CN114923200A - 一种多参数组合式双级轴向旋流器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多参数组合式双级轴向旋流器，包括喷嘴连接环，内级叶片，前置套筒，后置套筒，外级叶片，外环体，外级喷管，内级喷管，填充件，所述喷嘴连接环与所述内级叶片连接，所述内级叶片通过所述前置套筒及所述后置套筒与所述外级叶片连接，所述外级叶片、所述外级喷管与所述外壳体连接，所述内级喷管与所述套筒连接，所述填充件用于调整叶片间距。本发明可以解决传统旋流器结构固定，无法通过单个旋流器研究旋流器某一参数对流场影响的问题；本发明设计的内级叶片，外级叶片内级喷管，外级喷管均可以更换以改变旋流器结构参数研究其对流场的影响。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，具体为一种多参数组合式双级轴向旋流器。
背景技术
旋流器是航空发动机燃烧室的关键部件之一，旋流器的性能直接影响到燃烧组织的好坏，进而影响到航空发动机的燃烧效率、运行稳定性、污染物排放以及出口温度分布等重要性能参数。
除一些具有特殊构型的旋流器外，按照进气方向可将旋流器分为轴向旋流器和径向旋流器，其中，轴向旋流器由于拥有更小的进气压力损失、更多可选择的结构参数以及更易于与喷嘴匹配等被广泛应用于航空发动机燃烧室。轴向旋流器按照径向流道数目又可分为一级轴向旋流器、双级轴向旋流器以及多级轴向旋流器，其中双级轴向旋流器在旋流强度、流场组织及结构尺寸等方面具有诸多优点因此应用更为广泛。随着航空发动机的不断发展，航空发动机的设计也逐渐趋于将大量来流空气送入燃烧室头部，取消主燃孔和掺混孔，这就使得燃烧室头部结构成为影响燃烧效率、运行稳定性、污染物排放以及出口温度分布的最主要因素，燃烧室头部结构直接决定了航空发动机性能优劣。此外，随着航空发动机的压比不断增加，采用再生冷却技术会使得燃烧室进口燃油达到超临界状态，此状态下燃油热物性会发生明显改变，导致其喷射掺混规律不同于常规状态，因此旋流器与超临界燃油喷雾的匹配成为高温升燃烧室研究的热点。
旋流器叶片角度、数目、尾喷管长度、直径、出口扩张角均对旋流器性能有明显影响，但传统旋流器结构固定，需要在加工前确定所有几何参数，一旦制造完成很难改变结构，无法使用单个旋流器研究其某一结构参数对流场构建的影响。现有解决方案是针对某一结构，制作多个单一结构改变的旋流器用于实验研究，这样不仅需要频繁更换实验件，增加实验时间成本，同时还增加了实验研究的经济成本。
因此，需要设计一种便于拆卸和更换的旋流器，以便于针对旋流器结构参数对超临界航空煤油雾化蒸发及燃烧的影响进行解耦研究，寻找单一结构改变对其雾化掺混的影响规律。
发明内容
要解决的技术问题
针对由于航空发动机旋流器整体结构固定无法使用单个旋流器研究某一结构参数的改变对于燃油雾化掺混及燃烧的影响这一问题，本发明设计了一种多参数组合式双级轴向旋流器。
本发明的技术方案
1、结构包括喷嘴连接环(1)，内级叶片(2)，前置套筒(3)，后置套筒(4)，外级叶片(5)，外环体(6)，外级喷管(7)，内级喷管(8)，填充件(9)，所述喷嘴连接环(1)与所述内级叶片连接(2)(通过填充件紧固和密封)，所述内级叶片(2)通过所述前置套筒(3)及所述后置套筒(4)与所述外级叶片(5)连接(通过填充件紧固)，所述外级叶片(5)、所述外级喷管(7)与所述外环体(6)连接，其中所述外级喷管(7)与所述外环体(6)通过螺栓连接(M5*0.9)，所述内级喷管(8)与所述后置套筒(4)通过螺栓连接(M2*0.5)，所述填充件(9)设计了弧长为1.4～7.4mm的填充件用于调整叶片间距且用于固定叶片位置，通过调整所属填充件(9)数目尺寸可以设置旋流器内级叶片数目为6～10、外级可安装叶片数目为4～16，以此改变旋流强度；所述外级喷管(7)与所述内级喷管(8)均为可更换原件，通过改变喷管出口直径(外级喷管出口直径为76.6～90.6mm；内级喷管出口直径为33.4～54mm)亦可改变旋流器参数。
2、内级叶片(2)与所述外级叶片(4)均为可更换原件，通过改变叶片角度(30°～60°)可以改变旋流器各级旋流数。
3、外级喷管(7)与所述内级喷管(8)均为可更换原件，通过改变外级喷管收缩比(0.58～1.04)内级喷管扩张角(-45°～+45°)用以改变旋流器参数。
4、填充件(9)有不同形式(弧长为1.4～7.4mm)以确保填充件可以与所述喷嘴连接环(1)、所述前置套筒(3)及后置套筒(4)凹槽弧面紧密贴合，设计了弧长为1.4～7.4mm的不同填充件确保填充件与叶片在所述喷嘴连接环(3)、所述前置套筒(3)及所述后置套筒(4)凹槽内紧密布置以此从固定叶片；同时，改变填充件数目可以改变叶片间距，使得所述喷嘴连接环(1)凹槽内可以安装数目为6～10的叶片，所述前置套筒(3)及后置套筒(4)凹槽内可安装数目为4～16的叶片用以改变旋流强度。
有益效果
(1)针对传统旋流器结构固定、对局部进行更换的缺点，本发明将旋流器划分为多个单元部件，每个单元部件均可拆卸更换，当需要调整某个旋流器结构参数时不需要拆卸更换整个旋流器，仅需要更换对应单元部件，大大减少了实际使用和试验研究过程中的时间成本和经济成本。
(2)内级叶片(2)与(4)外级叶片均设计了叶片角度为30°～60°的原件用以研究不同叶片角度对旋流器性能的影响，同时设计了具有不同弧长的安装座(叶片上下端的凸型结构)的叶片以保证喷嘴连接环(1)、前置套筒(3)及后置套筒(4)的凹槽可以容纳足够数量的叶片。
(3)外级喷管(7)，内级喷管(8)均设计了喉道直径、出口扩张角不同的多个原件，以便于研究喷管结构参数对旋流器性能的影响。
(4)针对前置套筒(3)及后置套筒(4)的凹槽设计了弧长不同的多种填充件(9)，保证凹槽内叶片数目改变时填充件(9)始终能够与叶片安装座紧密贴合保证叶片固定。
附图说明
图1：一种多参数组合式双级轴向旋流器结构示意图；
图2：喷嘴连接环结构示意图及剖视图；
图3：内级叶片组件结构图；
图4：前、后置套筒组件结构图；
图5：外级叶片组件结构图；
图6：外级喷管组件结构图；
图7：内级喷管组件结构图；
图8：外环体结构图；
图9：填充件组件结构示意图；
图中，喷嘴连接环(1)，内级叶片(2)，前置套筒(3)，后置套筒(4)，外级叶片(5)，外环体(6)，外级喷管(7)，内级喷管(8)，填充件(9)。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明晰，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。本发明中内外级叶片以及内外级喷管有众多构型可以设计选择，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做部分改进，因此本发明中内外级叶片以及内外级喷管的结构不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例如图1-9所示，本发明提出一种多参数组合式双级轴向旋流器，图1为本发明的结构示意图，包括喷嘴连接环(1)，内级叶片(2)，前置套筒(3)，后置套筒，(4)外级叶片(5)，外环体(6)，外级喷管(7)，内级喷管(8)，填充件(9)等，所述喷嘴连接环(1)与所述内级叶片连接(2)(通过填充件紧固)，所述内级叶片(2)通过所述前置套筒(3)及所述后置套筒(4)与所述外级叶片(5)连接(通过填充件紧固)，所述外级叶片(5)、所述外级喷管(7)与所述外环体(6)连接，其中所述外级喷管(7)与所述外环体(6)通过螺栓连接(M5*0.9)，所述内级喷管(8)与所述后置套筒(4)通过螺栓连接(M2*0.5)，所述填充件(9)设计了不同尺寸用于调整叶片间距且用于固定叶片位置，通过调整所属填充件(9)数目尺寸可以调整旋流器内级与外级可安装叶片数目以此改变旋流强度；所述外级喷管(7)与所述内级喷管(8)均为可更换原件，通过改变喷管参数亦可改变旋流器出口端流场分布。
图2为本发明中喷嘴连接环结构示意图及剖视图，喷嘴连接环凹槽用于安装内级叶片，前端设置四个定位孔用于安装喷嘴。
图3、图5分别为本发明中内级叶片组件结构图及内级叶片组件结构图，图例中给出的叶片角度分别为30°、45°、60°，实际研究中亦可设计不同叶片角度、形状、厚度的旋流叶片安装。
图4为本发明中的前、后置套筒组件结构图，两者的凹槽均用于安装固定旋流叶片，后置套筒设计沉孔(M5*0.9)用于连接内级喷管，沉孔设计可以避免螺栓对流动产生影响。
图6、图7分别为本发明中外、内级喷管组件结构图，喷管可调参数众多，图例仅给出部分形式。
图8为本发明中外环体结构，外环体用于安装外级旋流叶片上端以及外级喷管。
图9为本发明中填充件结构，特征形式-A用于内外级叶片与前后置套筒凹槽壁面紧固，弧度10°；特征形式-B用于前后置套筒凹槽内叶片间隙间紧固，弧度5°；特征形式-C用于喷嘴连接环凹槽内叶片间隙间紧固弧度5°。
工作过程
旋流器使用前首先按照预先设定参数组装旋流器，将叶片凸出部分安装在凹槽(后置套筒凹槽)内(内级叶片上下端分别安装在前、后置套筒凹槽及喷嘴连接环凹槽内；外级叶片下端安装在前、后置套筒凹槽)，然后按照间隙大小逐个安装填充件，确保叶片紧固后再安装前置套筒，最后将旋流器置于流道内，旋流器与流道连接方式可按实际情况采用焊接或螺栓连接。旋流器固定后可将喷嘴通过喷嘴连接环连接至旋流器即可开始使用。使用过程中若需要改变旋流器参数，可将套筒拆除，取出填充件以更换内外级旋流叶片或增减内外级旋流叶片数目，也可同时更换内外级喷管。组件更换结束后，再次确定各个组件是否紧固，随后即可继续实验。
Claims (4)
1.一种多参数组合式双级轴向旋流器其特征在于：结构包括喷嘴连接环(1)，内级叶片(2)，前置套筒(3)，后置套筒(4)，外级叶片(5)，外环体(6)，外级喷管(7)，内级喷管(8)，填充件(9)，所述喷嘴连接环(1)与所述内级叶片连接(2)，所述内级叶片(2)通过所述前置套筒(3)及所述后置套筒(4)与所述外级叶片(5)连接，所述外级叶片(5)、所述外级喷管(7)与所述外环体(6)连接，所述内级喷管(8)与所述后置套筒(4)连接，所述填充件(9)设计了弧长为1.4～7.4mm的填充件用于调整叶片间距且用于固定叶片位置，通过调整所属填充件(9)数目尺寸可以设置旋流器内级叶片数目为6～10、外级可安装叶片数目为4～16，以此改变旋流强度；所述外级喷管(7)与所述内级喷管(8)均为可更换原件，通过改变喷管出口直径(外级喷管出口直径为76.6～90.6mm；内级喷管出口直径为33.4～54mm)亦可改变旋流器参数。
2.内级叶片(2)与所述外级叶片(4)均为可更换原件，通过改变叶片角度(30°～60°)可以改变旋流器各级旋流数。
3.外级喷管(7)与所述内级喷管(8)均为可更换原件，通过改变外级喷管收缩比(0.58～1.04)内级喷管扩张角(-45°～+45°)用以改变旋流器参数。
4.填充件(9)有不同形式(弧长为1.4～7.4mm)以确保填充件可以与所述喷嘴连接环(1)、所述前置套筒(3)及后置套筒(4)凹槽弧面紧密贴合，设计了弧长为1.4～7.4mm的不同填充件确保填充件与叶片在所述喷嘴连接环(3)、所述前置套筒(3)及所述后置套筒(4)凹槽内紧密布置以此从固定叶片；同时，改变填充件数目可以改变叶片间距，使得所述喷嘴连接环(1)凹槽内可以安装数目为6～10的叶片，所述前置套筒(3)及后置套筒(4)凹槽内可安装数目为4～16的叶片用以改变旋流强度。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220819 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |