设有配合孔21，该配合孔21用于与内燃波转子的转轴连接。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，包括波转子和进气端口，所述进气端口朝向所述波转子的一端设置有密封盘，所述波转子的端部与所述密封盘紧密接触，所述密封盘上开设有扇形孔；所述波转子上设有若干波转子通道；其特征在于：所述进气端口内设有隔离段套筒，所述隔离段套筒内设置有气动阀，所述气动阀具有两个阀片，两个所述阀片的自由端朝向所述波转子设置，且相互远离；所述所述波转子转动时，若干所述波转子通道依次通过所述扇形孔与所述隔离段套筒连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，其特征在于：所述进气端口的形状与所述扇形孔的形状相对应。

3.根据权利要求1所述的一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，其特征在于：所述隔离段套筒设置在所述进气端口的前端，以使所述波转子通道在转动时先与所述隔离段套筒接通，再与进气端口连通。

4.根据权利要求1所述的一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，其特征在于：两个所述阀片铰接，且所述阀片上设置有用于限制所述气动阀张开程度的限位结构。

5.根据权利要求4所述的一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，其特征在于：所述限位结构包括定位销，以及两个所述阀片上开设的限位孔，所述限位孔沿着所述波转子通道的轴线方向开设，所述定位销的两端分别穿过在两个阀片的限位孔，并与所述隔离段套筒的内侧壁连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，其特征在于：还包括伸缩杆，所述伸缩杆沿着所述波转子通道的轴线方向设置，所述气动阀连接在所述伸缩杆上。

7.根据权利要求6所述的一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，其特征在于：所述气动阀设置为两个以上，两个以上的所述气动阀连接在同一所述伸缩杆上。

8.根据权利要求6所述的一种用于内燃波转子的隔离段抑制激波前传结构，其特征在于：所述气动阀还包括滑块，两个所述阀片与所述滑块铰接，所述滑块与所述伸缩杆滑动连接。

9.一种内燃波转子，其特征在于：包括权利要求1～8中任一项所述的隔离段抑制激波前传结构。

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