一种节流通道面积无级调节结构及粉末燃料供给系统

技术领域

本发明涉及粉末发动机技术领域，具体涉及一种节流通道面积无级调节结构及粉末燃料供给系统。

背景技术

粉末供给系统节流通道面积无级调节是实现粉末燃料流量连续调节的前提和基础，是粉末发动机进行推力调节的关键。

在对粉末颗粒进行气力输送时，由于颗粒的惯性较大，随流性较差，需要尽可能的减小节流面积调节机构对气固两相流流动的影响，否则容易造成粉末颗粒沉积，进而影响阀门的正常工作，导致流量调节难以实现。

目前，常见的开度调节阀的工作介质通常为气体或者液体，其内部流道通常会有一定的拐角，调节部件对管路内的流动影响较大，不适用于调节粉末流量。现阶段，另一种常用的实现粉末流量调节方式是在粉末供给系统出口设置多条节流通道面积不同的支路来实现粉末流量调节，该方式也同样存在分支处粉末容易堆积的问题，且无法实现粉末流量的无级调节，调节方式较为复杂。

为解决目前粉末燃料的流量调节问题，必须对粉末供给系统的节流通道面积调节机构进行设计，避免气固两相流在节流通道调节阀中沉积，实现粉末供给系统对粉末燃料的无级调节。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种节流通道面积无级调节结构及粉末燃料供给系统，解决现有技术中的粉末流量调节装置易导致分支处粉末容易堆积以及不能实现无极调控的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种节流通道面积无级调节结构，包括依次连接的第一圆转方流道、方形流道和第二圆转方流道；

所述的第一圆转方流道内贯通开设第一流道，方形流道内贯通开设第二流道，第二圆转方流道内贯通开设第三流道；

所述的第一流道、第二流道和第三流道连通；

所述的方形流道的外壁上还对称设置有第一开度调节装置和第二开度调节装置；

所述的第一开度调节装置包括连接在方形流道外壁上的电机和连接在电机上的针栓，所述的针栓通过设置在方形流道外壁上的通孔伸入第二流道；

所述的第二开度调节装置的结构与第一开度调节装置的结构相同；

所述的电机能够带动第一开度调节装置和第二开度调节装置的针栓相离或相向运动，针栓间的距离最小为零。

本发明还具有如下技术特征：

所述的第一圆转方流道内贯通开设的第一流道一端为圆形，另一端为正方形；第一流道的截面从圆形过渡到正方形；

所述的方形流道内贯通开设的第二流道总体呈长方体形，第二流道的宽度大于高度，第二流道的长度与方形流道的长度相同；

所述的第二圆转方流道内贯通开设的第三流道一端为圆形，另一端为正方形；第二流道的截面从圆形过渡到正方形；

第一流道正方形的一端与第二流道连通，第三流道正方形的一端与第二流道连通；

所述的针栓包括依次连接的连接段、密封段和配合段；

所述的连接段和密封段均为圆柱体形，连接段的直径小于密封段的直径；

所述的配合段包括依次连接的梯形段和长方形段，梯形段较长底边一侧与长方形段长度方向一侧相连；

所述的梯形段和长方形段的厚度与第二流道的高度相同；

所述的连接段与电机相连；

所述的梯形段斜边一侧与第二流道方向形成的收敛半角α满足30°<α

<60°；

所述的通孔内设置有台阶面，台阶面与密封段朝向配合段一侧的端面配合；

所述的密封段沿自身周向开设有密封槽，密封槽内安装有密封圈；

所述的第一圆转方流道、方形流道和第二圆转方流道之间通过法兰连接；

本发明还给出一种粉末燃料供给系统，包括燃料供给装置，所述的燃料供给装置上还安装有上述的节流通道面积无级调节结构；

所述的燃料供给装置包括连通的储箱和后封头，所述的储箱为一端开口的空心圆柱体形，后封头为两端开口的空心圆台形，后封头直径较大的一端与储箱开口的一端连接，后封头直径较小的一端与第一圆转方流道连通；

所述的燃料供给装置还包括高压气瓶，所述的高压气瓶通过减压阀与储箱封闭的一端连通；

所述的储箱内安装有活塞，活塞与储箱封闭的一端之间形成驱动腔，活塞与储箱和后封头之间形成流化腔；

所述的减压阀与储箱之间还连通有第一支路，减压阀与后封头之间还连通有第二支路；

所述的第一支路上安装有第一电磁阀，第二支路上安装有第二电磁阀；

所述的储箱和后封头通过法兰连接，后封头和第一圆转方流道通过法兰连接；

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的节流通道面积无级调节结构通过对称布置的第一开度调节装置和第二开度调节装置结构实现了供粉系统节流通道面积的无级调节与关闭，保证最小节流通道位置始终处于流道中心位置，减小了调节结构对粉末流化输送的影响。

(Ⅱ)本发明的粉末燃料供给系统不会出现多条支路情况下气固两相流在每条支路中流动的阻力不一样，对粉末流量的大小产生一定的影响的问题，可以方便的实现粉末流量的无级调节，调节比更大，并且粉末燃料不易在调节结构位置沉积，便于粉末供给试验的开展。

(Ⅲ)本发明结构简单、科学合理，可以实现粉末流量的无级调节，调节比大，并且粉末燃料不易在调节结构位置沉积，适用于各类粉末发动机的供粉系统中。

附图说明

图1为本发明的流通道面积无级调节结构剖视结构示意图；

图2为本发明的第一圆转方流道左视及剖视结构示意图；

图3为本发明的方形流道左视及剖视结构示意图；

图4为本发明的方形流道俯视及剖视结构示意图；

图5为本发明的针栓结构示意图；

图6为第一流道结构示意图；

图7为第三流道结构示意图；

图8为本发明的粉末燃料供给系统结构示意图；

图9为现有装置示意图；

附图中各个标号含义：

1-第一圆转方流道；2-方形流道；3-第二圆转方流道，4-第一流道；5-第二流道；6-第三流道；7-第一开度调节装置；8-第二开度调节装置；9-通孔；10-储箱；11-后封头；12-高压气瓶；13-减压阀；14-活塞；15-驱动腔；16-流化腔；17-第一支路；18-第二支路；19-第一电磁阀；20-第二电磁阀；21-气动球阀；22-节流孔板，23-粉末燃料；

7-1电机，7-2针栓；

7-2-1连接段，7-2-2密封段，7-2-3配合段，7-2-4梯形段，7-2-5长方形段，7-2-6密封槽，7-2-7密封圈；

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1-图5所示，一种节流通道面积无级调节结构，包括依次连接的第一圆转方流道1、方形流道2和第二圆转方流道3；

所述的第一圆转方流道1内贯通开设第一流道4，方形流道2内贯通开设第二流道5，第二圆转方流道3内贯通开设第三流道6；

所述的第一流道4、第二流道5和第三流道6连通；

所述的方形流道2的外壁上还对称设置有第一开度调节装置7和第二开度调节装置8；

所述的第一开度调节装置7包括连接在方形流道2外壁上的电机7-1和连接在电机7-1上的针栓7-2，所述的针栓7-2通过设置在方形流道2外壁上的通孔9伸入第二流道5；

所述的第二开度调节装置8的结构与第一开度调节装置7的结构相同；

所述的电机7-1能够带动第一开度调节装置7和第二开度调节装置8的针栓7-2相离或相向运动，针栓7-2间的距离最小为零。

第一圆转方流道1用于将供粉系统出口的圆形流道转化为方形流道，使气固两相流可以均匀顺畅的进入到下游的方形流道；

方形流道2、第一开度调节装置7和第二开度调节装置8共同构成节流通道面积可连续变化的开度调节机构，可以实现粉末流量的连续调节，降低调节机构对气固两相流流动的影响；

第二方转圆流道3是将方形流道转化为圆形流道，使气固两相流可以均匀顺畅的进入到下游的圆形管道，方便输运。

调节时，两套电机针栓机构的移动速度和距离相等，方向相反。

本发明通过对称布置的第一开度调节装置7和第二开度调节装置8结构实现了供粉系统节流通道面积的无级调节与关闭，保证最小节流通道位置始终处于流道中心位置，减小了调节结构对粉末流化输送的影响。

作为本实施例的一种优选：

所述的第一圆转方流道1内贯通开设的第一流道4一端为圆形，另一端为正方形；第一流道4的截面从圆形过渡到正方形；

所述的方形流道2内贯通开设的第二流道5总体呈长方体形，第二流道5的宽度大于高度，第二流道5的长度与方形流道2的长度相同；

所述的第二圆转方流道3内贯通开设的第三流道6一端为圆形，另一端为正方形；第二流道6的截面从圆形过渡到正方形；

第一流道4正方形的一端与第二流道5连通，第三流道6正方形的一端与第二流道5连通；

本发明的第一流道4、第二流道5和第三流道6采用圆转方-方-方转圆的流道设计，实现了节流通道面积的一维调节，使得气固两相流在节流通道中的流动更加顺畅均匀。

作为本实施例的一种优选：

所述的针栓7-2包括依次连接的连接段7-2-1、密封段7-2-2和配合段7-2-3；

所述的连接段7-2-1和密封段7-2-2均为圆柱体形，连接段7-2-1的直径小于密封段7-2-2的直径；

所述的配合段7-2-3包括依次连接的梯形段7-2-4和长方形段7-2-5，梯形段7-2-4较长底边一侧与长方形段7-2-5长度方向一侧相连；

所述的梯形段7-2-4和长方形段7-2-5的厚度与第二流道5的高度相同；

所述的连接段7-2-1与电机7-1相连；

所述的梯形段7-2-4斜边一侧与第二流道5方向形成的收敛半角α满足30°<α<60°；

针栓7-2在图5中从左到右的结构形式分别为配合段7-2-3、密封段7-2-2和连接段7-2-1，其中配合段7-2-3为梯形段7-2-4过渡到长方形段7-2-5的变截面结构，梯形段7-2-4与第二流道5呈一定的收敛角度，保证气固两相流可以顺畅的通过最小通流位置，并且两个梯形段7-2-4上底面之间相互配合，可以实现通道的关闭，而长方形段7-2-5的作用是使针栓7-2可以更好的与第二流道5更好的配合装配。

作为本实施例的一种优选：

所述的通孔9内设置有台阶面，台阶面与密封段7-2-2朝向配合段7-2-3一侧的端面配合；

所述的密封段7-2-2沿自身周向开设有密封槽7-2-6，密封槽7-2-6内安装有密封圈7-2-7；

密封段7-2-2的结构为圆柱体，与第二流道5之间采用O型圈密封，防止气固两相流从针栓位置逸出。电机7-1采用微型步进电机，连接段用于与微型步进电机相连。微型步进电机和针栓7-2沿流道方向轴对称分布，从而保证在调节时两个针栓按上下相反的方向，以相同的速度移动相同的距离，使得最小截面处于通道的中心位置，整流效果更好，确保气固两相流可以顺畅的通过最小截面位置。

作为本实施例的一种优选：

所述的第一圆转方流道1、方形流道2和第二圆转方流道3之间通过法兰连接；

实施例2：

如图6所示，一种粉末燃料供给系统，包括燃料供给装置，所述的燃料供给装置上还安装有如实施例1所述的节流通道面积无级调节结构；

所述的燃料供给装置包括连通的储箱10和后封头11，所述的储箱10为一端开口的空心圆柱体形，后封头11为两端开口的空心圆台形，后封头11直径较大的一端与储箱10开口的一端连接，后封头11直径较小的一端与第一圆转方流道1连通；

所述的燃料供给装置还包括高压气瓶12，所述的高压气瓶12通过减压阀13与储箱10封闭的一端连通；

所述的储箱10内安装有活塞14，活塞14与储箱10封闭的一端之间形成驱动腔15，活塞14与储箱10和后封头11之间形成流化腔16；

所述的减压阀13与储箱10之间还连通有第一支路17，减压阀13与后封头11之间还连通有第二支路18；

所述的第一支路17上安装有第一电磁阀19，第二支路18上安装有第二电磁阀20；

所述的储箱10和后封头11通过法兰连接，后封头11和第一圆转方流道1通过法兰连接；

高压气瓶12中的气体通过减压阀13后分为两路，一路进入到驱动腔15推动活塞14挤压粉末燃料进入到流化腔16中，另一路气体则从后封头11进入到储箱10并将流化腔16中的粉末燃料流态化，形成均匀地气固两相流，随后经过第一流道4进入到第二流道5，通过微型步进电机控制针栓7-2的移动，调节第二流道5的最小节流面积，最终使得气固两相流能以一定的流量和速度流出粉末燃料供给系统。

对比例1：

在没有第一圆转方流道1、方形流道2、第二圆转方流道3以及第一开度调节装置7和第二开度调节装置8时，如图7所示。

为了实现粉末燃料流量调节，通常将粉末供给系统出口分为多条支路，每条支路上设置有气动球阀21用于控制支路的通断，但每条支路上的节流孔板22面积又各不相同，用于调节管路节流面积，从而实现粉末燃料流量调节。

除了中间的一条支路与储箱轴线方向平行之外，其余支路均会在支路交汇位置与储箱轴线产生一定的夹角，导致粉末燃料23容易在拐角处沉积，从而不利于气固两相流的输送。同时由于重力作用的影响，气固两相流在每条支路中流动的阻力不一样，对粉末流量的大小产生一定的影响，因此每条支路中节流孔板空间位置的相互可替换性较差，不利于粉末供给试验的开展。此外，该方案无法实现节流通道面积的无级调节，因此在切换节流通道时，由于惯性作用，粉末燃料23容易在切换之前的节流通道和球阀内积粉，对该流道的再次开启造成影响。

若使用本发明中结构形式，即图1中结构形式，利用第一圆转方流道1将流化腔16出口的圆形流道转换为垂直于纸面方向宽度较窄的方形流道，同时针栓7-2配合段垂直于纸面方向的宽度与第二流道5的宽度相同，保证第二流道5的最小通流位置在垂直于纸面方向上的宽度始终保持不变，因此只需要通过电机7-1控制针栓7-2的上下移动，便可以第二流道5节流面积的无级调节。

以上所述的，仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，不经创造性劳动想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。