CN114320936B - 一种具有火焰抑制的多作用排气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空应用技术领域，涉及一种具有火焰抑制的多作用排气装置，该结构包括进气座、进气板、定位销、排气外罩、排气叶轮、出气板、排气底座等组成。该装置在进气座设计多个进气孔，并分别引入进气板和出气板的吸气口，通过偏心的排气叶轮在运动过程中产生水环，将气体压缩并通过进气板和出气板的排气孔排出，从而提高装置的排气效率，进而减小结构的尺寸，降低装置的消耗功率。同时在装置的排气孔处设计火焰抑制结构，能够防止火焰通过排气孔向油箱外部传播，有效地避免产生点火源风险，提升系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及航空应用技术领域，涉及一种具有火焰抑制的多作用排气装置，该结构包括进气座、进气板、定位销、排气外罩、排气叶轮、出气板、排气底座等组成。
背景技术
目前电动燃油泵主流的安装形式为油箱底部蒙皮安装和横梁安装两种形式，对于运输机而言，考虑到系统的结构强度，机上的电动燃油泵多采用横梁安装方式。对于横梁安装的燃油泵，由于其安装高度的存在，通常是入口带导管的离心式燃油泵结构形式，其主要功能是为燃油增压以向系统输送燃油。当工作油面低于泵体时，飞机在地面经过长时间停放，或在空中完成机动动作使得进口管露出油面，都会导致进口管中进入空气，由于离心泵不具备自吸能力，在该场景下便会丧失输油功能。
为实现入口带导管离心泵低油面自吸油的功能，通过对国外资料及样机的研究，其基本方案是在离心泵内串联一个液环排气泵。液环排气泵是一种用来抽送气体的流体机械，被广泛作为真空泵使用。叶轮偏心安装在壳体内，壳体内充有一定量的液体，当叶轮逆时针旋转时，液体因离心力的作用形成等厚液环，液环与叶轮轮毂之间形成封闭的月牙形腔体，这部分腔体被叶片分割成若干个小腔，小腔的容积沿着圆周方向先逐渐增大后逐渐减小，当小腔容积增大时，腔体内产生真空，气体由进口被吸入腔内，当小腔容积减小时，气体被压缩从出口排出，从而达到吸排气的目的。因此，对于整个电动燃油泵而言，其排气装置的排气能力和排气效率直接影响泵的消耗功率、结构尺寸以及重量。同时，考虑到燃油泵本身作为飞机燃油系统的点火源之一，因此泵内部的排气装置的火焰抑制设计对于系统的安全性设计而言同样至关重要。
发明内容
本发明的目的：提供一种具有火焰抑制的双作用排气装置，可以有效提高装置的排气效率，进而减小结构的尺寸，降低装置的消耗功率。同时，设计了火焰抑制通道，确保火焰不会通过排气通道向油箱内传播，避免产生点火源风险，提升系统的安全性。
本发明的技术方案：
一种具有火焰抑制的多作用排气装置，包括进气座1、进气板2、定位销3、排气外罩4、排气叶轮5、出气板6和排气底座7；气体通过进气座1通过进气板2上开设的进气孔进入装置，进气座1将进气板2压紧固定在排气外罩4的一端，进气座4通过螺钉与排气外罩4连接，并通过定位销3进行定位及防差错，排气外罩3另一端与排气底座7连接，并通过定位销3定位，排气底座7将出气板6压紧固定在排气外罩4另一端，在进气板3和出气板6之间布置排气叶轮5，排气叶轮5工作过程中形成水环，将气体通过出气板6中的出气孔排出。所述进气座1包含三个具有螺纹孔的凸台，用于连接固定进口火焰抑制单元，防止点火源蔓延至油箱中。
进一步的，所述进气座1开有第一进气孔1b、第二进气孔1c，其中一个第一进气孔1b与进气板2连通，另一个第二进气孔1c通过排气外罩4、排气底座7与出气板6之间形成连通；所述的进气孔可为2～4个，优选为2个；所述的第一进气孔1b、第二进气孔1c形状多样，与进气板2直接连通的第一进气孔1b通常为月牙形，与出气板6连接的第二进气孔1c形状多样，并具有一定的倾斜角，且沿着传播路径进气孔的截面积不断增大；
进一步的，所述倾斜角为10°～30°，优选为20°；
进一步的，所述进气座1底部开有第一出气孔1d，第一出气孔1d与进气板2上的第一排气孔2b连接，气体通过出口孔1d并流经出气腔1e排出；
进一步的，所述进气板2上开设两个大小不一的孔，较小的孔为第三进气孔2a，较大的孔为第一排气孔2b；所述进气板2上的第三进气孔2a和第一排气孔2b为两个偏心圆的不同包角的月牙形孔，所述偏心距为2.5～5mm；所述第三进气孔2a的包角为15°～25°，第一排气孔2b口的包角为30°～45°；所述进气板2与出气板6材料为无火花材料，具体是铝合金或石墨碳板，优选为石墨碳板；所述进气板2的第一排气孔2b与进气座1的出气腔1e连通，出气腔1e与排气外罩4开设的排气窗4b连通，进而可将气体排出。
进一步的，所述排气外罩4内孔为与排气叶轮5偏心的圆形，偏心距为4～8mm，优选为6mm；所述排气外罩4上设计第五进气孔4a，与进气座1进气口1c和排气底座7进气腔连通，且所述排气外罩外部包含设计多个减重缺口；
所述排气叶轮5叶片数通常为8～20，优选为12～18，更优选的为14；所述排气叶轮5的中心为矩形孔5a，与矩形轴连接并传扭矩；所述排气叶轮5与排气外罩4的径向最小间隙为0.1～0.2mm；所述排气叶轮5与进气板2以及出气板6的间隙为0.1～0.2mm；
进一步的，所述出气板6上同样开设两个大小不一的孔，较大的孔为第四进气孔6a，较小的孔为第二排气孔6b；所述出气板6上的进气孔和6a第二排气孔6b为两个偏心圆的不同包角的月牙形孔，所述偏心距为2.5～5mm；所述第二排气孔6b的包角为15°～25°，第四进气孔6a口的包角为30°～45°；所述出气板6上的第四进气孔6a与排气底座7内的进气腔7a连通，第二排气孔6b与排气底座7的排气腔7b连通；
进一步的，所述排气底座7的排气7b腔位置处的第三排气孔7c与排气外罩4连通，并通过排气外罩4上的第四排气孔4c将气体排出；所述第三排气孔7c为火焰抑制设计结构，第三排气孔7c的大小优选为1～1.5mm，第三排气孔7c的长度大于30mm；所述排气底座7外径比进气座1外径大1～3mm。
本发明的有益效果：
本发明设计了一种具有火焰抑制的多作用排气装置。该装置在进气座设计多个进气孔，并分别引入进气板和出气板的吸气口，通过偏心的排气叶轮在运动过程中产生水环，将气体压缩并通过进气板和出气板的排气孔排出，从而提高装置的排气效率，进而减小结构的尺寸，降低装置的消耗功率。同时在装置的排气孔处设计火焰抑制结构，能够防止火焰通过排气孔向油箱外部传播，有效地避免产生点火源风险，提升系统的安全性。
附图说明：
图1是本发明的结构爆炸图；
图2是本发明的总体结构示意图；
图3是进气座出气腔位置径向剖视图；
图4是进气板的结构示意图；
图5为排气外罩结构示意图；
图6为本发明的结构沿排气外罩排气孔位置径向示意图；
图7为安本发明的结构沿排气底座排气腔位置径向示意图。
其中：1-进气座、1a-凸台、1b-第一进气孔、1c-第二进气孔、1d-第一出气孔、1e-出气腔、2-进气板、2a-第三进气孔、2b-第一排气孔、3-定位销、4-排气外罩、5-排气叶轮、5a-矩形孔、6-出气板、6a-第四进气孔、6b-第二排气孔、7-排气底座、7a-进气腔、7b-排气腔、7c-第三排气孔。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1，参见图1，提供一种具有火焰抑制的多作用排气装置，包括进气座1、进气板2、定位销3、排气外罩4、排气叶轮5、出气板6和排气底座7；气体通过进气座1通过进气板2上开设的进气孔进入装置，进气座1将进气板2压紧固定在排气外罩4的一端，进气座4通过螺钉与排气外罩4连接，并通过定位销3进行定位及防差错，排气外罩3另一端与排气底座7连接，并通过定位销3定位，排气底座7将出气板6压紧固定在排气外罩4另一端，在进气板3和出气板6之间布置排气叶轮5，排气叶轮5工作过程中形成水环，将气体通过出气板6中的出气孔排出。
所述进气座1包含三个具有螺纹孔的凸台，用于连接固定进口火焰抑制单元，防止点火源蔓延至油箱中；
进一步的，所述进气座1开有第一进气孔1b、第二进气孔1c，其中一个第一进气孔1b与进气板2连通，另一个第二进气孔1c通过排气外罩4、排气底座7与出气板6之间形成连通；
进一步的，所述的进气孔可为2～4个，优选为2个，即双作用，提高装置的排气效率，减小装置的尺寸；
进一步的，所述的第一进气孔1b、第二进气孔1c形状多样，与进气板2直接连通的第一进气孔1b通常为月牙形，与出气板6连接的第二进气孔1c形状多样，并具有一定的倾斜角，且沿着传播路径进气孔的截面积不断增大，增大进气面积，提高排气效率；
进一步的，所述倾斜角为10°～30°，优选为20°，角度过小会影响进气效率，角度过大会影响结构布局；
进一步的，所述进气座1底部开有第一出气孔1d，第一出气孔1d与进气板2上的第一排气孔2b连接，气体通过出口孔1d并流经出气腔1e排出；
进一步的，所述进气板2上开设两个大小不一的孔，较小的孔为第三进气孔2a，较大的孔为第一排气孔2b；
进一步的，所述进气板2上的第三进气孔2a和第一排气孔2b为两个偏心圆的不同包角的月牙形孔，所述偏心距为2.5～5mm；所述第三进气孔2a的包角为15°～25°，第一排气孔2b口的包角为30°～45°；
进一步的，所述进气板2与出气板6材料为无火花材料，可以是铝合金或石墨碳板，优选为石墨碳板，避免在故障情况下，排气叶轮5与进气板2或出气板6发生剐蹭，产生点火源；
进一步的，所述进气板2的第一排气孔2b与进气座1的出气腔1e连通，出气腔1e与排气外罩4开设的排气窗4b连通，进而可将气体排出；
进一步的，所述排气外罩4内孔为与排气叶轮5偏心的圆形，偏心距为4～8mm，根据排气量，优选为6mm，间隙太小影响排气流量，间隙太大会产生间隙泄露，进而影响排气效率；
进一步的，所述排气外罩4上设计第五进气孔4a，与进气座1进气口1c和排气底座7进气腔连通，且所述排气外罩外部包含设计多个减重缺口，减轻装置的重量；
所述排气叶轮5叶片数通常为8～20，优选为12～18，更优选的为14，叶片数太少会影响排气效率，叶片数太多会增大排气装置的功率；
进一步的，所述排气叶轮5的中心为矩形孔5a，与矩形轴连接并传扭矩；
进一步的，所述排气叶轮5与排气外罩4的径向最小间隙为0.1～0.2mm，间隙过大，影响水环的形成，进而降低装置的排气效率，间隙过小，容易与排气外罩剐蹭；
进一步的，所述排气叶轮5与进气板2以及出气板6的间隙为0.1～0.2mm，间隙过大，影响装置的排气效率，间隙过小，容易与进气板2和出气板6剐蹭；
进一步的，所述出气板6上同样开设两个大小不一的孔，较大的孔为第四进气孔6a，较小的孔为第二排气孔6b；
进一步的，所述出气板6上的进气孔和6a第二排气孔6b为两个偏心圆的不同包角的月牙形孔，所述偏心距为2.5～5mm；所述第二排气孔6b的包角为15°～25°，第四进气孔6a口的包角为30°～45°；
进一步的，所述出气板6上的第四进气孔6a与排气底座7内的进气腔7a连通，第二排气孔6b与排气底座7的排气腔7b连通；
进一步的，所述排气底座7的排气7b腔位置处的第三排气孔7c与排气外罩4连通，并通过排气外罩4上的第四排气孔4c将气体排出；
进一步的，所述第三排气孔7c为火焰抑制设计结构，第三排气孔7c的大小优选为1～1.5mm，第三排气孔7c的长度大于30mm，降低火焰传播的速度，火焰在第三排气孔7c中传播一段距离后即会自动熄灭；第三排气孔7c的大小和长度通常呈以下关系：
| 孔直径d/mm | 孔长度L/mm |
| 0.8 | ≥5 |
| 1 | ≥11 |
| 1.2 | ≥17 |
| 1.5 | ≥30 |
| 1.7 | ≥52 |
进一步的，所述排气底座7外径比进气座1外径大1～3mm，这种阶梯式的密封结构设计，在拆卸排气装置时靠近进气座的一端的密封圈不会一直处于被压缩状态，便于拆卸。
Claims (9)
1.一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，包括进气座(1)、进气板(2)、定位销(3)、排气外罩(4)、排气叶轮(5)、出气板(6)和排气底座(7)；气体通过进气座(1)通过进气板(2)上开设的进气孔进入装置，进气座(1)将进气板(2)压紧固定在排气外罩(4)的一端，进气座(1)通过螺钉与排气外罩(4)连接，并通过定位销(3)进行定位及防差错，排气外罩(4)另一端与排气底座(7)连接，并通过定位销(3)定位，排气底座(7)将出气板(6)压紧固定在排气外罩(4)另一端，在进气板(2)和出气板(6)之间布置排气叶轮(5)，排气叶轮(5)工作过程中形成水环，将气体通过出气板(6)中的出气孔排出；所述进气座(1)包含三个具有螺纹孔的凸台，用于连接固定进口火焰抑制单元，防止点火源蔓延至油箱中；所述进气座(1)开有第一进气孔(1b)、第二进气孔(1c)，其中一个第一进气孔(1b)与进气板(2)连通，另一个第二进气孔(1c)通过排气外罩(4)、排气底座(7)与出气板(6)之间形成连通。
2.根据权利要求1所述的一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，所述的第一进气孔(1b)、第二进气孔(1c)为2～4个；所述的第一进气孔(1b)、第二进气孔(1c)形状多样，与进气板(2)直接连通的第一进气孔(1b)为月牙形，与出气板(6)连接的第二进气孔(1c)形状多样，并具有一定的倾斜角，且沿着传播路径进气孔的截面积不断增大。
3.根据权利要求2所述的一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，进一步的，所述倾斜角为10°～30°。
4.根据权利要求1所述的一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，所述进气座(1)底部开有第一出气孔(1d)，第一出气孔(1d)与进气板(2)上的第一排气孔(2b)连接，气体通过出口孔(1d)并流经出气腔(1e)排出。
5.根据权利要求1所述的一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，所述进气板(2)上开设两个大小不一的孔，较小的孔为第三进气孔(2a)，较大的孔为第一排气孔(2b)；所述进气板(2)上的第三进气孔(2a)和第一排气孔(2b)为两个偏心圆的不同包角的月牙形孔，偏心距为2.5～5mm；所述第三进气孔(2a)的包角为15°～25°，第一排气孔(2b)口的包角为30°～45°；所述进气板(2)与出气板(6)材料为无火花材料，具体是铝合金或石墨碳板；所述进气板(2)的第一排气孔(2b)与进气座(1)的出气腔(1e)连通，出气腔(1e)与排气外罩(4)开设的排气窗(4b)连通，进而将气体排出。
6.根据权利要求1所述的一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，所述排气外罩(4)内孔为与排气叶轮(5)偏心的圆形，偏心距为4～8mm；所述排气外罩(4)上设计第五进气孔(4a)，与进气座(1)进气口(1c)和排气底座(7)进气腔连通，且所述排气外罩外部包含设计多个减重缺口。
7.根据权利要求1所述的一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，所述排气叶轮(5)叶片数为8～20个；所述排气叶轮(5)的中心为矩形孔(5a)，与矩形轴连接并传扭矩；所述排气叶轮(5)与排气外罩(4)的径向最小间隙为0.1～0.2mm；所述排气叶轮(5)与进气板(2)以及出气板(6)的间隙为0.1～0.2mm。
8.根据权利要求1所述的一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，所述出气板(6)上同样开设两个大小不一的孔，较大的孔为第四进气孔(6a)，较小的孔为第二排气孔(6b)；所述出气板(6)上的进气孔(6a)和第二排气孔(6b)为两个偏心圆的不同包角的月牙形孔，偏心距为2.5～5mm；所述第二排气孔(6b)的包角为15°～25°，第四进气孔(6a)口的包角为30°～45°；所述出气板(6)上的第四进气孔(6a)与排气底座(7)内的进气腔(7a)连通，第二排气孔(6b)与排气底座(7)的排气腔(7b)连通。
9.根据权利要求1所述的一种具有火焰抑制的多作用排气装置，其特征在于，所述排气底座(7)的排气腔(7b)位置处的第三排气孔(7c)与排气外罩(4)连通，并通过排气外罩(4)上的第四排气孔(4c)将气体排出；所述第三排气孔(7c)为火焰抑制设计结构，第三排气孔(7c)的大小为1～1.5mm，第三排气孔(7c)的长度大于30mm；所述排气底座(7)外径比进气座(1)外径大1～3mm。
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