CN115489740A - 一种轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置 - Google Patents

Abstract

一种轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，包括砂尘分离装置和砂尘排出装置；砂尘分离装置包括面板组件和涡旋管分离器，通过面板组件形成集砂箱与集气箱，涡旋管分离器布置在集砂箱内，集砂箱上开设有进气孔与排气孔，涡旋管分离器的管身设置有连通集砂箱的排砂通道，含砂空气由进气孔通入涡旋管分离器，洁净空气由排气孔通入集气箱；砂尘排出装置包括引射排砂管、引气管路、轴流风机、主出气管及旋风分离器，引射排砂管与集砂箱连通，引射排砂管的侧面开设旁通口并通过引气管路与集气箱连通，轴流风扇安装在引气管路中，轴流风扇与集气箱之间设置旋风分离器，集气箱上开设主出气口。本发明能够避免砂粒对风扇的磨损，提高排砂效率。

Description

一种轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置

技术领域

本发明属于直升机发动机进气技术领域，具体涉及一种轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置。

背景技术

直升飞机由于其特殊的用途以及较小的体积，常用于快速、短途飞行，并且对飞行场地的要求不高。直升飞机常常在野外降落，并在不同的气候中进行起降，特殊的起降地形与环境要求发动机进口要有防砂装置。直升机进口防砂装置的目的是净化空气，减少进入发动机的气体的含砂量，防止砂粒磨损叶片。根据排砂原理、位置的不同，通常分为涡旋管式分离器、整体式粒子分离器和阻隔式粒子分离器。涡旋管式分离器与整体式粒子分离器都是利用惯性原理，依靠重力、离心力将气固分离。涡旋管式分离器为单独部件，安装在直升机发动机进气口前；而整体式粒子分离器是发动机的一部分。阻隔式粒子分离器与前两者的原理不同，采用纤维层网状材料黏附空气中的颗粒。目前较为常用的是涡旋管式分离器，作为单独的装置方便拆卸替换，且分离效率高、重量轻。

排砂装置中除去气固分离的装置外，还有砂尘排出的装置。目前，直升机上大多采用轴流风扇，利用轴流风扇叶片旋转时，叶片前后产生的压差，将砂箱中的砂粒排出到外界。轴流风扇位于排砂箱出口处，砂粒排出时会磨损叶片，影响风扇寿命，且需定时更换。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，避免砂粒对风扇的磨损，提高排砂效率，减少更换风扇的次数，节约经济成本。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，包括砂尘分离装置和砂尘排出装置；所述的砂尘分离装置包括面板组件和涡旋管分离器，通过所述面板组件形成分隔开的集砂箱以及集气箱，所述涡旋管分离器布置在集砂箱内，集砂箱上开设有进气孔与排气孔，涡旋管分离器的管身设置有连通集砂箱的排砂通道，含砂空气由进气孔通入涡旋管分离器，涡旋管分离器分离后的洁净空气由排气孔通入集气箱；

所述的砂尘排出装置包括引射排砂管、引气管路、轴流风机、主出气管以及旋风分离器，引射排砂管与集砂箱连通，引射排砂管的侧面开设旁通口并通过引气管路与集气箱连通，轴流风扇安装在引气管路中，轴流风扇与集气箱之间设置旋风分离器，所述集气箱上开设主出气口，通过主出气管连接集气箱的主出气口与直升机发动机进气口。

优选的，所述面板组件包括上面板、中间分隔面板、下面板以及周侧面板，所述上面板开有若干个圆孔作为进气孔，所述中间分隔面板开有若干个圆孔作为排气孔，通过上面板、中间分隔面板、周侧面板构成集砂箱，通过中间分隔面板、下面板和周侧面板构成气箱。

优选的，所述上面板开有9×9个均匀分布的圆孔作为进气孔，所述中间分隔面板对应上面板的进气孔位置开有9×9个均匀分布的圆孔作为排气孔，所述涡旋管分离器的数量设置9×9个，在每一对进气孔与排气孔之间对应连接一个涡旋管分离器。

优选的，所述集砂箱以及集气箱的面板各自向前延伸并收敛，并分别在收敛端只留有一个圆形开口，分别作为排砂口与主出气口；所述引射排砂管连接在集砂箱的圆形开口上，所述主出气管连接在集气箱的圆形开口上，所述主出气管的侧面开有旁通口，所述引气管路连接在主出气管与引射排砂管的旁通口之间。

优选的，所述涡旋管分离器由涡旋管和分离段组成；所述涡旋管包括设置在一段圆管内部的旋流叶片以及安装旋流叶片的叶片中心体，旋流叶片的上方为进气口；所述分离段为一段喇叭状的扩压主流管，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；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的外部，二者之间的空隙形成排砂通道；所述涡旋管的中心线与分离段的中心线在同一条直线上。

优选的，所述涡旋管分离器的涡旋管和分离段两端分别与集砂箱的进气孔以及排气孔紧密连接，且涡旋管分离器与进气孔以及排气孔在同一条中轴线上。

优选的，所述引射排砂管为中空结构，由内管和外管构成，内管与集砂箱连通，外管连接在集砂箱的面板上，内管与外管之间的空隙设置有环形风圈；所述外管的长度大于内管，外管的头部从内管的头部延伸而出；所述内管当中设置有狭缝出风口；在紧靠狭缝出风口的位置设有一个科恩达表面；所述旁通口设置在外管的下侧。

优选的，所述旋风分离器安装在引气管路中；所述旋风分离器的进气管朝向集气箱的内部，排灰管通向集砂箱，排气管朝向轴流风扇。

相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

当直升机在砂尘较多的环境中飞行时，含砂空气从集砂箱的进气孔通入涡旋管分离器，在涡旋管分离器完成气体与砂尘的分离，砂尘通过涡旋管分离器的排砂通道进入到集砂箱中，涡旋管分离器分离后的洁净空气由集砂箱的排气孔通入集气箱，在轴流风机的作用下，集气箱中的少部分气体被吸入引气管路中，随后经过旋风分离器的二次过滤后进入到引射排砂管，根据伯努利原理，产生的压差将使得砂尘通过引射排砂管排出；洁净的空气从主出气管排出，供直升机发动机使用。使用本发明的排砂装置可以减少发动机吸入气体中的绝大部分砂尘，将洁净的气体送入直升机的发动机中，减小砂尘对发动机的损伤，延长发动机的寿命。本发明无叶风扇原理的应用将传统排砂装置中位于排砂箱出口处的离心风扇或轴流风扇移至引气管路中，此外在轴流风扇前安装了一个旋风分离器，极大程度上减少了砂尘对风扇叶片的磨损，避免频繁更换风扇，保证了本装置的使用稳定性，在一定程度上节约经济成本。

附图说明

图1本发明实施例轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置外部结构示意图；

图2本发明实施例轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置内部结构示意图；

图3本发明实施例涡旋管分离器的剖面结构示意图。

附图中：1-砂尘分离装置；2-砂尘排出装置；11-面板组件；12-涡旋管分离器；21-引射排砂管；22-引气管路；23-轴流风扇；24-主出气管；25-旋风分离器；111-上面板；112-中间分隔面板；113-下面板；114-周侧面板；115-集砂箱；116-集气箱；121-涡旋管；122-分离段；1211-旋流叶片；1212-叶片中心体；1221-扩压主流管；1222-排砂通道；211-内管；212-外管；213-环形风圈；214-狭缝出风口。

具体实施方式

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。

如图1和图2所示，本发明实施例的一种轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，包括砂尘分离装置1和砂尘排出装置2。其中，砂尘分离装置1包括面板组件11和涡旋管分离器12；砂尘排出装置2包括引射排砂管21、引气管路22、轴流风扇23、主出气管24、旋风分离器25。在一种可能的实施方式中，面板组件11包括上面板111、中间分隔面板112、下面板113和周侧面板114，其中，上面板111开设有9×9个均匀分布的圆形小孔供涡旋管分离器12进气使用；中间分隔面板113同样开设有9×9个均匀分布的圆形小孔供涡旋管分离器12排气使用；中间分隔面板112将洁净空气和砂尘隔离开。本实施例通过上面板111、中间分隔面板112以及周侧面板114构成了集砂箱115；而通过中间分隔面板112、下面板113和周侧面板114构成集气箱116；集气箱116位于集砂箱115的下面。

本发明实施例集砂箱115和集气箱116的面板各自向前延伸并收敛，分别只留有一个圆形开口，分别用来排砂或是排气；本发明排砂装置根据发动机的进气量不同其结构外形不同，进气方向不同，可以将圆形开口设置于集砂箱115的最下侧，砂粒由重力的作用，沿收敛部位的斜面流向排砂口。涡旋管分离器12设置在上面板111与中间分隔面板112之间，主要由涡旋管121和分离段122两部分组成，如图3所示，本实施例的涡旋管121包含设置在一端圆管内的旋流叶片1211和叶片中心体1212，并且旋流叶片1211的上方通道具有进气口；分离段122为一段喇叭状的扩压主流管1221，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；涡旋管121的内径大于分离段122进气口处的外径；涡旋管121套在分离段122的外部，二者之间的空隙形成排砂通道1222；涡旋管121的中心线与分离段122的中心线在同一条直线上。含砂空气通过进气口进入到涡旋管121中，在旋流叶片1211的导流作用下，涡旋管121的内部产生一个旋转的流场，密度大于气体的砂尘在旋转流场中受到惯性力作用被甩向涡旋管121管壁，并与管壁发生碰撞，失去原有的运动速度，随壁面附近的气流一起螺旋向下运动，经过排砂通道1222进入到集砂箱115中，而洁净的空气通过中心位置的扩压主流管1221进入到集气箱116中。本实施例涡旋管分离器12的设置数量和上面板111与中间分隔面板112的圆形小孔数量相等；扩压主流管1221与中间分隔面板112的圆形小孔紧密连接，防止集砂箱115中的砂尘进入到集气箱116中，影响分离效率。

本发明实施例引射排砂管21的设计借鉴了无叶风扇的原理，为中空结构，由内管211和外管212构成，内管211与集砂箱115的圆形开口相连，外管212焊接在集砂箱的面板上，内管211与外管的212空隙为环形风圈213；砂尘可由集砂箱115进入到引射排砂管21的中部的排砂通道中；在引射排砂管21的内管211中部设置环形的狭缝出风口214；在紧靠出风口的位置有一个科恩达面；引射排砂管21的外管212下侧设有旁通口。

本发明实施例引气管路22的一端与引射排砂管21的旁通口相连，另一端与集气箱116相连；引气管路22中安装了一个旋风过滤器25和轴流风扇23，旋风过滤器25的进气管朝向引气管路22的入口，排灰管通向集砂箱115，排气管朝向轴流风扇23，旋风过滤器25能够对即将流经轴流风扇23的气体进行二次过滤，减少风扇叶片的磨损，过滤后的气体进入引射排砂管21的环形风圈213，而砂粒通过排灰管进入到集砂箱115。主出气管24的一端与集气箱116的圆形开口相连，另一端与直升机发动机的进气处扩压器相连。

本发明实施例轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置的工作流程如下：

当直升机在砂尘含量较高的环境中飞行时，在发动机吸力的作用下，含砂气体通过上面板111的圆形小孔进入到9×9个均匀分布的涡旋管分离器12中，旋流叶片1211的导流作用使得涡旋管121的内部产生一个旋转的流场。在旋转的流场中，旋流叶片1211会使得含砂气体同时具有径向速度和切向速度，密度大于空气的砂粒在离心力的作用下逐渐向涡旋管121壁面运动。当砂粒与涡旋管121壁面发生碰撞之后，无法保持原有的速度，因此会在重力的作用下向下运动，进而从排砂通道1222进入到集砂箱115中，而洁净的空气会从中间的扩压主流管1221进入到集气箱116中，从而完成气体和砂尘的分离。

在轴流风机23的作用下，集气箱116中的小部分经过第一次过滤的洁净空气被吸到引气管路22中，在旋风分离器25中完成第二次过滤后进入到引射排砂管21的内管211与外管212之间的环形风圈213中，这股气流被强制地从内管的狭缝出风口214中高速喷出，而由于紧靠出风口附近存在科恩达面，带动更多的周边空气向着狭缝出风口214的开口方向(即远离集砂箱115的方向)运动。狭缝出风口214径向的空气都被出风口的气流带动着向远离集砂箱115的方向运动，在排砂管中部的排砂通道中形成负压区(基于伯努利原理)，因此，集砂箱115中的砂尘被吸至排砂通道后排出。而集气箱116中的大部分洁净气体在经过主出气管24后被输送至发动机中以供使用。

使用本发明的直升机发动机进气口排砂装置可以减少吸入气体中的绝大部分砂尘，将洁净的气体送入直升机的发动机中，减小砂尘对发动机的损伤，延长发动机的寿命；基于无叶风扇原理的应用将传统排砂装置中位于排砂箱出口处的离心风扇或轴流风扇移至引气管路22中，此外在轴流风扇23前安装了一个旋风分离器25，极大程度上减少了砂尘对风扇叶片的磨损，避免频繁更换风扇，保证了本装置的使用稳定性，在一定程度上节约经济成本。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，其特征在于：包括砂尘分离装置(1)和砂尘排出装置(2)；所述的砂尘分离装置(1)包括面板组件(11)和涡旋管分离器(12)，通过所述面板组件(11)形成分隔开的集砂箱(115)以及集气箱(116)，所述涡旋管分离器(12)布置在集砂箱(115)内，集砂箱(115)上开设有进气孔与排气孔，涡旋管分离器(12)的管身设置有连通集砂箱(115)的排砂通道(1222)，含砂空气由进气孔通入涡旋管分离器(12)，涡旋管分离器(12)分离后的洁净空气由排气孔通入集气箱(116)；所述的砂尘排出装置(2)包括引射排砂管(21)、引气管路(22)、轴流风机(23)、主出气管(24)以及旋风分离器(25)，引射排砂管(21)与集砂箱(115)连通，引射排砂管(21)的侧面开设旁通口并通过引气管路(22)与集气箱(116)连通，轴流风扇(23)安装在引气管路(22)中，轴流风扇(23)与集气箱(116)之间设置旋风分离器(25)，所述集气箱(116)上开设主出气口，通过主出气管(24)连接集气箱(116)的主出气口与直升机发动机进气口。

2.根据权利要求1所述轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，其特征在于：所述面板组件(11)包括上面板(111)、中间分隔面板(112)、下面板(113)以及周侧面板(114)，所述上面板(111)开有若干个圆孔作为进气孔，所述中间分隔面板(112)开有若干个圆孔作为排气孔，通过上面板(111)、中间分隔面板(112)、周侧面板(114)构成集砂箱(115)，通过中间分隔面板(112)、下面板(113)和周侧面板(114)构成气箱(116)。

3.根据权利要求2所述轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，其特征在于：所述上面板(111)开有9×9个均匀分布的圆孔作为进气孔，所述中间分隔面板(112)对应上面板(111)的进气孔位置开有9×9个均匀分布的圆孔作为排气孔，涡旋管分离器(12)的数量设置9×9个，在每一对进气孔与排气孔之间对应连接一个涡旋管分离器(12)。

4.根据权利要求1所述轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，其特征在于：所述集砂箱(115)以及集气箱(116)的面板各自向前延伸并收敛，并分别在收敛端只留有一个圆形开口，分别作为排砂口与主出气口；引射排砂管(21)连接在集砂箱(115)的圆形开口上，主出气管(24)连接在集气箱(116)的圆形开口上，主出气管(24)的侧面开有旁通口，所述引气管路(22)连接在主出气管(24)与引射排砂管(21)的旁通口之间。

5.根据权利要求1所述轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，其特征在于：所述涡旋管分离器(12)由涡旋管(121)和分离段(122)组成；涡旋管(121)包括设置在一段圆管内部的旋流叶片(1211)以及安装旋流叶片(1211)的叶片中心体(1212)，旋流叶片(1211)的上方为进气口；分离段(122)为一段喇叭状的扩压主流管(1221)，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；涡旋管(121)的内径大于分离段(122)进气口处的外径；所述涡旋管(121)套在分离段(122)的外部，二者之间的空隙形成排砂通道(1222)；所述涡旋管(121)的中心线与分离段(122)的中心线在同一条直线上。

6.根据权利要求5所述轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，其特征在于：所述涡旋管分离器(12)的涡旋管(121)和分离段(122)两端分别与集砂箱(115)的进气孔以及排气孔紧密连接，且涡旋管分离器(12)与进气孔以及排气孔在同一条中轴线上。

7.根据权利要求1所述轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，其特征在于：所述引射排砂管(21)为中空结构，由内管(211)和外管(212)构成，内管(211)与集砂箱(115)连通，外管(212)连接在集砂箱(115)的面板上，内管(211)与外管(212)之间的空隙设置有环形风圈(213)；所述外管(212)的长度大于内管(211)，外管(212)的头部从内管(211)的头部延伸而出；所述内管(211)当中设置有狭缝出风口(214)；在紧靠狭缝出风口(214)的位置设有一个科恩达表面；所述旁通口设置在外管(212)的下侧。

8.根据权利要求1所述轴流风扇叶片防磨损的直升机发动机进气口排砂装置，其特征在于：所述旋风分离器(25)安装在引气管路(22)中；所述旋风分离器(25)的进气管朝向集气箱(116)的内部，排灰管通向集砂箱(115)，排气管朝向轴流风扇(23)。

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