CN117760740A - 样气分析取样耙及包含其的航空发动机燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种样气分析取样耙及包含其的航空发动机燃烧室，所述样气分析取样耙包括：取样耙本体、质谱分析取样管和燃气分析取样管；所述质谱分析取样管和所述燃气分析取样管设置在所述取样耙本体内部。所述样气分析取样耙将燃气分析取样管和质谱分析取样管同时设置在一个取样耙本体内部，可以同时进行燃气分析和质谱分析，解决了如何在同一燃烧室测试环境下，在单只取样耙内，同时实现燃气分析和质谱分析两者联合取样来满足不同测试方案的对比验证的问题。

Description

样气分析取样耙及包含其的航空发动机燃烧室

技术领域

本发明涉及航空发动机燃烧室性能试验技术领域。

背景技术

近些年航空发动机燃烧室进气状态不断提升，导致燃烧室出口温度和压力不断提高，严苛的测温环境导致在开展燃烧室出口温度分布试验时，传统的热电偶测温已无法满足温度场测量的需求。作为技术革新和热电偶测温替代方案，燃气分析法测温和质谱分析法测温是广泛接受的高温温度场测量方法，然而由于缺少相同条件下的比对验证，单一测试方案的测试结果可靠性往往容易引起争论。受限于加工可行性和测点空间有效性，当前尚未有单只取样耙能够同时实现燃气分析和质谱分析两者联合取样的方案，无法满足对比验证的进行。为此，如何创造同一测试环境，能够支持同时进行两种或者多种不同测试方案的开展和结果对比，是当前高温测量领域的研究重点方向之一。

发明内容

本发明要解决的问题在同一燃烧室测试环境下，如何在单只取样耙内同时实现燃气分析和质谱分析两者联合取样的方案来满足不同测试方案的对比验证，本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种样气分析取样耙，所述样气分析取样耙包括：

取样耙本体、质谱分析取样管和燃气分析取样管；

所述质谱分析取样管和所述燃气分析取样管设置在所述取样耙本体内部。

在本方案中，所述取样耙本体将所述质谱分析取样管和所述燃气分析取样管包裹住，起到保护和隔绝外界热量的作用，两种取样管都位于取样耙本体内，因此取样的位置较为接近，取样一致性较高，所述质谱分析取样管和所述燃气分析取样管将燃烧室内的气体收集，并导入到各自的分析设备中进行分析。

较佳地，至少部分所述质谱分析取样管设置在所述燃气分析取样管内部。

在本方案中，质谱分析取样管与燃气分析取样管呈套设的关系，样气的成分较为一致，保证试验的有效性。

较佳地，所述燃气分析取样管包括燃气分析取样进口，所述质谱分析取样管包括质谱分析取样进口，所述燃气分析取样进口和所述质谱分析取样进口都位于所述取样耙本体的第一端。

在本方案中，所述燃气分析取样进口和所述质谱分析取样进口位于取样耙的同向，使所参与取样的样气取自同一片区域，保证待分析样气成分的相近。

较佳地，所述燃气分析取样管包括多个横截面积相同的燃气分析取样进口，多个所述燃气分析取样进口以所述质谱分析取样进口为圆心，同一半径环形均匀分布于所述取样耙本体的第一端。

在本方案中，多个所述燃气分析取样管在所述质谱分析取样进口附近等距离环形分布，使所述燃气分析取样管所取样的气体与所述质谱分析取样管四周的样气具有较多的交集，进一步保证待分析样气成分的相近。

较佳地，所述样气分析取样耙还包括冷却装置，所述冷却装置包括：进水管、出水管、冷却流道，所述进水管和所述出水管与所述冷却流道连通，所述冷却流道邻接于所述燃气分析取样管的外侧壁。

在本方案中，所述冷却装置与所述燃气分析取样管接触，使得样气温度可持续降低进而保障出口165±15℃的要求，被包裹的质谱取样管能够持续被温度越来越低的燃气分析取样样气冷却，进而保障出口500℃的温度需求。

较佳地，所述冷却流道自所述取样耙本体的第二端延伸向所述第一端，再从所述第一端延伸向所述第二端。

在本方案中，冷却流道蛇形分布，保证冷却液在冷却流道中从第二端流向第一端，再从第一端流道第二端，使冷却液在取样耙本体内的各处均匀流动，达到较好的降温效果。

较佳地，所述冷却装置包括隔板，所述隔板将所述燃气分析取样管与所述取样耙本体之间的空间分为两部分，所述两部分分别构成所述冷却流道的流入流道和流出流道，所述隔板在所述第一端开有豁口，所述豁口连通所述流入流道和所述流出流道。

在本方案中，所述冷却流道设置在被所述隔板分隔的两段空间既所述流入流道和所述流出流道内，所述豁口将两段空间连通，使所述冷却流道从所述流入流道进入所诉流出流道，使得冷却流道明确划分在各个区域，均匀分布，冷却所有角落。

较佳地，至少部分所述质谱分析取样管设置在所述燃气分析取样管内部。

在本方案中，所述燃气分析取样管内的样气的温度需要保障在165±15℃，所述质谱分析取样管内的样气温度需要保障在500℃，固用所述燃气分析取样管将所述质谱分析取样管包裹住，使所述燃气分析取样管直接与所述冷却装置直接接触，使所述燃气分析取样管内的样气温度下降较快，并使所述质谱分析取样管与所述冷却装置间接接触，使所述质谱分析取样管内的样气温度下降较慢。

较佳地，所述取样耙本体为柱状空心结构，所述取样耙本体的外部设置有安装法兰。

在本方案中，优选地，所述取样耙本体为椭圆柱状空心结构，有利于气流流过时减小阻力；将所述取样耙设置为空心结构，将其作为所述燃气分期取样管、所述质谱分析取样管和所述冷却装置的外壳；可以利用所述法兰将所述取样耙固定在燃烧室内。

较佳地，所述航空发动机燃烧室包括如前所述的样气分析取样耙。

在本方案中，所述航空发动机燃烧室将所述样气分析取样耙设置在内部，同时对所述燃烧室内同一区域的样气进行燃气分析和质谱分析联合取样，并进行对比验证，得到更可靠的数据。

在本方案中，优选地，采用3D打印加工制造工艺，这样可以有效避免所述取样耙本体厚度不均和表面焊缝的情况，同时3D打印可以对所述冷却流道进行精细化设计，使得取样耙本体和取样样气都能得到充分冷却，极大的保障了取样耙在高温工况下的可靠性和使用寿命。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明要解决了在同一燃烧室测试环境下，在单只取样耙内同时实现燃气分析和质谱分析两者联合取样的方案来满足不同测试方案的对比验证，同时采用3D打印保障取样耙在高温条件下的可靠性，提升了取样耙使用工况，间接避免了试验中取样耙失效造成试验中止的问题，有效的降低了单位试验时长进而降低了试验成本，提升试验效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的样气分析取样耙结构示意图。

图2为本发明一实施例的样气分析取样耙内部结构剖视图(一)。

图3为本发明一实施例的样气分析取样耙内部结构剖视图(二)。

图4为本发明一实施例的样气分析取样耙内部结构剖视图局部放大图(一)。

图5为本发明一实施例的样气分析取样耙内部结构剖视图局部放大图(二)。

图6为本发明一实施例的样气分析取样耙内部结构剖视图(三)。

图7为本发明一实施例的安装法兰示意图。

附图标记说明：

取样耙本体 1

质谱分析取样管 2

燃气分析取样管 3

燃气分析取样进口 4

质谱分析取样进口 5

进水管 6

出水管 7

冷却流道 8

流入流道 81

流出流道 82

安装法兰 9

豁口 10

隔板 11

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1—图7所示，本实施例提供一种样气分析取样耙，该样气分析取样耙包括：

取样耙本体1、质谱分析取样管2和燃气分析取样管3；

质谱分析取样管2和燃气分析取样管3设置取样耙本体1内部。

所述取样耙本体1将所述质谱分析取样管2和所述燃气分析取样管3包裹住，起到保护和隔绝外界热量的作用，质谱分析取样管2和燃气分析取样管3将燃烧室内的气体收集，将温度调整到适当温度后导入到各自的分析设备中进行分析。

作为一种较佳的实施方式，如图2和图3所示，至少部分质谱分析取样管2设置在燃气分析取样管3内部。

在本实施例中，由于质谱分析要求样气温度相对高于燃气分析要求的样气，用燃气分析取样管3包裹质谱分析取样管2，使得除底部的质谱取样管2部分外，质谱分析取样管的其他部分不会直接接触冷却水路来调节温度差。

作为一种较佳的实施方式，如图2和图3所示，燃气分析取样管3包括燃气分析取样进口4，质谱分析取样管2包括质谱分析取样进口5，燃气分析取样进口4和质谱分析取样进口5都位于取样耙本体1的第一端。

在本实施例中，将图2中的上方定义为第一端，附图序号4和5所在的方向，燃气分析取样进口4和质谱分析取样进口5位于同向相近区域，使待检测样气的成分相近。

作为一种较佳的实施方式，如图5所示，燃气分析取样管3包括多个横截面积相同的燃气分析取样进口4，多个燃气分析取样进口4以质谱分析取样进口5为圆心，同一半径环形均匀分布于取样耙本体1的第一端。

在本实施例中，设置了两个燃气分析取样进口4，但不局限于两个，可以为三个、四个或更多个，多个燃气分析取样进口4以质谱分析取样进口5为圆心等距离环形分布，这样燃气分析取样管3所取样的气体与质谱分析取样管2收集的样气具有较多的交集，可使待分析样气成分的相近。

作为一种较佳的实施方式，所述样气分析取样耙还包括冷却装置，所述冷却装置包括：进水管6、出水管7、冷却流道8，进水管6和出水管7与冷却流道8连通，冷却流道8邻接于燃气分析取样管的外侧壁。本领域技术人员可以理解的是，冷却装置内流动的冷却液可以为水，也可以为其他流体，如冷却油等。

在本实施例中，所述冷却装置与燃气分析取样管3的外壁相接触，使得燃气分析取样管3内的样气温度可持续降低进而保障出口165±15℃的要求，被包裹的质谱取样管2被燃气分析取样样气逐渐冷却，进而保障出口500℃的温度需求。

作为一种较佳的实施方式，冷却流道自取样耙本体1的第二端延伸向第一端，再从第一端延伸向第二端。

在本实施例中，第二端为如图1所示的上部，即附图标记2和3所在的位置，冷却流道8蛇形分布，使冷却液反复流动于取样耙本体1内部，保证冷却液在冷却流道8中从第二端流向第一端，再从第一端流到第二端，达到较好的降温效果。

作为一种较佳的实施方式，所述冷却装置包括隔板11，隔板11将燃气分析取样管3与取样耙本体1之间的空间分为两部分，所述两部分分别构成冷却流道8的流入流道81和流出流道82，隔板11在第一端开有豁口10，豁口10连通流入流道81和流出流道82。

在本实施例中，本实施例设置了两个豁口，本领域技术人员也可以根据设计需要设置更多个豁口，如图4和图6所示，冷却流道8设置在被隔板11分隔的两段空间既流入流道81和流出流道82内，豁口10将两段空间连通，使冷却流道8从流入流道81进入流出流道82，使得冷却流道8明确划分在各个区域，均匀分布，冷却所有角落。

作为一种较佳的实施方式，如图2和3所示，至少部分质谱分析取样管2设置在燃气分析取样管3内部。

在本实施例中，如图2所示，质谱分析取样管2除了第二端尾部部分在燃气取样管3外部外，其他部分都设置在燃气取样管3的内部，燃气分析取样管3内的样气的温度需要保障在165±15℃，质谱分析取样管2内的样气温度需要保障在500℃，固用燃气分析取样管3将质谱分析取样管2包裹住，使燃气分析取样管3直接与冷却装置直接接触，使燃气分析取样管3内的样气温度下降较快，并使质谱分析取样管2与冷却装置间接接触，使质谱分析取样管2内的样气温度下降较慢。

作为一种较佳的实施方式，如图6所示，取样耙本体1为柱状空心结构，取样耙本体1的外部设置有安装法兰9。

在本实施例中，优选地，取样耙本体1为椭圆柱状空心结构，这样有利于气流流过时减小阻力；将取样耙设置为空心结构，将其作为燃气分期取样管3、质谱分析取样管2和冷却装置的外壳；安装法兰9上设置有安装孔，可以利用安装法兰9上的安装孔将取样耙固定在燃烧室内。

本实施例还提供一种航空发动机燃烧室，该航空发动机燃烧室包括如前所述的样气分析取样耙。

在本实施例中，所述航空发动机燃烧室将所述样气分析取样耙设置在内部，同时对所述燃烧室内同一区域的样气进行燃气分析和质谱分析联合取样，并进行对比验证，得到更可靠的数据。

在本实施例中，优选地，采用3D打印加工制造工艺，这样不会出现取样耙本体厚度不均和表面焊缝的情况，同时3D打印可以对冷却流道进行精细化设计，使得取样耙本体和取样样气都能得到充分冷却，极大的保障了取样耙在高温工况下的可靠性和使用寿命。

Claims (10)

1.一种样气分析取样耙，其特征在于，所述样气分析取样耙包括：取样耙本体、质谱分析取样管和燃气分析取样管；

所述质谱分析取样管和所述燃气分析取样管设置在所述取样耙本体内部。

2.如权利要求1所述的样气分析取样耙，其特征在于，至少部分所述质谱分析取样管设置在所述燃气分析取样管内部。

3.如权利要求1所述的样气分析取样耙，其特征在于，所述燃气分析取样管包括燃气分析取样进口，所述质谱分析取样管包括质谱分析取样进口，所述燃气分析取样进口和所述质谱分析取样进口都位于所述取样耙本体的第一端。

4.如权利要求3所述的样气分析取样耙，其特征在于，所述燃气分析取样管包括多个横截面积相同的燃气分析取样进口，多个所述燃气分析取样进口以所述质谱分析取样进口为圆心，同一半径环形均匀分布于所述取样耙本体的所述第一端。

5.如权利要求1所述的样气分析取样耙，其特征在于，所述样气分析取样耙还包括冷却装置，所述冷却装置包括：进水管、出水管、冷却流道，所述进水管和所述出水管与所述冷却流道连通，所述冷却流道邻接于所述燃气分析取样管的外侧壁。

6.如权利要求5所述的样气分析取样耙，其特征在于，所述冷却流道自所述取样耙本体的第二端延伸向第一端，再从所述第一端延伸向所述第二端。

7.如权利要求6所述的样气分析取样耙，其特征在于，所述冷却装置包括隔板，所述隔板将所述燃气分析取样管与所述取样耙本体之间的空间分为两部分，所述两部分分别构成所述冷却流道的流入流道和流出流道，所述隔板在所述第一端开有豁口，所述豁口连通所述流入流道和所述流出流道。

8.如权利要求5所述的样气分析取样耙，其特征在于，至少部分所述质谱分析取样管设置在所述燃气分析取样管内部。

9.如权利要求1所述的样气分析取样耙，其特征在于，所述取样耙本体为柱状空心结构，所述取样耙本体的外部设置有安装法兰。

10.一种航空发动机燃烧室，其特征在于，所述航空发动机燃烧室包括如权利要求1-9任意一项所述的样气分析取样耙。