CN202947912U - 气体采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体采样装置，涉及航空发动机技术领域。解决了现有技术无法提供可以较为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气的技术问题。本实用新型提供的气体采样装置，包括座体、承载架以及采样管，其中：承载架与座体活动连接且可绕活动连接处相对于座体转动；采样管固设于承载架上。本实用新型用于采集较为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气，并在采集样气的同时测量航空发动机的气动热力参数。

Description

气体采样装置

技术领域

本实用新型涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种气体采样装置。

背景技术

目前，针对民用航空发动机已经出现了环保适航规章的强制性要求。

国际民航组织（ICAO）为此专门成立了委员会并制定了详细的民用航空发动机排放标准，其中就包括了排放测试相关的技术标准，各缔约国必须遵守相关的技术标准规定。国际民航组织规定在进行污染排放测试时，需要证明排气采样装置能够提供典型样气。典型样气是指能够代表该型号发动机污染排放特征，并被收集用于表征该型号发动机排放水平的气体。因此，需要设计一种能够提供典型样气的气体采样装置。

专用于收集发动机排放物的气体采样装置称为采样耙或测量耙。通过采样耙可以将收集到的发动机排放物引入燃气分析仪进行组分和浓度分析。

现有技术中，用于发动机排气测试的传统采样耙通常都是固定式的，只能用于对排气物的成分进行取样，不能用于测量排气的气动热力参数（温度，压力，速度等）。固定式的采样耙经常会因为设计不当导致不能采集到典型的样气，从而引起污染排放测试的误差。另外，在航空发动机设计中，燃烧室的出口温度分布等气动热力参数对涡轮的设计具有很重要的影响。通过燃烧室出口气动热力参数的分布情况，可以改进燃烧室的流动分布，以便满足涡轮的设计要求。因此获得燃烧室出口气动热力参数的连续分布图谱就显得很有必要。

现有技术至少存在以下技术问题：

1.一般固定式的采样耙仅能提供单一位置、方向的典型样气，这种典型样气无法全面的反映发动机的污染排放特征；

2.无法同时测得航空发动机的气动热力参数（如：压强、速度、温度）在燃烧室出口平面周向和径向上的连续分布图谱。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种气体采样装置，解决了现有技术无法提供可以较为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气的技术问题。另外，本实用新型的优选技术方案还解决了现有技术无法同时测得气动热力参数，进而无法获得燃烧室出口气动热力参数的连续分布图谱的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的气体采样装置，包括座体、承载架以及采样管，其中：

所述承载架与所述座体活动连接且可绕所述活动连接处相对于所述座体转动；

所述采样管固设于所述承载架上。

在一个可选或优选的实施例中，所述气体采样装置还包括样气传输管道以及空心轴，其中：

所述承载架通过所述空心轴与所述座体形成所述活动连接；

所述样气传输管道的进气端口嵌入所述空心轴内并与所述采样管的出气孔相连通。

在一个可选或优选的实施例中，所述座体包括板状的底座以及杆状的支架，所述空心轴与所述承载架之间还设置有轴承，其中：

所述承载架与轴承的外圈固定连接；

所述空心轴的其中一端与所述轴承的内圈两者固定连接或两者为一体式结构，所述空心轴的其中另一端与所述支架互相固定连接或相枢接。

在一个可选或优选的实施例中，所述承载架上至少固设有两个所述采样管，所述采样管两端口中其中一端口与所述承载架的连接处形成气密封结构，所述采样管两端口中其中另一端口形成所述采样管的出气孔并与所述样气传输管道的进气端口相连通，每个所述采样管上设置有至少两个采样孔，至少两个所述采样孔分别位于所述采样管长度方向上的不同位置处。

在一个可选或优选的实施例中，所述采样管的长度方向与所述空心轴的轴向方向相交错，且至少两个所述采样管以所述空心轴的轴心线轴对称分布于所述承载架上。

在一个可选或优选的实施例中，所述气体采样装置还包括旋转动力装置，所述旋转动力装置能带动所述承载架绕所述活动连接处相对于所述座体转动。

在一个可选或优选的实施例中，所述承载架为轮盘，所述轮盘的中心处还固设有锥状的整流罩，所述整流罩的底面固设于所述转盘上背离所述样气传输管道的一侧。

在一个可选或优选的实施例中，所述旋转动力装置包括旋转电机以及第一传动机构，所述座体上固设有电机座，所述旋转电机固定于所述电机座上且所述旋转电机的主轴能通过所述第一传动机构带动所述轮盘绕所述活动连接处相对于所述座体转动。

在一个可选或优选的实施例中，所述气体采样装置还包括用于测量热力参数的传感器，所述气体采样装置还包括导轨以及径向动力装置，其中：

所述传感器与所述导轨两者之间滑动连接，所述导轨的长度方向经过所述空心轴的轴向方向相交错；

所述径向动力装置能带动所述传感器在所述导轨上沿所述导轨的长度方向滑动。

在一个可选或优选的实施例中，所述承载架为轮盘，至少两条所述导轨以所述空心轴的轴心线轴对称分布于所述承载架上，所述径向动力装置包括径向电机以及第二传动机构，其中：

所述径向电机固设于所述轮盘的周向外边沿与所述导轨的连接处；

所述径向电机的主轴能通过所述第二传动机构带动所述传感器在所述导轨上沿所述导轨的长度方向滑动。

在一个可选或优选的实施例中，所述第二传动机构为绳带传动机构或齿轮齿条传动机构。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果：

由于本实用新型提供的气体采样装置中，可以在采样管采集样气的同时转动承载架（优选为通过旋转动力装置为其提供转动的动力）使采样管不仅可以采集径向方向的样气，而且还可以采集周向方向的样气，进而可以提供能较为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气，所以解决了现有技术无法提供可以较为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气的技术问题。

本实用新型的优选技术方案与现有技术相比还至少具有以下优点：

1、诸多设置有两个以上采样孔的采样管以空心轴轴对称分布于转盘上，由此可以采集到更为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气。

2、在采集典型样气的过程中，转盘上的诸多传感器可以同时测得气动热力参数（如：压强、速度、温度），进而能获得燃烧室出口气动热力参数的连续分布图谱。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所提供的气体采样装置的主视示意图；

图2为图1沿A-A线的剖视示意图；

图3为图2中C部分的放大示意图；

图4为图1沿B-B线的剖面示意图；

图中标记：1、座体；11、底座；12、支架；2、承载架；22、轴承；221、轴承的外圈；3、采样管；30、采样孔；4、样气传输管道；5、空心轴；6、旋转动力装置；61、电机座；7、传感器；8、导轨；9、径向动力装置；91、径向电机；92、第二传动机构；10、整流罩。

具体实施方式

下面通过附图图1～图4以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案（包括优选技术方案）做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本实用新型的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

本实用新型实施例提供了一种能采集到可以较为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气，同时可以测得气动热力参数、功能丰富的气体采样装置。

下面结合图1～图4对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的两个或更多个技术手段互相进行组合而得到的技术方案均应该在本实用新型的保护范围之内。

如图1～图4所示，本实用新型实施例所提供的气体采样装置，包括座体1、承载架（优选为转盘）2以及采样管3，其中：承载架2与座体1活动连接且可绕活动连接处相对于座体1转动。采样管3固设于承载架2上。

由于可以在采样管3采集样气的同时转动承载架2（优选为通过旋转动力装置6为其提供转动的动力）使采样管3不仅可以采集径向方向的样气，而且还可以采集周向方向的样气，进而可以提供能较为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气以供燃气分析仪进行组分和浓度分析。

本实施例中气体采样装置还包括样气传输管道4以及空心轴5，其中：承载架2通过空心轴5与座体1形成活动连接。样气传输管道4的进气端口嵌入空心轴5内并与采样管3的出气孔相连通。

图3所示样气传输管道4内的箭头标示采集到的典型样气的流动方向。采样管3的采样孔进入的样气经过采样管3后由其出气孔流动至样气传输管道4的进气端口，并由样气传输管道4经空心轴5输出至样气分析装置。上述结构不仅结构紧凑、便于装配，而且空心轴5对样气传输管道4可以起到一种保护作用，同时，若使用软体管道套接于空心轴5之外以接收样气时，还可以避免软体管道在转动过程中弯折。

本实施例中座体1包括板状的底座11以及杆状的支架12，当然，其他形状的底座11或支架12也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中空心轴5与承载架2之间还设置有轴承22，其中：

承载架2与轴承22的外圈221固定连接。空心轴5的其中一端与轴承22的内圈两者固定连接或两者为一体式结构，空心轴5的其中另一端与支架12互相固定连接或相枢接。

轴承22可以有效的降低承载架2与空心轴5两者之间的摩擦力。

当然，不设置轴承22或将轴承22的位置、连接方式进行调整的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

承载架2上至少固设有两个采样管3，采样管3两端口中其中一端口与承载架2的连接处形成气密封结构，采样管3两端口中其中另一端口形成采样管3的出气孔并与样气传输管道4的进气端口相连通。每个采样管3上设置有至少两个（优选为三个）采样孔30，至少两个采样孔30分别位于采样管3长度方向上的不同位置处。

采样管3的长度方向与空心轴5的轴向方向相交错，且至少两个采样管3以空心轴5的轴心线轴对称分布于承载架2上。

诸多设置有两个以上采样孔30的采样管3以空心轴5轴对称分布于转盘上，由此可以采集到更为全面的反映发动机的污染排放特征的典型样气。

当然，将采样管3非对称设置在转盘上的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中气体采样装置还包括旋转动力装置6，旋转动力装置6能带动承载架2绕活动连接处相对于座体1转动。旋转动力装置6的设置可以增加本气体采样装置的自动化程度。

当然，使用手动转动承载架2或通过气流推动承载架2转动的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中承载架2为轮盘，轮盘的中心处还固设有锥状的整流罩10，整流罩10的底面固设于转盘上背离样气传输管道4的一侧，旋转动力装置6包括旋转电机以及第一传动机构，座体1上固设有电机座61，旋转电机固定于电机座61上且旋转电机的主轴能通过第一传动机构带动轮盘绕活动连接处相对于座体1转动。

电机具有占用空间小、便于控制、便于电连接的优点。第一传动机构可以使用与旋转电机的主轴相连接的摩擦轮、绳带传动机构或齿轮传动机构来实现。

当然，使用其他动力机构以取代旋转动力装置6的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中轮盘转动的角速度ω优选为：ω=ν/(R1-R2)，其中R1为轮盘的外径，R2为轮盘的内径。

本实施例中气体采样装置还包括用于测量热力参数的传感器7、导轨8以及径向动力装置9，其中：传感器7与导轨8两者之间滑动连接，导轨8的长度方向与空心轴5的轴向方向相交错。径向动力装置9能带动传感器7在导轨8上沿导轨8的长度方向滑动。导轨8优选为其中一端固设于轴承22的外圈221上，另一端固设于承载架2（优选为轮盘）上。

传感器7具体可以采用压强传感器、速度传感器以及温度传感器。当然，使用其他检测元件以替代传感器7的技术方案也可以实现。

在采集典型样气的过程中，转盘上的诸多传感器7可以同时测得气动热力参数（如：压强、速度、温度），进而能获得燃烧室出口气动热力参数的连续分布图谱。

本实施例中承载架2为轮盘，至少两条导轨8以空心轴5的轴心线轴对称分布于承载架2上，径向动力装置9包括径向电机91以及第二传动机构92，其中：径向电机91固设于轮盘的周向外边沿与导轨8的连接处。径向电机91的主轴能通过第二传动机构92带动传感器7在导轨8上沿导轨8的长度方向滑动，传感器往复运动速度7优选为ν=0.5~5m/s。

移动的传感器7可以测得燃烧室出口多个方向、多个位置的气动热力参数，由此可以得出更为理想的分布图谱。

本实施例中第二传动机构92可以为绳带传动机构或齿轮齿条传动机构。当然，使用其他动力机构以取代径向动力装置9或使用其他的传动机构以取代第二传动机构92的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种气体采样装置，其特征在于，包括座体、承载架以及采样管，其中：

所述承载架与所述座体活动连接且可绕所述活动连接处相对于所述座体转动；

所述采样管固设于所述承载架上。

2.根据权利要求1所述的气体采样装置，其特征在于，所述气体采样装置还包括样气传输管道以及空心轴，其中：

所述承载架通过所述空心轴与所述座体形成所述活动连接；

所述样气传输管道的进气端口嵌入所述空心轴内并与所述采样管的出气孔相连通。

3.根据权利要求2所述的气体采样装置，其特征在于，所述座体包括板状的底座以及杆状的支架，所述空心轴与所述承载架之间还设置有轴承，其中：

所述承载架与轴承的外圈固定连接；

所述空心轴的其中一端与所述轴承的内圈两者固定连接或两者为一体式结构，所述空心轴的其中另一端与所述支架互相固定连接或相枢接。

4.根据权利要求2所述的气体采样装置，其特征在于，所述承载架上至少固设有两个所述采样管，其中：

所述采样管两端口中其中一端口与所述承载架的连接处形成气密封结构，所述采样管两端口中其中另一端口形成所述采样管的出气孔并与所述样气传输管道的进气端口相连通，每个所述采样管上设置有至少两个采样孔，至少两个所述采样孔分别位于所述采样管长度方向上的不同位置处。

5.根据权利要求2所述的气体采样装置，其特征在于，所述采样管的长度方向与所述空心轴的轴向方向相交错，且至少两个所述采样管以所述空心轴的轴心线轴对称分布于所述承载架上。

6.根据权利要求2所述的气体采样装置，其特征在于，所述气体采样装置还包括旋转动力装置，所述旋转动力装置能带动所述承载架绕所述活动连接处相对于所述座体转动。

7.根据权利要求6所述的气体采样装置，其特征在于，所述承载架为轮盘，所述轮盘的中心处还固设有锥状的整流罩，所述整流罩的底面固设于所述转盘上背离所述样气传输管道的一侧，所述旋转动力装置包括旋转电机以及第一传动机构，所述座体上固设有电机座，所述旋转电机固定于所述电机座上且所述旋转电机的主轴能通过所述第一传动机构带动所述轮盘绕所述活动连接处相对于所述座体转动。

8.根据权利要求2所述的气体采样装置，其特征在于，所述气体采样装置还包括用于测量热力参数的传感器，所述气体采样装置还包括导轨以及径向动力装置，其中：

所述传感器与所述导轨两者之间滑动连接，所述导轨的长度方向经过所述空心轴的轴向方向相交错；

所述径向动力装置能带动所述传感器在所述导轨上沿所述导轨的长度方向滑动。

9.根据权利要求8所述的气体采样装置，其特征在于，所述承载架为轮盘，至少两条所述导轨以所述空心轴的轴心线轴对称分布于所述承载架上，所述径向动力装置包括径向电机以及第二传动机构，其中：

所述径向电机固设于所述轮盘的周向外边沿与所述导轨的连接处；

所述径向电机的主轴能通过所述第二传动机构带动所述传感器在所述导轨上沿所述导轨的长度方向滑动。

10.根据权利要求9所述的气体采样装置，其特征在于，所述第二传动机构为绳带传动机构或齿轮齿条传动机构。

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