全环燃烧室出口燃气测量装置

摘要

本发明公开一种全环燃烧室出口燃气测量装置，测量装置包括机匣体、主动齿轮轴、从动齿轮轴、探针、燃烧室安装座、驱动件以及冷却系统，主动齿轮轴可旋转地设置于机匣体的侧壁上，主动齿轮轴沿机匣体的径向延伸，主动齿轮轴伸入第二腔体的一端设置有主动伞齿轮；从动齿轮轴可旋转地设置于第二腔体中，从动齿轮轴的中心轴线与机匣体的中心轴线重合，从动齿轮轴为空心轴，从动齿轮轴的一端设置有从动伞齿轮，从动伞齿轮与主动伞齿轮啮合；从动齿轮轴的另一端固定有探针固定座，盖体压紧于所述探针固定座上；燃烧室安装座具有背向从动伞齿轮的开口，探针固定座设置于开口位置，探针固定座上的探针朝向开口布置；冷却系统提供冷却介质以对探针头部进行冷却。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种全环燃烧室出口燃气测量装置。

背景技术

发动机燃烧室出口温度场、总压损失、污染物排放等特性是评价燃烧室性能的重要指标。全环燃烧室是常用的一种发动机燃烧室，对该全环燃烧室的重要参数的测量，对于评价该全环燃烧室性能、指导燃烧室优化设计以及节省试验资源等方面有着重要的作用。

全环燃烧室出口截面通常为一环形截面，目前测量全环燃烧室出口燃气特性参数通常有三种测量方法，固定位置测量；三维坐标架测量；摆动式测量，以下将详细描述该三种测量方法：

一、固定位置测量。根据燃烧室出口测量要求，将测量探针固定于燃烧室截面要求测点位置，采取插入式固定位置测量。这种测量方式测得的数据较少，为了测得更多的数据，通常需要较多的测量探针，这样就有可能堵塞排气通道。

二、三维坐标架测量。将测量探针固定在三维坐标架上，测量探针可随坐标架沿空间x、y、z三个方向任意移动。移动探针测点位置遍历整个出口测量环面，就可以得到全环燃烧室出口燃气参数分布。这种测量方式操作繁琐，耗时长，且对安装位置和空间有要求，通常用于敞开式出口测量。

三、摆动式测量。这是目前公认的使用最广泛的一种测量方法，测量装置通常包括移位机构、测试采样受感部和驱控系统三部分，通过移位机构带动测试采样受感部摆动遍历整个测量环面。这种测量装置结构形式多样，针对不同的使用对象和特点，有不同的设计结构。然而，对于中小型航空发动机燃烧室，其结构尺寸小、结构紧凑、空间受限等特点，且现代燃烧室出口温度越来越高，现有已知的测量装置无法满足现代中小型航空发动机燃烧室出口燃气测量的需求。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种全环燃烧室的测量装置，以快速、方便、准确、可靠的测量全环燃烧室的出口燃气特性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种全环燃烧室出口燃气测量装置，其中所述测量装置包括机匣体、翼型支板、燃烧室安装座、主动齿轮轴、从动齿轮轴、探针、驱动件以及冷却系统，所述机匣体包括外壳体和套设于所述外壳体内的内壳体，所述外壳体和所述内壳体间隔设置，所述外壳体和所述内壳体之间的间隙形成第一腔体，所述外壳体的首端和尾端分别设置有空气进口和废气出口，所述内壳体的尾端设置有盖体，所述内壳体和所述盖体围成第二腔体；所述翼型支板设置于所述第一腔体内，所述翼型支板具有一个通孔；所述燃烧室安装座设置于所述第一腔体的尾部；所述主动齿轮轴可旋转地设置于所述机匣体的侧壁上，所述主动齿轮轴的一端由所述通孔插入到所述第二腔体内，所述主动齿轮轴沿所述机匣体的径向延伸，所述主动齿轮轴的伸入端设置有主动伞齿轮；所述从动齿轮轴可旋转地设置于所述第二腔体中，所述从动齿轮轴的中心轴线与所述机匣体的中心轴线重合，所述从动齿轮轴为空心轴，所述从动齿轮轴的一端设置有从动伞齿轮，所述从动伞齿轮与所述主动伞齿轮啮合；所述从动齿轮轴的另一端固定有探针固定座，所述盖体压紧于所述探针固定座上；所述主动齿轮轴与所述从动齿轮轴垂直设置；所述探针通过探针支撑固定于所述探针固定座上，所述探针设置于所述探针支撑的一个侧面上，该侧面为朝向所述燃烧室安装座的侧面；所述驱动件驱动所述主动齿轮轴旋转；所述冷却系统提供冷却介质以对所述探针的头部进行冷却。

根据本发明的一实施方式，其中所述翼型支板有多个，多个所述翼型支板分别设置于所述机匣体的不同位置，所述翼型支板与所述主动齿轮轴之间设置有密封件，以实现动态密封。

根据本发明的一实施方式，其中所述冷却系统包括水冷系统，所述水冷系统包括相互连通的进水管和回水管，所述进水管由一个所述翼型支板引入到所述第二腔体，所述进水管沿所述空心轴的内部延伸至所述探针的头部；所述回水管沿所述空心轴的内部朝向与所述进水管的延伸方向相反的方向延伸，所述回水管由另一个所述翼型支板伸出到所述机匣体外部。

根据本发明的一实施方式，其中所述进水管与其所在的翼型支板之间以及所述回水管与其所在的翼型支板之间分别设置有密封件。

根据本发明的一实施方式，其中所述冷却系统还包括空冷系统，所述空冷系统包括冷气进口和冷气出口，所述冷气进口为一个所述翼型支板的通孔，所述冷气出口设置于所述盖体上，所述冷气出口与所述废气出口连通。

根据本发明的一实施方式，其中所述探针固定座的周向上均布有多个导向槽，所述探针支撑设置于所述导向槽内。

根据本发明的一实施方式，其中所述探针包括压力测量探针和温度测量探针，所述探针支撑包括第一探针支撑和第二探针支撑，所述第一探针支撑上沿所述探针固定座的径向均布有多个压力测量探针；所述第二探针支撑上沿所述探针固定座的径向均布有多个温度测量探针，所述第一探针支撑和所述第二探针支撑依次交错设置，相邻所述第一探针支撑和所述第二探针支撑之间的夹角相同。

根据本发明的一实施方式，其中，所述第一探针支撑和所述第二探针支撑分别为3个，每个所述第一探针支撑上设置有5个所述压力测量探针，每个所述第二探针支撑上设置有5个所述温度测量探针。

根据本发明的一实施方式，其中所述温度测量探针包括热电偶，所述热电偶的电偶引线伸入到所述空心轴内腔中，所述电偶引线从一个所述翼型支板的通孔中穿出到机匣体外部，所述电偶引线与其所在的翼型支板之间由石棉绳缠绕压紧密封。

根据本发明的一实施方式，其中所述压力测量探针包括压力管，所述压力管的测压管伸入到所述空心轴内腔中，所述测压管从一个所述翼型支板的通孔中穿出到机匣体外部，所述测压管与其所在的翼型支板之间设置有密封件。

由上述技术方案可知，本发明的全环燃烧室出口燃气测量装置的优点和积极效果在于：该全环燃烧室的测量装置能够快速、方便、准确、可靠的测量全环燃烧室的出口燃气特性。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种全环燃烧室出口燃气测量装置的结构示意图；

图2是图1中的探针分布示意图；

图3是图1中的导向槽的结构示意图。

图4是图1中的翼型支板的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、机匣体； 11、外壳体；

111、空气进口； 112、废气出口；

12、内壳体；2、主动齿轮轴；

3、从动齿轮轴； 4、探针；

5、燃烧室安装座； 6、驱动件；

7、主动伞齿轮； 8、从动伞齿轮；

9、盖体； 10、探针固定座；

13、翼型支板；14、导向槽；

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图1，根据本发明的一个方面，提供一种全环燃烧室出口燃气测量装置，该全环燃烧室出口燃气测量装置可以包括机匣体1、翼型支板13、主动齿轮轴2、从动齿轮轴3、探针4、燃烧室安装座5、驱动件6以及冷却系统，该机匣体1可以包括外壳体11和套设于该外壳体内的内壳体12，外壳体11和内壳体12可以间隔设置，以使得在外壳体11和内壳体12之间的间隙形成第一腔体。外壳体11的首端和尾端分别设置有空气进口111和废气出口112，内壳体12的尾端设置有盖体9，内壳体12和盖体9可以围成第二腔体。翼型支板13可以设置于第一腔体内，翼型支板13可以具有一个通孔。燃烧室安装座5可以设置于第一腔体的尾部。由空气进口111进入的空气可以在第一腔体内由首端向尾端移动，经过翼型支板13时，该翼形支板13可以对流动的空气进行整流；被整流后的空气继续朝着尾端方向移动，并可以进入到燃烧室安装座5上的燃烧室内进行燃烧，燃烧产生的废气可以通过废气出口112排放到机匣体1的外部。

继续参照图1，主动齿轮轴2可旋转地设置于机匣体1的侧壁上，主动齿轮轴2可以沿机匣体1的径向延伸，例如但不限于，该主动齿轮轴2的一端可以伸入到第二腔体中，以与位于第二腔体内的从动齿轮轴3配合传动。根据本发明的一具体实施方式，其中主动齿轮轴2可以垂直于从动齿轮轴3设置。根据本发明的一具体实施方式，其中主动齿轮轴2的另一端可以位于机匣体1的外部，该机匣体1的另一端可以与驱动件6连通，在该驱动件6的驱动下，主动齿轮轴2可绕其自身中心轴线进行旋转。根据本发明的一具体实施方式，其中主动齿轮轴2的伸入第二腔体的一端可以设置有主动伞齿轮7，该主动伞齿轮7可以固定于该主动齿轮轴2上，以随该主动齿轮轴2一起转动。根据本发明的一具体实施方式，其中主动齿轮轴2可以为实心轴，但不以此为限，也可以根据实际需要设计为空心轴。

继续参照图1，根据本发明的一具体实施方式，其中在从动齿轮轴3的一端可以设置有与该主动伞齿轮7啮合的从动伞齿轮8，该从动伞齿轮8将在主动伞齿轮7的驱动下进行旋转，从而带动与其连接的从动齿轮轴3一起旋转。从动齿轮轴3可旋转地设置于机匣体1的第二腔体中，例如但不限于从动齿轮轴3的中心轴线可以与机匣体1的中心轴线重合。根据本发明的一具体实施方式，其中从动齿轮轴3可以为空心轴。根据本发明的一具体实施方式，其中主动伞齿轮7和从动伞齿轮8可以为小模数齿轮。模数是齿轮加工中的一个基本参数，参考GB12368-90，取值从0.1到50，模数越小，齿轮越精细，传动越精准，本发明提供的伞齿轮的模数可以取值0.2，但不以此为限，该模数可以根据实际需要进行选择。该小模数齿轮的侧隙较小，定位准确，传动精度高，从而可以使齿轮传动更加顺畅，无晃动和卡滞现象。

继续参照图1，从动齿轮轴3的另一端可以固定有探针固定座10，探针4可以设置于探针固定座10上，该探针固定座10可以随着从动齿轮轴3进行旋转，从而可以带动位于探针固定座10上的探针4进行转动，以测量位于同一圆周上的不同位置的参数。根据本发明的一具体实施方式，其中探针4和探针固定座10之间设置有探针支撑，探针4可以设置于探针支撑一个侧面上，该侧面可以为朝向燃烧室安装座5的侧面。根据本发明的一具体实施方式，其中探针固定座10的周向上可以均布有多个导向槽14，该探针支撑可以设置于该导向槽14内。

参照图1，根据本发明的一具体实施方式，其中探针4可以包括压力测量探针和温度测量探针，探针支撑可以包括第一探针支撑和第二探针支撑，第一探针支撑上沿探针固定座10的径向可以均布有多个压力测量探针；第二探针支撑上沿探针固定座10的径向均布有多个温度测量探针。根据本发明的一实施方式，其中每个第一探针支撑上设置有5个压力测量探针，每个第二探针支撑上设置有5个温度测量探针，但不以此为限，具体数量可以根据实际需要进行选择，除此之外，根据实际需要，还可以通过压力测量探针对燃烧后的燃气进行采集。根据本发明的一具体实施方式，其中同一个第一探针支撑上的相邻的压力测量探针的距离相等。根据本发明的一具体实施方式，其中同一个第二探针支撑上的相邻的温度测量探针的距离相等。除此，压力测量探针和温度测量探针还可以分别按照等环面的形式进行设置，例如但不限于，由探针固定座10的中心向边缘延伸的方向，相邻温度测量探针和/或相邻压力测量探针之间的距离可以逐渐变小，以使每个温度测量探针或压力测量探针所测量的环面面积相同。

参照图1，根据本发明的一具体实施方式，其中第一探针支撑和第二探针支撑可以依次交错设置，相邻第一探针支撑和第二探针支撑之间可以具有相同的夹角，例如但不限于该夹角可以为60°。根据本发明的一实施方式，其中同一探针固定座10上可以设置有3个第一探针支撑和3个第二探针支撑，具体数量并不以此为限，可以根据实际需要进行选择。

参照图1，根据本发明的一具体实施方式，其中全环燃烧室出口燃气测量装置还可以包括燃气取样测量探针该燃气取样测量探针的设置位置以及设置方式，可以参照温度测量探针，此处不再赘述。温度测量探针可以为热电偶温度探针，其可以用于对燃气进行分析。除此，根据试验的需要，还可以采用燃气分析法对燃气进行分析，此种情况下可以将热电偶温度探针取下并替换为燃气取样测量探针；如果仅仅只是需要采集燃烧后的燃气进行燃气效率的分析，那么做试验的时候，某几个压力管不接压力测试，而直接用来进行燃气的采集，该燃气取样测量探针的安装位置，分布规律可以参照上述压力测量探针或者温度测量探针，都在本发明的保护范围内。

继续参照图1，根据本发明的一具体实施方式，其中燃烧室安装座5可以具有背向从动伞齿轮8的开口，探针固定座10可以设置于该开口位置，探针固定座10上的探针4可以朝向开口布置。根据本发明的一具体实施方式，其中该全环燃烧室的温度测量装置还可以包括驱动件6，该驱动件6可以驱动主动齿轮轴2旋转，继而通过齿轮传动将主动齿轮轴2上的传动传递给冲动齿轮轴3。根据本发明的一具体实施方式，其中驱动件6可以为驱动马达。

参照图4，根据本发明的一具体实施方式，其中机匣体1的侧壁上可以开设有通孔，该通孔内可以固定设置有翼型支板13，该翼型支板13可以通过焊接、铆接或者螺纹连接等连接方式固定设置于该机匣体1的侧壁上。根据本发明的一具体实施方式，其中该翼型支板13可以具有通孔，主动齿轮轴2可以由该通孔通入，翼型支板13与主动齿轮轴2之间可以设置有密封件，以实现动态密封。该主动齿轮轴2可在该通孔内进行旋转，该密封件可以防止第二腔体中的冷却气体向机匣体1的外部泄露。根据实际需要该翼型支板13可以设计为多种形状，以引导气体流动，对气体进行整流。

根据本发明的一具体实施方式，其中该全环燃烧室的温度测量装置还可以包括冷却系统，该冷却系统可以提供冷却介质以对探针4的头部进行冷却。该冷却系统可以包括水冷系统和空冷系统。冷却系统可以包括水冷系统，水冷系统可以包括相互连通的进水管和回水管，进水管可以由多个翼型支板13的一个引入到机匣体1的第二腔体，进水管可以沿空心轴的内部延伸至探针4的头部，例如但不限于燃气取样测量探针，该进水管内的冷却水可以为燃气取样测量探针进行冷却。根据本发明的一具体实施方式，其中该燃气取样测量探针的头部壳体可以为水冷腔套结构。对探针4头部进行冷却过的冷却水可以进入到回水管，该回水管可以沿空心轴的内部朝向与进水管的延伸方向相反的方向延伸，回水管可以由多个翼型支板13中的另一个伸出到机匣体1外部。根据本发明的一具体实施方式，其中该水冷系统还包括冷却水源，该进水管和回水管分别与该冷却水源连通。根据本发明的一具体实施方式，在进水管或者回水管上可以设置有水泵。根据本发明的一具体实施方式，其中水冷系统内的冷却水流量可以为小于或者等于22.6m³/h，但不以此为限，可以根据实际需要进行调整。

根据本发明的一具体实施方式，其中进水管与其所在的翼型支板13之间以及回水管与其所在的翼型支板13之间可以分别设置有密封件，该密封件设置于进水管和翼型支板13之间，以防止机匣体1内的冷却空气泄露到机匣体1的外部；密封件可以设置于回水管和翼型支板13之间，以防止机匣体1内的冷却空气泄露到机匣体1的外部。

根据本发明的一具体实施方式，其中冷却系统还可以包括空冷系统，空冷系统可以包括冷气进口和冷气出口，多个翼型支板13的一个的通孔可以设置为冷气进口，冷气出口可以设置于盖体9上。具体地，可以通过气泵向冷气进口通入冷气，该冷气进入机匣体1的第二腔体，以为旋转部件提供较低温的工作环境，通过气量的调节确保第二腔体内的空气压力大于第一腔体内的空气压力。进入到机匣体1的第二腔体中的部分冷气可以进入到从动齿轮轴3内，以对热电偶的电偶引线进行冷却，冷却后的空气从盖体9上的开孔中排出。根据本发明的一具体实施方式，其中冷气出口的开口面积可调，以用来调整气体流动的速度和用于调整经过探针4头部的气量。根据本发明的一具体实施方式，其中冷气出口可以设置有气体阀门，但不以此为限。根据本发明的一具体实施方式，温度测量探针的测量范围可以不小于1800℃，但不以此为限，温度测量探针的规格可以根据实际需要进行选择。根据本发明的一具体实施方式，其中燃气取样测量探针的测量形成可以不小于2300℃，但不以此为限，燃气取样测量探针的规格可以根据实际需要进行选择。

根据本发明的一具体实施方式，其中温度测量探针和压力测量探针可以采用气冷的方式进行冷却，具体地，进入到从动齿轮轴3的空腔中的冷气将沿从动齿轮轴3的延伸方向移动，直至移动至探针固定座10处，该冷气则改变移动方向，开始朝向该探针固定座10的径向方向移动，以对位于探针固定座10上的温度测量探针的头部和压力测量探针的头部进行冷却。

参照图3，根据本发明的一具体实施方式，其中探针固定座10上可以设置有沿机匣体1的中心轴线方向延伸的导向槽14，探针支撑可以设置于导向槽14内。根据本发明的一具体实施方式，其中导向槽14的结构形状可以根据实际工况进行选择，例如但不限于该导向槽14可以为燕尾槽。根据本发明的一具体实施方式，其中探针4可以沿着燕尾槽的延伸方向滑入该燕尾槽，然后再将盖体9压紧于探针固定座10上。

继续参照图2，根据本发明的一具体实施方式，其中第一探针支撑可以为3个，第二探针支撑可以为3个，其中相邻的第一探针支撑之间的夹角可以为120°，相邻的第二探针支撑之间的夹角可以为120°。根据本发明的一具体实施方式，其中相邻的第二探针支撑和第一探针支撑之间的夹角可以为60°。主动齿轮轴2每次旋转的角度可以调整，例如但不限于该主动齿轮轴2每次可旋转3.75°，每次旋转一次后，探针4进行一次测量。根据本发明的一具体实施方式，其中探针4可以旋转32次，从而使每个探针4旋转120°的扇形环面，但不以此为限，根据本发明的一具体实施方式，其中每个探针4的旋转角度也可以根据实际需要进行选择，例如但不限于每个探针4的最大旋转角度可以为240°或者为360°，都在本发明的保护范围内。通过旋转探针固定座10，可以使探针4位于不同的位置，从而可以两两相互校准探针4的准确性和重复性。

根据本发明的一具体实施方式，其中温度测量探针可以包括热电偶，该热电偶的电偶引线可以伸入到空心轴内腔中，电偶引线由一个翼型支板的通孔中穿出到机匣体外部，电偶引线与其所在的翼型支板之间由石棉绳缠绕压紧密封。

根据本发明的一具体实施方式，其中全环燃烧室出口安装3支温度测量探针后，出口通道截面堵塞面积≤1.5％；同时安装3支温度测量探针，3支压力测量耙后，出口通道截面堵塞面积≤2.5％。根据本发明的一具体实施方式，其中全环燃烧室出口燃气测量装置的进气段可以采用锥形管道结构，可以保证气流平稳过渡。根据本发明的一具体实施方式，其中全环燃烧室出口燃气测量装置的排气段可以采用双层水冷腔套结构，并直接向高温燃气中喷水冷却，可长期在高温燃气中工作。

本发明所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。