一種消除發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】本實用新型涉及一種消除發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置在外直管內的管束，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壁相切且焊接，最內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的孔板。本實用新型解決了現有的進劑供應管道中存在流速分布的畸變的技術問題，本實用新型能夠對流體產生均勻的整流作用。
【專利說明】 一種消除發動機試驗中推進劑流動畸變的整流器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種消除發動機試驗中推進劑流動畸變的整流器。
【背景技術】
[0002]推進劑流量的準確測量是發動機試驗過程中的一個重要環節，某試車臺采用渦輪流量計作為流量測量的主要設備。由于推進劑供應管道上各種管組件、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紊流速度分布的有效途徑。
【發明內容】
[0003]為了解決現有的進劑供應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問題，本實用新型提供一種消除發動機試驗中推進劑流動畸變的整流器。
[0004]本實用新型的技術解決方案為:
[0005]一種消除發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置在外直管內的管束，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壁相切且焊接，最內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排氣通道，孔板的最低點開設排液通道。
[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:外疏內密。
[0012]上述孔板兩側外邊緣做倒角處理與外圓管內壁焊接。
[0013]本實用新型所具有的優點:
[0014]1、本實用新型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生均勻的整流作用，避免因小管分布不均勻，整個結構非但沒有起到整流作用反而產生擾流作用。[0015]2、本實用新型的非均勻孔板部分不僅能消除管道中旋轉流的影響，同時可產生完全的正常流速分布輪廓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型一種消除發動機試驗中推進劑流動畸變的整流器的結構示意圖；
[0017]圖2為圖1的C-C示意圖；
[0018]圖3為本實用新型孔板部分的示意圖；
[0019]圖4為圖3的A-A示意圖；
[0020]圖5為未使用本實用新型整流器氧化劑流量數據曲線；
[0021]圖6為使用本實用新型整流器后氧化劑流量數據曲線；
[0022]其中附圖標記為: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系統改造要求，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，整流器需設計為入口管與出口管直徑相等，設計壓力1.6MPa，工作介質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不積留推進劑，在結構中可能存在夾氣與積液的地方開設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置在外直管內的管束，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壁相切且焊接，最內圈的管層的中心位于外直管的中軸線上。管束式結構中管子的數目沒有規定。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。同時應用Fluent軟件，采用三維穩態隱式求解器，湍流模型選用k-ε 二方程模型。計算方法采用SMPLE算法。控制方程采用三維定常雷諾時均Navier-Stokes方程，相對直角坐標系下雷諾時均N-S方程組的守恒形式為:
QU
[0025]——+ V -F + V-Fr =Q
--
[0026]其中:F，Fv-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構外直管面積的1.96~2.10倍。同樣應用Fluent軟件，采用三維穩態隱式求解器，湍流模型選用k-ε 二方程模型。計算方法采用SMPLE算法。控制方程采用三維定常雷諾時均Navier-Stokes方程。
[0028]實施例:
[0029]選用整流器入口管為DN200，管束式結構中各管子壁厚會占據一部分流通面積，若仍選用DN200的管子則會產生節流作用，為保證管束部分的流通面積大于整流器入口流通面積，同時兼顧整體結構的輕便性，將管束式結構中外直管管徑變為DN250。DN250直管內小管分三層均勻布置，最內層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生均勻的整流作用，避免因小管分布不均勻，整個結構非但沒有起到整流作用反而產生擾流作用。每根小管長度為510mm，規格為Φ 51 X 3的不銹鋼管，可使各小管之間間隙均為2mm，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管道內壁相切。如圖2所示，各小管的軸線除了彼此平行外，還應與管道軸線平行。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流的影響，但是不能產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置在DN350的外圓管內，孔板兩側外邊緣做倒角處理與外圓管焊接。經強度與流場計算，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，在孔板最高點開設排氣通道，最低點開設排液通道，結構型式如圖3、圖4所示。由于35個通孔位置為非均勻排布，孔位置不同所產生的整流效果就不同，經過反復的流場計算，綜合考慮強度，加工的可行性，最終選擇的孔位置坐標如圖3所示，整體上外疏內密，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，迫使管內邊緣流體向中心加速，從而使偏差、旋轉等不規則流動狀態加速朝充分發展的紊流速度分布發展。非均勻孔板部分不僅能消除管道中旋轉流的影響，同時可產生完全的正常流速分布輪廓。
[0031]通過多次發動機試驗的考核，整流器工作正常，抽取改造前某次試車氧化劑流量數據曲線，如圖5所示，可以看出氧化劑流量數據曲線波動較大，觀察改造后某次試車氧化劑流量數據曲線，如圖6所示，曲線波動明顯減少，平穩程度大大增加。可以看出，整流器的設計達到了技術目的，確保了試車流量數據的準確獲得。
【權利要求】
1.一種消除發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置在外直管內的管束，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壁相切且焊接，最內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.根據權利要求1所述的消除發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排氣通道，孔板的最低點開設排液通道。
3.根據權利要求1或2所述的消除發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.根據權利要求3所述的消除發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.根據權利要求4所述的消除發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:外疏內密。
6.根據權利要求5所述的消除發動機試驗中推進劑流動畸變的整流器，其特征在于:所述孔板兩側外邊緣做倒角處理與外圓管內壁焊接。
【文檔編號】G01M15/02GK203824756SQ201420070295
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年2月18日 優先權日:2014年2月18日
【發明者】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研究所