CN114776871B - 一种工艺喷管引气流量调节装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种工艺喷管引气流量调节装置针对本试验工况，新设计三偏心金属硬密封蝶阀作为流量控制阀，阀门可耐595℃高温，通过增大阀门通径，降低了引气对阀门的冲刷效应，且蝶阀对阀门前后压差无限制，可满足试验工况，为确保各路阀门的阀芯开度同步，设计四连杆机构将各阀杆刚性连接起来，确保阀门蝶板转角在调节过程中一致，连杆机构由液压摆缸驱动，缸杆配线位移传感器，蝶板转角与液压摆缸缸杆伸出量一一对应，试验时蝶板转角实时传输给数据采集系统及试验现场监控画面，单独设置大流量、高速响应液压管路，保证发动机喘振连锁阀门快速开启，保证发动机安全。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种工艺喷管引气流量调节装置。
背景技术
为评估发动机喘振边界，需要在发动机的轴对称工艺喷管上设置多路引气通道，通过控制工艺喷管上引气量，迫使发动机喘振，借此了解发动机喘振边界。常规引气流量调节装置多用气动单座调节阀实现流量调节，在工艺喷管引气试验中，流量调节阀前后压差高，流量大，流速及温度高，且各引气通道引气流量要求同步调节，在应急工况时需要流量调节阀门快速全开，气动单座调节阀无法满足以上工况及试验技术要求，引气试验多使用气动单座调节阀调节流量，控制多路引气通道流量需要在每一条引气通道上加装气动单座调节阀实现。在试验中虽然向各调节阀输入相同的激励电流，由于阀门执行机构特性有差异，会出现调节过程中各阀芯位移不同步现象，造成各通道引气流量不同步，无法满足试验要求。
常规气动单座调节阀要求阀前后压差大致300～600kpa，本试验引气控制阀前后气体压差高，流量大，温度高，常规气动单座调节阀无法满足此工况。
气动单座调节阀的响应时间长，应急状态无法做到快速全开。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种工艺喷管引气流量调节装置，包括
台架，台架的中心处安装工艺喷管，工艺喷管内腔具有气体流通，工艺喷管的出口面积可调，工艺喷管的侧边具有多路引气通道，工艺喷管内的气体分别通过工艺喷管的出口与所述引气通道流出，通过调节多路引气通道的大小以及工艺喷管的出口面积的大小，尝试引起航空发动机的喘振，从而计算出喘振边界；
所述引气通道包括：多个通过工艺喷管的侧边与工艺喷管内腔联通的引气软管4，多个所述引气软管在工艺喷管的侧边周向均布，每个引气软管的出口端均连接有一个蝶阀，所述的蝶阀均固定于台架，每个所述蝶阀分别通过各自具有的阀杆控制蝶阀开合的大小，每个阀杆均具有与阀杆垂直的摇臂，所有的摇臂等长并且均铰接同一个连杆，所述连杆铰接一个驱动装置，驱动装置与台架铰接，所述驱动装置用于实现连杆往复运动，连杆的往复运动通过摇臂带动阀杆自转，阀杆的自转控制蝶阀开合的大小。
优选的是，所有的蝶阀等分为两组，每组均有一个连杆与驱动装置。
优选的是，台架呈矩形，工艺喷管安装于台架中心，两组蝶阀包括第一组与第二组，第一组位于工艺喷管上侧的台架上，第二组位于工艺喷管下侧的台架上，每组的蝶阀分别在一条直线上，当每组的蝶阀位于一条直线是，便于实现蝶阀的同步效果。
优选的是，所述驱动装置包括液压摆缸，液压摆缸具有伺服阀，能够接收电信号，实现电控。
优选的是，驱动装置的缸杆安装有位移传感器，位移传感器连接运算放大器，运算放大器控制液压摆缸的伺服阀，所述位移传感器用于将缸杆伸出量实时反馈给运算放大器，运算放大器通过计算控制所述伺服阀的阀芯位置，最终实现驱动装置的缸杆保持于预设位置，驱动装置的伺服阀连接有判喘系统，所述判喘系统用于发动机出现喘振时，所述判喘系统控制驱动装置使蝶阀快速全开。
优选的是，蝶阀采用三偏心金属硬密封蝶阀，首先，三偏心金属硬密封蝶阀采用了一个特殊的斜锥形椭圆密封结构，使密封副在360°圆周面上的各密封点的正压力趋于均匀分布，同时使接近轴孔两端的密封面无需密封圈的自身变形，即可达到可靠密封，消除了一般单偏心球面、堆面密封蝶阀的密封副在接近轴孔两端的密封面易泄漏的难题，实现了蝶板在开启瞬间的密封面即分离，关闭接触即密封的效果；其次，特殊的斜锥形椭圆密封结构，大大的减轻了蝶阀启闭瞬间磨擦扭矩，阀门启闭轻松，即使阀门在高、低温的工作情况下，密封面略有变形，也不会产生卡死现象，提高可阀门开闭的可靠性；最后，阀门采用了可浮动的多层复合密封结构的金属密封座环，这种密封座环可顺着阀板关闭时的推力适当调整其自身的位置，补偿了机械传动机构在不同的工况下的运动轨迹的微小不重合对密封面的影响，消除了对密封面的损坏因素，延长了密封件的使用寿命，提高了金属密封蝶阀的密封效果和可靠性。这种结构从本质上确保了阀门在温度变化的工况下使用，也不易出现泄漏。
阀体、蝶板采用WC材质制成，密封圈采用不锈钢及石墨板材质，填料材质为石墨。上述材质可确保阀门在450℃高温及2.5Mpa高压下稳定工作，密封良好
本申请的优点包括：针对本试验工况，新设计三偏心金属硬密封蝶阀作为流量控制阀，阀门可耐595℃高温，通过增大阀门通径，降低了引气对阀门的冲刷效应，且蝶阀对阀门前后压差无限制，可满足试验工况。
为确保各路阀门的阀芯开度同步，设计四连杆机构将各阀杆刚性连接起来，确保阀门蝶板转角在调节过程中一致，连杆机构由液压摆缸驱动，缸杆配线位移传感器，蝶板转角与液压摆缸缸杆伸出量一一对应，试验时蝶板转角实时传输给数据采集系统及试验现场监控画面。
单独设置大流量、高速响应液压管路，保证发动机喘振连锁阀门快速开启，保证发动机安全。
附图说明
图1是本申请一优选实施方式引气流量调节装置正视图；
图2是本申请一优选实施方式引气流量调节装置的立体图；
图3是本申请一优选实施方式蝶阀驱动示意图；
图4是蝶阀运动简图；
图5伺服控制原理图；
其中，1-台架，2-工艺喷管，3-蝶阀，4-连杆，5-驱动装置，6-引气软管，31-阀杆，32-摇臂。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
一种工艺喷管引气流量调节装置，如图1～3所示，包括
台架1，台架1的中心处安装工艺喷管2，工艺喷管2内腔具有气体流通，工艺喷管2的出口面积可调，工艺喷管2的侧边具有多路引气通道，工艺喷管2内的气体分别通过工艺喷管2的出口与所述引气通道流出；所述引气通道包括：多个通过工艺喷管2的侧边与工艺喷管2内腔联通的引气软管4，多个所述引气软管6在工艺喷管2的侧边周向均布，每个引气软管6的出口端均连接有一个蝶阀3，所述的蝶阀3均固定于台架1，每个所述蝶阀3分别通过各自具有的阀杆31控制蝶阀3开合的大小，每个阀杆31均具有与阀杆31垂直的摇臂32，所有的摇臂32等长并且均铰接同一个连杆4，所述连杆4铰接一个驱动装置5，驱动装置5与台架1铰接，所述驱动装置5用于实现连杆4往复运动，连杆4的往复运动通过摇臂32带动阀杆31自转，阀杆31的自转控制蝶阀3开合的大小，采用四连杆机构，将各蝶阀阀杆串联，液压缸驱动连杆，带动阀杆转动，如图4。由于各阀门的阀杆都在连杆机构的同一根连杆上串联，从物理结构上解决了阀杆转角在调节过程中不同步的问题。通过合理选取四杆机构几何尺寸，保证蝶板从0°转至90°整个过程中四杆机构不经过死点。
液压摆缸缸杆配备高精度线位移传感器，实时反馈缸杆伸出量，配合液压站、伺服阀及液压站控制系统形成伺服控制，精确控制阀门转角。
蝶阀3采用三偏心金属硬密封蝶阀，三偏心金属硬密封蝶阀采用了一个特殊的斜锥形椭圆密封结构，使密封副在360°圆周面上的各密封点的正压力趋于均匀分布，同时使接近轴孔两端的密封面无需密封圈的自身变形，即可达到可靠密封，消除了一般单偏心球面、堆面密封蝶阀的密封副在接近轴孔两端的密封面易泄漏的难题，实现了蝶板在开启瞬间的密封面即分离，关闭接触即密封的效果；其次，特殊的斜锥形椭圆密封结构，大大的减轻了蝶阀启闭瞬间磨擦扭矩，阀门启闭轻松，即使阀门在高、低温的工作情况下，密封面略有变形，也不会产生卡死现象，提高可阀门开闭的可靠性；最后，阀门采用了可浮动的多层复合密封结构的金属密封座环，这种密封座环可顺着阀板关闭时的推力适当调整其自身的位置，补偿了机械传动机构在不同的工况下的运动轨迹的微小不重合对密封面的影响，消除了对密封面的损坏因素，延长了密封件的使用寿命，提高了金属密封蝶阀的密封效果和可靠性。这种结构从本质上确保了阀门在温度变化的工况下使用，也不易出现泄漏。
阀体、蝶板采用WC材质制成，密封圈采用不锈钢及石墨板材质，填料材质为石墨。上述材质可确保阀门在450℃高温及2.5Mpa高压下稳定工作，密封良好。
所有的蝶阀3等分为两组，每组均有一个连杆4与驱动装置5。台架1呈矩形，工艺喷管2安装于台架1中心，两组蝶阀3包括第一组与第二组，第一组位于工艺喷管2上侧的台架上，第二组位于工艺喷管2下侧的台架上，每组的蝶阀3分别在一条直线上。
所述驱动装置5包括液压摆缸。
如图5所示，驱动装置5的缸杆安装有位移传感器，位移传感器连接运算放大器，运算放大器控制驱动装置5的伺服阀，通过安装在液压摆缸缸杆上的高精度线位移传感器，将缸杆伸出量实时反馈给伺服控制系统的运算放大器，运算放大器通过计算，控制伺服阀阀芯位置，最终实现控制蝶阀阀杆转角的目的图3。同时，在需要阀门保持在某一位置时，控制系统通过监控液压摆缸的缸杆的伸出量，可保证蝶阀开度不受流经蝶阀的高速空气冲刷影响。
为保证试验安全，在发动机出现喘振时，判喘系统发给控制系统一个“应急全开”信号，控制系统接到信号后立即执行“蝶阀快速全开”动作，不超过2秒时间内，阀门可由全关状态转至全开状态，保证发动机第一时间退喘。在这个过程中，“应急全开”信号直达作动执行器，不经过逻辑运算及其他中继部件，确保蝶阀在喘振发生后第一时间进行应急作动。
本申请采用三偏心硬密封蝶阀代替流量调节阀，扩展了流量调节的压差应用范围；
本申请采用四杆机构串联多个蝶阀的阀杆，从物理结构上保证每个蝶阀作动的同步性；
本申请采用伺服控制，确保阀门转角控制精度。
本申请“应急全开”信号直达作动执行机构，确保动作执行的时效性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种工艺喷管引气流量调节装置，包括
台架（1），台架（1）的中心处安装工艺喷管（2），工艺喷管（2）内腔具有气体流通，工艺喷管（2）的出口面积可调，工艺喷管（2）的侧边具有多路引气通道，工艺喷管（2）内的气体分别通过工艺喷管（2）的出口与所述引气通道流出；
其特征在于，所述引气通道包括：多个通过工艺喷管（2）的侧边与工艺喷管（2）内腔联通的引气软管（6），多个所述引气软管（6）在工艺喷管（2）的侧边周向均布，每个引气软管（6）的出口端均连接有一个蝶阀（3），所述的蝶阀（3）均固定于台架（1），每个所述蝶阀（3）分别通过各自具有的阀杆（31）控制蝶阀（3）开合的大小，每个阀杆（31）均具有与阀杆（31）垂直的摇臂（32），所有的摇臂（32）等长并且均铰接同一个连杆（4），所述连杆（4）铰接一个驱动装置（5），驱动装置（5）与台架（1）铰接，所述驱动装置（5）用于实现连杆（4）往复运动，连杆（4）的往复运动通过摇臂（32）带动阀杆（31）自转，阀杆（31）的自转控制蝶阀（3）开合的大小；
驱动装置（5）的缸杆安装有位移传感器，位移传感器连接运算放大器，运算放大器控制驱动装置（5）的伺服阀，所述位移传感器用于将缸杆伸出量实时反馈给运算放大器，运算放大器通过计算控制驱动装置（5）的伺服阀，最终实现驱动装置（5）的缸杆保持于预设位置；
驱动装置（5）的伺服阀连接有判喘系统，所述判喘系统用于发动机出现喘振时，所述判喘系统控制驱动装置（5）使蝶阀（3）快速全开。
2.如权利要求1所述的工艺喷管引气流量调节装置，其特征在于，所有的蝶阀（3）等分为两组，每组均有一个连杆（4）与驱动装置（5）。
3.如权利要求2所述的工艺喷管引气流量调节装置，其特征在于，台架（1）呈矩形，工艺喷管（2）安装于台架（1）中心，两组蝶阀（3）包括第一组与第二组，第一组位于工艺喷管（2）上侧的台架上，第二组位于工艺喷管（2）下侧的台架上，每组的蝶阀（3）分别在一条直线上。
4.如权利要求1所述的工艺喷管引气流量调节装置，其特征在于，所述驱动装置（5）包括液压摆缸。
5.如权利要求1所述的工艺喷管引气流量调节装置，其特征在于，蝶阀（3）采用三偏心金属硬密封蝶阀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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