基于涡旋管分离器的直升机发动机进气节能排砂装置

1.本发明属于直升机发动机进气技术领域，具体涉及一种基于涡旋管分离器的直升机发动机进气节能排砂装置。


背景技术：

2.直升机具有较强的机动性，因此在沙漠、草地等复杂且恶劣的环境中执行任务时常常表现优异。但是，这也伴随着一个无法忽略的问题：直升机在作业时螺旋桨带动周围空气高速旋转使得砂粒随着空气一起进入发动机，对发动机造成磨损，直接影响到直升机的使用寿命。因此，有必要在发动机进气口前安装合适的防砂装置，改善含砂气体带来的发动机零部件磨损、耗油量增加等问题。
3.涡旋管分离器具有装卸方便、结构简单、分离效率高的特点，因此在防砂装置中运用广泛。涡旋管分离器作为防砂装置的核心部件，当含砂气体经过涡旋管时，砂尘从空气中分离，洁净的空气进入到发动机中，而砂尘在搜集起来后经过后续的排砂装置排出系统。目前，常见的一种排砂方式是在排砂口前安装一个轴流风扇，电机为轴流风扇提供动力，轴流风扇旋转时在叶片前后利用气流速度的变化形成压差，将砂箱中通过的砂粒排到外界。但是，这种排砂方式有多种缺点，例如，位于排砂口前方高速旋转的轴流风扇叶片不可避免地会与砂粒发生摩擦，会造成叶片磨损，随着时间的积累，严重影响轴流风扇的使用性能与寿命，因此需要定期维护甚至更换，经济成本上升；且这种方式形成的压差有限，砂尘排除的速度较慢；同时为了带动风扇的旋转需要外接电机，产生额外的能源消耗，与节能的思想相违背；此外，这种结构还存在结构复杂、安装困难的缺点，应用效果不佳。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于涡旋管分离器的直升机发动机进气节能排砂装置，改变传统利用轴流风扇和电机进行排砂的方式，提高砂尘排出的速度，减少砂尘对排砂装置的磨损，简化排砂装置的结构。
5.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
6.一种基于涡旋管分离器的直升机发动机进气节能排砂装置，包括开设有进气孔的上面板、开设有排气孔的下面板以及设置在上面板与下面板之间的排砂室；所述排砂室的内部设置有涡旋管分离器，涡旋管分离器的进气口与上面板的进气孔相连，涡旋管分离器的排气口与下面板的排气孔相连，涡旋管分离器的管身设置有连通排砂室的排砂通道；排砂室的侧面开设排砂口并连接引射管，所述引射管连接能够提供引射高压气体的引气管路。
7.在一种优选的方案中，所述上面板开设有多组叉排分布的进气孔，下面板对应上面板的进气孔位置开设有多组叉排分布的排气孔，所述排砂室的内部设置有多组叉排分布的涡旋管分离器，每一个涡旋管分离器对应连接在一对进气孔与排气孔之间。
8.在一种优选的方案中，所述涡旋管分离器由涡旋管和分离段两部分组成；所述涡
旋管包括圆管以及设置在圆管内部的螺旋叶片，螺旋叶片安装在叶片中心体上；所述分离段为一喇叭状的扩压器，其直径由进气处到排气处逐渐增大，且在排气处有一段直径不变；所述涡旋管的内径大于分离段进气口处的外径；所述涡旋管套在分离段外部，二者之间的空隙形成排砂通道；涡旋管的中心线与分离段的中心线在同一条直线上。
9.在一种优选的方案中，所述上面板开设的进气孔直径等于圆管的外径，下面板的排气孔直径等于分离段排气口的外径；所述涡旋管的进气口与上面板的进气孔过盈配合；分离段的排气口与下面板的排气孔过盈配合；安装到位后，涡旋管的进气口与上面板的上表面平齐，分离段的排气口与下面板的下表面平齐。
10.在一种优选的方案中，所述下面板的下方设置有用于收集并向发动机输送洁净空气的排气室。
11.在一种优选的方案中，所述上面板和下面板的四周都开设有用于定位和安装的螺纹孔；所述排砂室的上、下两侧以及排气室的上侧四周同样开设有与上面板和下面板所开设螺纹孔对接的螺纹孔。
12.在一种优选的方案中，所述排砂室两侧均开设排砂口，并分别通过一根引射管连接引气管路。
13.在一种优选的方案中，所述引射管为由内管和外管两部分构成的中空结构，内管的一端与排砂室的排砂口连接，在靠近内管弯曲段的一侧，所述外管与内管之间封闭焊接，而另一端保持敞开，且这一端的外管长度超出内管；所述外管下侧开有用于高压气体进气的引气孔，引气孔密封连接引气管路。
14.在一种优选的方案中，所述的引气管路从发动机尾气引入高压气体。
15.相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
16.通过开设有进气孔的上面板控制含砂气体的进气位置，在直升机执行任务时，含砂气体通过上面板的进气孔进入到涡旋管分离器，在涡旋管分离器完成砂粒和洁净气体的分离，砂粒通过涡旋管分离器管身设置的排砂通道进入到排砂室中，而洁净气体则经过下面板排出，再通过排气管路进入到发动机中。通过引气管路提供引射高压气体，根据伯努利原理，在较大的压差作用下，排砂室中的砂粒由引射管排到外界，从而避免传统直升机进气用排砂装置需要外接电机和风扇叶片易磨损的问题，节约能源，延长装置的寿命。
附图说明
17.图1本发明实施例直升机发动机进气节能排砂装置外部整体结构示意图；
18.图2本发明实施例直升机发动机进气节能排砂装置去掉上面板、下面板的结构示意图；
19.图3本发明实施例直升机发动机进气节能排砂装置的上面板结构示意图；
20.图4本发明实施例直升机发动机进气节能排砂装置的涡旋管分离器结构示意图；
21.附图中：1-上面板；2-涡旋管分离器；3-下面板；4-排砂室；5-排气室；6-引射管；7-引气管路；21-涡旋管；22-分离段；61-内管；62-外管；211-圆管；212-螺旋叶片；213-叶片中心体。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，且仅适用于对本发明进行解释，并非用于限定本发明请求保护的范围。
23.如图1所示，本发明实施例基于涡旋管分离器的直升机发动机进气节能排砂装置包括上面板1、涡旋管分离器2、下面板3、排砂室4、排气室5、两个引射管6和引气管路7。
24.具体的，在本实施例当中，上面板1中部加工有叉排分布的进气圆孔，而四周开有用于定位和安装的螺纹孔，如图3所示；同样的，下面板2中部加工有叉排分布的排气圆孔，四周同样加工有用于定位和安装的螺纹孔。排砂室4设置在上面板1和下面板2之间。
25.在本实施例当中，涡旋管分离器2主要由涡旋管21和分离段22两部分组成。如图4所示，涡旋管21的主要结构为圆管211、螺旋叶片212和叶片中心体213，螺旋叶片212的通道上方为进气口；分离段22为一喇叭状的扩压器，其直径由进气端到排气端逐渐增大，且在排气端处有一段直径不变。涡旋管21的内径大于分离段22进气口处的外径，使得涡旋管21可以套在分离段22外部，并且二者的中心线在同一直线上，之间的间隙为排砂通道。
26.在本实施例当中，涡旋管分离器2的数量与上面板1、下面板3的进、排气圆孔数量相等，且涡旋管分离器2的中轴线、进气圆孔圆心、排气圆孔圆心在一条直线上。同时，涡旋管21与上面板1进气圆孔过盈配合，同样，为了防止砂尘泄露进入到排气室，分离段22与下面板3的排气圆孔也是过盈配合的。此外，安装到位后，涡旋管21的进气口与上面板1的上表面平齐，分离段22排气口与下面板3的下表面平齐。
27.在本实施例中，排气室5位于下面板3的下方，类似于锥形结构，排气室5上设置有排气口，洁净的气体可以从排气口排出。
28.在本实施例中，上面板1和排砂室4的螺纹孔对齐后用螺栓进行连接固定；排砂室4、下面板3和排气室5的螺纹孔对齐后同样用螺栓进行连接固定。
29.在本实施例中，引射管6的设计参考了无叶风扇的原理，为中空结构，分为内管61与外管62，其中，内管61与排砂室4预留的排砂口焊接相连，因此，内管61是砂粒排出系统的通道。外管62套在内管61的直线段，在靠近内管61圆弧段的一侧，内管61与外管62之间焊接封闭，而另一端开放，且在这一端外管62长度超出内管61，两管之间的间隙形成环形风圈，外管62下侧留有一个圆形开口，通过圆形开口连接引射管6，为完全将排砂室4中的砂粒排出，提高排砂效率，在排砂室4的两侧都设置了引射管6，如图2所示。
30.在本实施例中，引气管路7的一端与发动机的尾气管相连，在防砂装置附近分为两路，分别与排砂室4两侧的引射管6的外管62下侧圆形开口连通并焊接，保证气密性，将温度为400k、压力为7bar的发动机尾气高速喷入引射管外管62与内管61之间。
31.下面对本实施例的工作流程进行说明：
32.当直升机在砂尘含量高的环境中执行任务时，含砂气体进入发动机前需要先经过本发明排砂装置进行过滤。含砂气体通过上面板1的进风圆孔进入到涡旋管分离器2的涡旋管21中，在螺旋叶片212的作用下，砂粒由于自身的密度较大，故受到的惯性离心力也较大，其螺旋运动轨迹半径较大而与涡旋管21圆管发生碰撞，在重力的作用下通过排砂通道进入到排砂室4。而洁净的空气则从中心位置的分离段22流入排气室5，从而达到分离净化的效
果。
33.本发明排砂装置的引气管路7将直升机发动机温度为400k、压力为7bar的高压尾气输送到引射管6的外管62中，这股高压气流从环形风圈高速喷出，带动内管61出口处的气体一起高速流动，根据伯努利原理，内管61出口处的气压会比较小，与排砂室4内部形成的压差会使得砂粒从内管排出。在排砂室4的两侧安装引射管6能提高排砂效率，防止出现排砂死角。
34.本发明基于涡旋管分离器的直升机发动机进气节能排砂装置结构简单，安装方便，改变了传统的在排砂口前安装轴流风扇的排砂方式，有效减少砂尘对装置本身的磨损，提高装置的寿命；同时无需外接电机，而是利用发动机的高压尾气产生的伯努利效应来进行排砂，实现能源的再利用，提高排砂速度。
35.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。