一种用于压气机进口加湿试验的模块式喷水装置

摘要

本发明的目的在于提供一种用于压气机进口加湿试验的模块式喷水装置，包括圆筒形的机匣、安装在机匣两侧的法兰，法兰上沿其轴向方向设置用于连接压气机进气道的通孔，机匣上沿其周向方向设置用于安装喷嘴支架的通孔，喷嘴支架通过紧固螺母安装在机匣的通孔里，喷嘴支架一部分位于机匣外部，其余部分位于机匣里，机匣外部的喷嘴支架连接供水管路，位于机匣里的喷嘴支架部分安装压力喷嘴，机匣里的喷嘴支架部分以及压力喷嘴的轴线向气流的来流方向偏转。本发明机匣内壁式的喷嘴支架使得压气机进口流场的扰动降低到最小，同时模块化的喷水装置与固定式的内伸式喷嘴环相比易于安装和拆卸，使试验设备的安装调试更为简便。

权利要求

1.一种用于压气机进口加湿试验的模块式喷水装置，其特征是：包括圆筒形的机匣、安装在机匣两侧的法兰，法兰上沿其轴向方向设置用于连接压气机进气道的通孔，机匣上沿其周向方向设置用于安装喷嘴支架的通孔，喷嘴支架通过紧固螺母安装在机匣的通孔里，喷嘴支架一部分位于机匣外部，其余部分位于机匣里，机匣外部的喷嘴支架连接供水管路，位于机匣里的喷嘴支架部分安装压力喷嘴，机匣里的喷嘴支架部分以及压力喷嘴的轴线向气流的来流方向偏转。

2.根据权利要求1所述的一种用于压气机进口加湿试验的模块式喷水装置，其特征是：

机匣里的喷嘴支架部分以及压力喷嘴的轴线与水平方向成50±5°。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于压气机进口加湿试验的模块式喷水装置，其特征是：机匣上的通孔与通孔之间夹角为22.5°，与其对应的喷嘴支架和压力喷嘴有16组，所述的压力喷嘴包括4类，每1类包括四个压力喷嘴，4类压力喷嘴的喷雾粒径不同，每1类压力喷嘴的相邻压力喷嘴之间相隔90°分布，压力喷嘴同时开启或部分开启，组成不同喷雾量和喷雾粒径的组合。

说明书

一种用于压气机进口加湿试验的模块式喷水装置

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种压气机试验装置，具体地说是压气机的喷水装置。

背景技术

[0002] 压气机作为燃气轮机或航空发动机动力装置的主要组成部分，其压缩耗功通常会占到涡轮膨胀功的1/2-2/3，因此降低压气机压缩过程中工质的温度以降低压缩耗功便成为提高燃气轮机输出功的有效手段之一。在这其中，湿压缩技术通过向压气机进口或级间喷入较小粒径的水滴颗粒，利用水的蒸发潜热大的特点，在较好的降低工质的温度的同时还将能量仍然保留在复合工质中，能够有效的提高燃气轮机装置的输出功率甚至是效率。

[0003] 而对航空发动机而言，随着科学技术的进一步发展，飞机及其动力装置被赋予了更高的技术要求，全天候飞行便是其一。但飞机在恶劣天气条件下飞行会导致发动机进口可能吸入大量的雨水，作为航空发动机中首先与工质进行接触的部件，压气机受到雨水的影响尤为严重。水滴的进入不仅不会降低压缩耗功，反而会使得压气机扭矩增加、叶片腐蚀、叶片颤振甚至导致压气机进入不稳定工作状态。

[0004] 针对湿压缩和航空发动机吸雨这两种压气机进口含水的情况，对压气机进行地面加湿试验便成为了研究此类问题的最主要也是最有效的手段。目前存在的压气机进口加湿试验中的喷水主要通过在进口段机匣开孔布置内伸式喷嘴环的方式实现。此类方法适用性窄，设备安装调试困难，并且喷嘴环易对压气机进口流场产生扰动，因此探索出一种不仅能够保证压气机试验台的可靠性，还能保证水滴喷雾环境模拟准确性的喷水装置显得尤为重要。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供可以满足加湿试验对不同位置处进行喷水要求的一种用于压气机进口加湿试验的模块式喷水装置。

[0006] 本发明的目的是这样实现的：

[0007] 本发明一种用于压气机进口加湿试验的模块式喷水装置，其特征是：包括圆筒形的机匣、安装在机匣两侧的法兰，法兰上沿其轴向方向设置用于连接压气机进气道的通孔，机匣上沿其周向方向设置用于安装喷嘴支架的通孔，喷嘴支架通过紧固螺母安装在机匣的通孔里，喷嘴支架一部分位于机匣外部，其余部分位于机匣里，机匣外部的喷嘴支架连接供水管路，位于机匣里的喷嘴支架部分安装压力喷嘴，机匣里的喷嘴支架部分以及压力喷嘴的轴线向气流的来流方向偏转。

[0008] 本发明还可以包括：

[0009] 1、机匣里的喷嘴支架部分以及压力喷嘴的轴线与水平方向成50±5°。

[0010] 2、机匣上的通孔与通孔之间夹角为22.5°，与其对应的喷嘴支架和压力喷嘴有16组，所述的压力喷嘴包括4类，每1类包括四个压力喷嘴，4类压力喷嘴的喷雾粒径不同，每1类压力喷嘴的相邻压力喷嘴之间相隔90°分布，压力喷嘴同时开启或部分开启，组成不同喷雾量和喷雾粒径的组合。

[0011] 本发明的优势在于：本发明摒弃了传统的在压气机进口段内部设置喷嘴环的布置方式，改为将喷嘴固定在与进口段尺寸相同的圆筒形机匣内壁上，并且将其模块化处理，以左右法兰的方式与压气机进气稳压段连接。不同规格的喷嘴保证了压气机进口加湿试验对于喷水量和粒径大小的需求，而机匣内壁式的喷嘴支架使得压气机进口流场的扰动降低到最小，同时模块化的喷水装置与固定式的内伸式喷嘴环相比易于安装和拆卸，使试验设备的安装调试更为简便。本发明能够简化现有的进口喷水装置，模块化的布置形式将使得压气机进口加湿试验易于进行。

附图说明

[0012] 图1为本发明的结构示意图；

[0013] 图2a为A-A视图，图2b可拆卸式喷嘴支架与压力喷嘴在圆筒形机匣处的安装示意图；

[0014] 图3为可拆卸式喷嘴支架示意图。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

[0016] 结合图1-3，本发明由一个带左右法兰的圆筒形机匣1加上可拆卸式喷嘴支架2以及对应的压力喷嘴3构成。法兰上均匀开设通孔6用来将喷水装置与压气机进气道连接，圆筒形机匣沿周向均匀开设16个通孔用来安装喷嘴支架，喷嘴支架2通过螺纹连接沿周向均匀布置在圆筒形机匣1上，各喷嘴支架2的夹角保持一致为22.5°，喷嘴支架2外伸端通过螺纹与供水回路连接，如图1所示。将喷嘴支架2的出口偏转方向与来流方向相同，如图2所示，通过密封垫圈4和紧固螺母5安装在圆筒形机匣1上，压力喷嘴3通过螺纹连接在喷嘴支架2上。通过将喷嘴支架2安装在机匣上来避免传统的内伸式喷嘴环对压气锥角达到90°时，有一部分水滴被喷射到机匣内壁上，影响试验的准确性，机进气段流场的扰动。通过喷嘴支架2与机匣内壁成50°角来避免当压力喷嘴喷雾并且能够保证由压力喷嘴喷射的液滴与进气段来流充分混合，确保压气机进口段截面水滴含量和粒径分布均匀。压力喷嘴3按照压气机进口加湿试验对喷雾量和喷雾粒径的要求共分为4类，4类喷嘴分为一组共4组总计16个喷嘴，均匀布置在圆筒形机匣内壁，这样保证了每一种类的压力喷嘴在空间互相垂直分布，当压气机进气加湿试验对于喷雾粒径范围要求比较窄时，可由单一种类的压力喷嘴两个或四个共同工作；而当压气机进气加湿试验对于喷雾粒径范围要求比较宽时，可开启多个种类的压力喷嘴，力求使喷雾粒径和喷雾量满足要求。整个喷水系统成模块式结构，在满足试验要求的前提下保证了试验的准确性，还保证了实验设备安装调试的简便性与快捷性。

[0017] 在图1中，整个喷水装置是由带左右两个法兰的圆筒形机匣加上安装在其上的可拆卸式喷嘴支架以及压力喷嘴构成。左右法兰均开设9个通孔，通过紧固螺栓与进气段连接，这样能够保证喷水装置与进气段连接紧密，并且能够适应压气机进口加湿试验对喷水装置位置的需求，既能布置在进口端也能够布置在中间段，与传统的一体式带喷嘴环的进口加湿喷水装置相比具有安装、拆卸方便以及加工制造简单的特点。图1中的带压力喷嘴的喷嘴支架是将喷嘴支架2与密封垫圈4、紧固螺母5共同通过螺纹连接安装固定在圆筒形机匣1上的。喷嘴支架安装在机匣内壁的好处主要体现在机匣壁面处的流动速度低，受到的扰动相比于将喷嘴环安装在进气段中心位置处显著降低，同时增大喷射的水滴与空气的雾化掺混面积，保证水滴与来流空气混合均匀；而传统的内伸式喷嘴环受进气段尺寸的限制，当压气机进气段直径比较小时，传统的布置方式难以实现，而安装在机匣内壁上的喷嘴支架则有效的避免了对进口流场的扰动以及受到尺寸要求的限制。每个喷嘴支架独立安装，当需要更换锈蚀的喷嘴支架或改变压力喷嘴的型号时可单独更换而不必对整个喷水装置进行改变，具有显著的便利性及经济性。

[0018] 其中喷嘴支架如图3所示，上半部分与普通螺栓类似，具有头部和螺杆结构，但其下半部分配有带50°偏转角的带内螺纹的出口。整个柱体为中空结构保证压力喷嘴流量来源，螺杆用来连接紧固螺母和供水管路，压力喷嘴通过螺纹与出口段相连。出口段与机匣内壁成50°角则是为了保证在绝大部分压力喷嘴的喷雾锥角之下，由压力喷嘴喷射出的水不会直接喷射到机匣壁面上而是与来流均匀混合，这样可以尽量避免在压气机进口加湿试验时喷射出的水粘附在机匣壁面上而产生的误差。

[0019] 根据压气机进口段的几何参数确定模块式喷水装置的尺寸以及安装位置。根据压气机进口加湿试验对喷雾量和喷雾粒径的需求，确定压力喷嘴的种类及布置个数。喷水流量为压气机主流流量的0～12％之间。加湿工质选择纯净水以保证压力喷嘴不被堵塞。

[0020] 本发明的原理是这样的：将可拆卸的喷嘴支架沿周向均匀安装在带左右法兰的圆筒形机匣内壁上，压力喷嘴通过内螺纹连接在喷嘴支架上构成模块式喷水装置。安装在机匣内壁上的喷嘴支架在进气段所占空间较小，并且靠近机匣壁面处的流体流动速度较低，空气绕流喷嘴支架时产生的扰动也相对比较小，因此能够最大程度的避免由于喷嘴环布置在进口段内部对压气机进口流场的扰动，并且能够增大喷射的水滴与空气的雾化掺混面积，使得压气机进口截面水滴参数分布均匀。考虑到大部分压气喷嘴雾化锥角在30°～100°之间，将喷嘴支架与机匣内壁成50°角布置，保证在大部分压力喷嘴雾化锥角下喷射出的水滴不会直接喷溅到机匣壁面上而对压气机进口加湿试验造成误差。压力喷嘴3按照压气机进口加湿试验对喷雾量和喷雾粒径的要求共分为4类，每一种类的压力喷嘴在空间互相垂直分布，便于实现喷雾量与喷雾粒径的自由组合，从而适应不同加湿条件下的喷雾。