一種消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，包括依次連接的入口管、入口錐管、管束式部分、過渡錐管、孔板部分、出口錐管以及出口管，管束式部分包括外直管以及設(shè)置在外直管內(nèi)的管束，管束包括多個沿外直管中軸線向管壁方向依次排布管層，管層包括多個圓周排布且依次焊接的小管，相鄰管層中的相鄰小管相切，各個小管的軸線彼此平行，最外圈的管層與外直管內(nèi)壁相切且焊接，最內(nèi)圈的管層的中心位于外直管的中軸線上；孔板部分包括外圓管以及固定在外圓管內(nèi)的孔板。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的進劑供應(yīng)管道中存在流速分布的畸變的技術(shù)問題，本發(fā)明能夠?qū)α黧w產(chǎn)生均勻的整流作用。
【專利說明】一種消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器。
【背景技術(shù)】
[0002]推進劑流量的準(zhǔn)確測量是發(fā)動機試驗過程中的一個重要環(huán)節(jié)，某試車臺采用渦輪流量計作為流量測量的主要設(shè)備。由于推進劑供應(yīng)管道上各種管組件、漸縮管、漸擴管、過濾器和彎頭都會影響速度分布，形成各種不對稱的、徑向的、切向的和軸向的速度矢量，即流速分布的畸變，從而影響渦輪流量計的測量，造成流量測量精度降低。為了盡可能地減小速度分布畸變的影響，就需要流量計前有足夠長的直管段，但在許多安裝場合，由于條件限制，不可能提供足夠長的直管段，而加裝整流器是消除速度分布畸變和恢復(fù)紊流速度分布的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有的進劑供應(yīng)管道中存在流速分布的畸變，影響渦輪流量計的測量精度的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:
[0005]一種消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，包括依次連接的入口管、入口錐管、管束式部分、過渡錐管、孔板部分、出口錐管以及出口管，
[0006]所述管束式部分包括外直管以及設(shè)置在外直管內(nèi)的管束，所述管束包括多個沿外直管中軸線向管壁方向依次排布管層，管層包括多個圓周排布且依次焊接的小管，相鄰管層中的相鄰小管相切，各個小管的軸線彼此平行，最外圈的管層與外直管內(nèi)壁相切且焊接，最內(nèi)圈的管層的中心位于外直管的中軸線上，所述管束中小管有效流通面積為外直管
0.041-0.043 倍；
[0007]所述孔板部分包括外圓管以及固定在外圓管內(nèi)的孔板，所述孔板有效流通面積為整個孔板面積的0.561-0.565倍，孔板面積為管束式部分外直管面積的1.96-2.10倍。
[0008]上述孔板的最高點開設(shè)排氣通道，孔板的最低點開設(shè)排液通道。
[0009]上述外直管的管徑大于入口管的直徑，所述孔板的直徑大于外直管的管徑，所述入口管與出口管的管徑相等。
[0010]上述管束包括3個管層，最內(nèi)圈管層為I根小管，第二層管層為6根小管，最外圈管層為12根小管。
[0011]上述孔板上孔的分布原則為:外疏內(nèi)密。
[0012]上述孔板兩側(cè)外邊緣做倒角處理與外圓管內(nèi)壁焊接。
[0013]本發(fā)明所具有的優(yōu)點:
[0014]1、本發(fā)明的管束式部分保證各小管之間的間隙是大小相等且均勻分布，進而使整個橫截面對流體產(chǎn)生均勻的整流作用，避免因小管分布不均勻，整個結(jié)構(gòu)非但沒有起到整流作用反而產(chǎn)生擾流作用。[0015]2、本發(fā)明的非均勻孔板部分不僅能消除管道中旋轉(zhuǎn)流的影響，同時可產(chǎn)生完全的正常流速分布輪廓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為圖1的C-C示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明孔板部分的示意圖；
[0019]圖4為圖3的A-A示意圖；
[0020]圖5為未使用本發(fā)明整流器氧化劑流量數(shù)據(jù)曲線；
[0021]圖6為使用本發(fā)明整流器后氧化劑流量數(shù)據(jù)曲線；
[0022]其中附圖標(biāo)記為:1-入口管,2-入口錐管,3-外直管,4-小管,5-過渡錐管,6-外圓管，7-孔板，8-出口錐管，9-出口管，10-活套法蘭，11-倒角。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，為滿足試驗臺推進劑供應(yīng)系統(tǒng)改造要求，同時盡可能消除管路中推進劑流速分布畸變對流量測量造成的影響，整流器需設(shè)計為入口管與出口管直徑相等，設(shè)計壓力1.6MPa，工作介質(zhì)為偏二甲肼與四氧化二氮。為方便整流器的安裝拆卸，入口管與出口管均設(shè)置有活套法蘭 ，主要的整流部件為管束式部分與非均勻孔板部分。由于整流器在推進劑供應(yīng)管路上傾斜3°安裝，為防止整流器在推進劑加注過程中夾氣影響試車，同時保證試車完成后整流器內(nèi)不積留推進劑，在結(jié)構(gòu)中可能存在夾氣與積液的地方開設(shè)高點排氣與低點排液通道。
[0024]如圖2所示，管束式部分包括外直管以及設(shè)置在外直管內(nèi)的管束，管束包括多個沿外直管中軸線向管壁方向依次排布管層，管層包括多個圓周排布且依次焊接的小管，相鄰管層中的相鄰小管相切，各個小管的軸線彼此平行，最外圈的管層與外直管內(nèi)壁相切且焊接，最內(nèi)圈的管層的中心位于外直管的中軸線上。管束式結(jié)構(gòu)中管子的數(shù)目沒有規(guī)定。管束式部分外直管有效流通面積為整流器入口有效流通面積的1.5-1.7倍。管束中小管有效流通面積為外直管的0.041-0.043倍。同時應(yīng)用Fluent軟件，采用三維穩(wěn)態(tài)隱式求解器，湍流模型選用k-ε 二方程模型。計算方法采用SMPLE算法?？刂品匠滩捎萌S定常雷諾時均Navier-Stokes方程，相對直角坐標(biāo)系下雷諾時均N-S方程組的守恒形式為:
QTT
[0025]——+ V - F + V -.Fv = Q
31
[0026]其中:F，F(xiàn)v-無粘與粘性通量;U-待求解守恒變量；Q_源項。
[0027]如圖3、圖4所示，孔板部分包括外圓管以及固定在圓管內(nèi)的孔板，孔板有效流通面積為整個孔板面積的0.561-0.565倍，孔板面積為管束式結(jié)構(gòu)外直管面積的1.96~2.10倍。同樣應(yīng)用Fluent軟件，采用三維穩(wěn)態(tài)隱式求解器，湍流模型選用k-ε 二方程模型。計算方法采用SMPLE算法?？刂品匠滩捎萌S定常雷諾時均Navier-Stokes方程。
[0028]實施例:
[0029]選用整流器入口管為DN200，管束式結(jié)構(gòu)中各管子壁厚會占據(jù)一部分流通面積，若仍選用DN200的管子則會產(chǎn)生節(jié)流作用，為保證管束部分的流通面積大于整流器入口流通面積，同時兼顧整體結(jié)構(gòu)的輕便性，將管束式結(jié)構(gòu)中外直管管徑變?yōu)镈N250。DN250直管內(nèi)小管分三層均勻布置，最內(nèi)層I根，第二層6根，最外層12根，共19根。該種布置方式可保證各小管之間的間隙是大小相等且均勻分布，進而使整個橫截面對流體產(chǎn)生均勻的整流作用，避免因小管分布不均勻，整個結(jié)構(gòu)非但沒有起到整流作用反而產(chǎn)生擾流作用。每根小管長度為510_，規(guī)格為Φ51Χ3的不銹鋼管，可使各小管之間間隙均為2_，保證焊接的可行性及可靠性。各小管的軸線彼此平行，外圓彼此相切，最外圈小管與DN250管道內(nèi)壁相切。如圖2所示，各小管的軸線除了彼此平行外，還應(yīng)與管道軸線平行。加工時在各小管兩端相切處沿小管軸線方向焊接，焊接長度不小于12mm。管束式部分主要是用于降低管道中液體旋轉(zhuǎn)流的影響，但是不能產(chǎn)生完全正常的流速分布輪廓。
[0030]為確保孔板有效流通面積大于整流器入口面積，同時兼顧輕便、美觀、耐腐蝕性，增加異徑管將孔板設(shè)置在DN350的外圓管內(nèi)，孔板兩側(cè)外邊緣做倒角處理與外圓管焊接。經(jīng)強度與流場計算，非均勻孔板最終采用厚度為0.13D的不銹鋼板，板上開設(shè)35個0.13D(D為外圓管公稱直徑)的通孔。為防止夾氣與積液，在孔板最高點開設(shè)排氣通道，最低點開設(shè)排液通道，結(jié)構(gòu)型式如圖3、圖4所示。由于35個通孔位置為非均勻排布，孔位置不同所產(chǎn)生的整流效果就不同，經(jīng)過反復(fù)的流場計算，綜合考慮強度，加工的可行性，最終選擇的孔位置坐標(biāo)如圖3所示，整體上外疏內(nèi)密，因此，非均勻孔板對管流流動的阻力為邊緣部分阻力大，中間部分阻力小，迫使管內(nèi)邊緣流體向中心加速，從而使偏差、旋轉(zhuǎn)等不規(guī)則流動狀態(tài)加速朝充分發(fā)展的紊流速度分布發(fā)展。非均勻孔板部分不僅能消除管道中旋轉(zhuǎn)流的影響，同時可產(chǎn)生完全的正常流速分布輪廓。
[0031]通過多次發(fā)動機試驗的考核，整流器工作正常，抽取改造前某次試車氧化劑流量數(shù)據(jù)曲線，如圖5所示，可以看出氧化劑流量數(shù)據(jù)曲線波動較大，觀察改造后某次試車氧化劑流量數(shù)據(jù)曲線，如圖6所示，曲線波動明顯減少，平穩(wěn)程度大大增加?？梢钥闯?，整流器的設(shè)計達到了技術(shù)目的，確保了試車流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲得。
【權(quán)利要求】
1.一種消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，包括依次連接的入口管、入口錐管、管束式部分、過渡錐管、孔板部分、出口錐管以及出口管， 所述管束式部分包括外直管以及設(shè)置在外直管內(nèi)的管束，所述管束包括多個沿外直管中軸線向管壁方向依次排布管層，管層包括多個圓周排布且依次焊接的小管，相鄰管層中的相鄰小管相切，各個小管的軸線彼此平行，最外圈的管層與外直管內(nèi)壁相切且焊接，最內(nèi)圈的管層的中心位于外直管的中軸線上，所述管束中小管有效流通面積為外直管0.041-0.043 倍； 所述孔板部分包括外圓管以及固定在外圓管內(nèi)的孔板，所述孔板有效流通面積為整個孔板面積的0.561-0.565倍，孔板面積為管束式部分外直管面積的1.96-2.10倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，其特征在于:所述孔板的最高點開設(shè)排氣通道，孔板的最低點開設(shè)排液通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，其特征在于:所述外直管的管徑大于入口管的直徑，所述孔板的直徑大于外直管的管徑，所述入口管與出口管的管徑相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，其特征在于:所述管束包括3個管層，最內(nèi)圈管層為I根小管，第二層管層為6根小管，最外圈管層為12根小管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，其特征在于:所述孔板上孔的分布原則為:外疏內(nèi)密。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的消除發(fā)動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，其特征在于:所述孔板兩側(cè)外邊緣做倒角處理與外圓管內(nèi)壁焊接。
【文檔編號】F15D1/02GK103883591SQ201410054375
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】陳聰, 李陸昊, 賀宏, 程磊, 來代初, 王廣飚, 趙政社, 趙建軍 申請人:西安航天動力試驗技術(shù)研究所