一种头部可旋移的模拟工况下喷嘴喷雾特性试验装置的制作方法

本发明涉及发动机燃烧室试验领域，具体地，涉及一种头部可旋移的模拟工况下喷嘴喷雾特性试验装置。

背景技术：

燃油喷嘴是燃气涡轮发动机燃烧室关键部件之一，燃油喷嘴的雾化质量直接决定着燃烧室的工作性能，对喷嘴油雾特性进行测量，在喷嘴设计、改进以及燃烧室的研制中具有重要作用，因此，国内外研究学者运用先进的光学诊断测量技术，在喷嘴燃油雾化特性的测量和研究方面，已经作了大量工作。

然而，绝大部分测量和试验均是在常温常压环境下测量的结果，只有极少数测量结果是在常温高压环境下进行，这些研究虽然对于燃油喷嘴的研制具有一定的指导意义，但是燃油喷嘴在燃烧室中实际工作环境大多为高温高压或低温低压状态，上述研究均不能完全展示燃油喷嘴的真实工作状态。已经有文献研究表明常温高压环境较常温常压环境，燃油喷嘴的雾化特性会发生明显变化。因此，在高温高压或低温低压环境下由于空气和燃油物性参数等发生变化，燃油喷嘴的雾化特性势必会发生重要变化。

现有的燃油喷嘴喷雾特性研究均是在常温常压或者常温高压环境下开展的，并不能完全模拟燃烧室中燃油喷嘴实际工作的高温高压或低温低压环境。现有对于燃油喷嘴喷雾特性的研究不能完全呈现燃油喷嘴喷雾的实际特性，不能够真实反应出喷嘴喷雾质量。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷，模拟燃油喷嘴的真实工作环境，提供一种能够在高温高压或低温低压环境下进行燃油喷嘴喷雾特性试验的试验装置。

本发明的技术方案如下：

一种头部可旋移的模拟工况下喷嘴喷雾特性试验装置，包括被测对象喷嘴试验件，还包括：

a.位移机构，包括控制喷嘴试验件周向旋转的周向旋转控制位移机构、旋转运动转换为直线运动来控制喷嘴试验件上下移动的上下移动控制位移机构、安装座以及与周向旋转控制位移机构连接的旋移轴，安装座包括依次连接的安装座端部一、安装座端部二和安装座端部三，安装座端部一和安装座端部三固定不动，所述周向旋转控制位移机构设于安装座端部二上，所述上下移动控制位移机构设于安装座端部一上；

b.装置本体腔，包括依次连接的主气流进气段、次气流进气段、测量段和排气段，所述装置本体腔的主气流进气段与安装座的端部三连接；

c.空心轴组件，包括空心轴，所述空心轴一端贯穿所述安装座端部三且与位移机构的旋移轴一端连接，在位移机构的带动下作相应运动，所述空心轴的另一端设于装置本体腔内并延伸至次气流进气段，所述空心轴的另一端为空心轴的主气流输出端；

d.主气流进气通道，设于主气流进气段，所述主气流进气通道对应的空心轴段上设有多圈供主气流进入空心轴内部的小孔，围绕所述小孔设有一封闭腔与主气流进气通道相连，所述主气流为高温高压或低温气体；

e.次气流进气通道，设于次气流进气段，次气流进气通道内通入的次气流为常温气体；

f.稳压箱组件，与空心轴的主气流输出端连接，包括稳压箱，稳定主气流的压强；

g.夹具盘组件，包括用于装夹喷嘴试验件的夹具盘，所述夹具盘与稳压箱组件相连，所述夹具盘组件和稳压箱组件均跟随空心轴组件在位移机构的带动下作相应的旋移运动；

h.进油管组件，包括设于旋移轴上的进油接嘴、与进油接嘴连接且从空心轴内部通过的进油管，进油管另一端连接喷嘴试验件的进油口；

i.测量段组件，用于测量喷嘴试验件的喷雾特性，包括开窗结构，供光学测量设备对喷雾性能进行检测，开窗结构与装置本体腔的测量段连接；

j.排气组件，设于排气段，包括背压调节蝶阀，通过阀门开度的调节建立不同的环境压力；还包括离心式引风机，可在测量段建立负压环境；还包括油气分离装置。

具体地，所述位移机构中，周向旋转控制位移机构带动空心轴作周向旋转，上下移动控制位移机构的旋转运动通过螺杆、螺母传动转换成上下的直线运动。

进一步地，所述主气流进气通道采用双层空气隔层结构，通过增大热阻，减少热量的扩散、传递，进而起到保温和隔热的作用。

优选地，所述双层空气隔层结构为内表面设有保温隔热膜的钢结构。

具体地，所述次气流段通入的常温气可形成向下的环形气柱，调节适当的进气压力，确保喷雾既不四处飞溅又不影响喷雾特性。

进一步地，所述测量段组件包括不同角度的开窗结构，以满足不同光学测量设备的需求；窗口采用透明结构，开窗结构周向设有均布的接嘴，测量段组件可更换。

所述透明结构优选为透明玻璃，所述开窗结构为多角度设置，操作者可灵活选择测量角度。

具体地，所述接嘴内通入常温气，起到保护透明玻璃和防止透明玻璃被油雾污染的作用。

所述装置本体腔与安装座端部三、所述主气流进气段与次气流进气段的连接处采用设有“U”形凹腔结构的法兰盘安装座连接，所述“U”形凹腔结构端部均设有接嘴。

所述空心轴组件和法兰盘安装座之间均设有四层叠加的O型密封圈，起到动密封的作用。

具体地，在进行高温状态试验时，向所述“U”形凹腔结构一端的接嘴内通入低压冷却水，低压冷却水流经密封部位后从“U”形凹腔结构另一端的接嘴内流出，形成冷却水循环通道，起到保护密封部位的作用。

空心轴组件与法兰盘安装座的连接处设有轴承，空心轴组件与轴承的连接处设置为夹层结构，夹层为冷却水通道，设于装置本体腔与安装座端部三连接处的夹层为冷却水通道一，设于主气流进气段与次气流进气段的连接处的夹层为冷却水通道二，所述冷却水通道一和冷却水通道二通过管道连通；所述夹层内设有隔板将夹层分为左右对称的夹层一和夹层二，在冷却水通道二内设有连通夹层一和夹层二的通道，所述夹层一和夹层二均在空心轴组件与旋移轴连接的一端设有冷却水接嘴，夹层一和夹层二形成一进一出的冷却水通道结构。

具体地，所述夹层一或夹层二内通入高压水，高压水从冷却水通道一任一夹层的冷却水接嘴进入，绕到冷却水通道二夹层的底端，再从冷却水通道一另一夹层顶端的冷却水接嘴流出，起到保护空心轴组件上轴承和密封部位的作用。

进一步地，所述冷却水通道流经主气流进气通道的部分在冷却水通道外设有隔热结构，以防止高温主气流影响冷却水的温度等性能。

优选地，所述隔热结构为隔热筒。

进一步优选地，所述隔热筒为双层设置，增大隔热功能。

进一步地，所述高温高压或低温气体的温度范围为-50℃～300℃，最高进气总压为3.0Mpa，可建立最低负压为50Kpa。

进一步地，开有小孔的空心轴段长120mm～160mm，所述小孔在空心轴上呈六圈均匀排列，主气流气体通过小孔进入空心轴内部，到达稳压箱稳压后，进入喷嘴试验件头部。

进一步地，所述安装座端部一、安装座端部二和安装座端部三之间螺杆连接，安装座端部二上设有与所述螺杆配合的螺母，上下移动控制位移机构通过所述螺杆和螺母传动将旋转运动转换为上下的直线运动，可带动周向旋转控制位移机构上下移动。

具体地，本发明装置主要适用于中小型燃气涡轮发动机燃烧室燃油喷嘴喷雾特性试验，所述喷嘴试验件随夹具盘在位移机构的带动下沿周向旋转范围为150°～180°，沿上下移动范围为50mm～80mm， 该指标可通过测量要求增减。

进一步地，所述进油管组件设有两套，所述进油管均匀分布于空心轴内，燃油从旋移轴顶部的进油接嘴进入到进油管内，最后进入喷嘴试验件。

具体地，对于不同结构的喷嘴试验件，更换夹具盘组件上的夹具盘进行装夹即可。

进一步的，通过调节背压调节蝶阀来建立不同的环境压力，通过离心式引风机抽气，可在测量段建立负压环境。

进一步地，排气段通过油气分离装置排出油气混合物。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述喷嘴喷雾特性试验装置，主气流进气通道、次气流进气通道、进油管组件、空心轴组件和位移机构等能够使装置在不断气、不断油的模拟工况下周向旋转和上下移动喷嘴试验件，从而满足喷雾场多个横、纵截面喷雾特性的测量。

通过往主流空气进气通道通入高温高压气体或低温气体，配合本装置的其它辅助结构使高温高压气体或低温低压气体进入到喷嘴试验件处，使喷嘴试验件处于高温高压或低温低压环境下，达到本装置的环境模拟效果。

此外，排气组件等结构的设置保证了模拟工况下的环境压力，多角度开窗结构的设计，满足不同光学测量设备的需求，从而使得测量信息更加真实和全面。

本装置可进行多种不同环境下的燃油喷嘴喷雾特性的试验研究，如高温高压环境状态、高空高原环境状态等。

附图说明

图1为本试验装置的结构示意图。

图2为本试验装置中位移机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1～2所示，一种头部可旋移的模拟工况下喷嘴喷雾特性试验装置，包括喷嘴试验件42，还包括：

a.位移机构1，包括控制喷嘴试验件42周向旋转的周向旋转控制位移机构11、旋转运动转换为直线运动来控制喷嘴试验件上下移动的上下移动控制位移机构12、安装座14和与周向旋转控制位移机构连接的旋移轴13，安装座包括依次连接的安装座端部一141、安装座端部二142和安装座端部三143，安装座端部一141和安装座端部三143固定不动，周向旋转控制位移机构11设于安装座端部二142上，上下移动控制位移机构12设于安装座端部一141上；

b.装置本体腔，包括依次连接的主气流进气段2、次气流进气段3、测量段4和排气段5，装置本体腔的主气流进气段2设于安装座14的端部三143上；

c.空心轴组件，包括空心轴6，空心轴6一端贯穿安装座14端部三143且与位移机构1的旋移轴13一端连接，在位移机构1的带动下作相应运动，空心轴6的另一端设于装置本体腔内并延伸至次气流进气段；

d.主气流进气通道21，设于主气流进气段，主气流进气通道21对应的空心轴段上设有多圈供主气流进入空心轴6内部的小孔61，围绕这些小孔设有一封闭腔22与主气流进气通道21相连，主气流为高温高压或低温气体；

e.次气流进气通道31，设于次气流进气段，次气流进气通道31内通入的次气流为常温气体；

f.稳压箱组件，与空心轴6的主气流输出端62连接，包括稳压箱41，稳定主气流的压强；

g.夹具盘组件，包括用于装夹喷嘴试验件42的夹具盘43，夹具盘43与稳压箱组件相连，夹具盘组件和稳压箱组件均跟随空心轴组件在位移机构1的带动下作相应的旋移运动；

h.进油管组件，包括设于旋移轴13上的进油接嘴63、与进油接嘴63连接且从空心轴6内部通过的进油管64，进油管另一端连接喷嘴试验件42的进油口；

i.测量段组件，用于测量喷嘴试验件的喷雾特性，包括开窗结构44，供光学测量设备对喷雾性能进行检测，开窗结构44与装置本体腔的测量段4连接；

j.排气组件，设于排气段，包括背压调节蝶阀51，通过阀门开度的调节建立不同的环境压力；还包括离心式引风机52，可在测量段建立负压环境；还包括油气分离装置53。

具体地，位移机构1中，周向旋转控制位移机构11带动空心轴6作周向旋转，上下移动控制位移机构12的旋转运动通过螺杆15、螺母16传动转换成上下的直线运动。

主气流进气通道采用内表面设有保温隔热膜的双层空气隔层钢结构，通过增大热阻，减少热量的扩散、传递，进而起到保温和隔热的作用。

具体地，次气流段通入的常温气可形成向下的环形气柱，调节适当的进气压力，确保喷雾既不四处飞溅又不影响喷雾特性。

测量段组件包括不同角度的开窗结构44，以满足不同光学测量设备的需求，操作者可灵活选择测量角度；窗口采用透明玻璃，开窗结构44周向设有均布的接嘴441。

具体地，往接嘴441内通入常温气，起到保护透明玻璃和防止透明玻璃被油雾污染的作用。

装置本体腔与安装座端部三143、主气流进气段2与次气流进气段3的连接处采用设有“U”形凹腔结构231的法兰盘安装座23连接，U形凹腔结构端部均设有接嘴232。

空心轴组件和法兰盘安装座23之间均设有四层叠加的O型密封圈24，起到动密封的作用。

具体地，在进行高温状态试验时，向“U”形凹腔结构231一端的接嘴232内通入低压冷却水，低压冷却水流经密封部位后从“U”形凹腔结构另一端的接嘴内流出，形成冷却水循环通道，起到保护密封部位的作用。

空心轴组件与法兰盘安装座23的连接处设有轴承，空心轴组件与轴承的连接处设置为夹层结构，夹层65为冷却水通道，设于装置本体腔与安装座端部三143连接处的夹层为冷却水通道一，设于主气流进气段2与次气流进气段3的连接处的夹层为冷却水通道二，冷却水通道一和冷却水通道二通过管道连通；夹层65内设有隔板将夹层分为左右对称的夹层一和夹层二，在冷却水通道二内设有连通夹层一和夹层二的通道，所述夹层一和夹层二均在空心轴组件与旋移轴13连接的一端设有冷却水接嘴651，夹层一和夹层二形成一进一出的冷却水通道结构。

具体地，往夹层65内通高压水时，高压水从冷却水通道一任一夹层的冷却水接嘴进入，绕到冷却水通道二夹层的底端，再从冷却水通道一另一夹层顶端的冷却水接嘴流出，起到保护空心轴组件上轴承和密封部位的作用。

冷却水通道流经主气流进气通道21的部分在冷却水通道外设有双层隔热筒，以防止高温主气流影响冷却水的温度等性能。

具体地，高温高压或低温气体的温度范围为-50℃～300℃，最高进气总压为3.0Mpa，可建立最低负压为50Kpa。

具体地，开有小孔61的空心轴段长140mm，小孔61在空心轴6上呈六圈均匀排列，主气流气体通过小孔61进入空心轴6内部，到达稳压箱41稳压后，进入喷嘴试验件42头部。

安装座端部一141、安装座端部二142和安装座端部三143之间通过螺杆15连接，安装座端部二142上设有与螺杆15配套的螺母16，上下移动控制位移机构12通过螺杆15和螺母16传动将旋转运动转换为上下的直线运动，带动周向旋转控制位移机构11上下移动；

喷嘴试验件42随夹具盘43在位移机构1的带动下可沿周向旋转180°，沿上下移动70mm；

进油管组件设有两套，进油管64均匀分布于空心轴6内，燃油从旋移轴13顶部的进油接嘴63进入到进油管64内，最后进入喷嘴试验件42。

排气段5通过调节背压调节蝶阀51来建立不同的环境压力，通过离心式引风机52抽气，在测量段建立负压环境，通过油气分离装置53排出油气混合物。

进行高温高压试验时，位移机构1工作，往主气流通道21内通入高温高压气体，次气流通道31内通入常温气，同时往测量段开窗结构44上均布的接嘴441内通入常温气，法兰盘安装座23处的接嘴232内通入低压冷却水，冷却水管道65内通入高压冷却水，开启排气段5的背压调节蝶阀51和油气分离装置53，即可对喷嘴试验件进行可旋移的高温高压状态下的喷雾特性试验。

进行低温低压状态试验时，启动位移机构1，往主气流通道21内通入低温气体，次气流通道31内通入常温气，同时往测量段开窗结构44上均布的接嘴441内通入常温气，将接嘴232和冷却水管道65均堵死，不通冷却水，开启排气段5的离心式引风机52对测量段4抽气，使测量段为负压环境，通过调节背压调节蝶阀51和抽气量的大小，可以调节负压的大小，同时开启油气分离装置53进行排气。

本发明的头部可旋移的模拟工况下喷嘴喷雾特性试验装置与现有的试验装置相比，实现了喷嘴试验件可旋移的在多种真实工况下喷雾特性的模拟，且本装置具有结构紧凑、试验状态稳定、测量信息真实全面、维护方便、操作简单等特点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。