一种利用八角垫结构改制的输气管道整流装置

技术领域

本发明属于高超声速风洞地面试验设备技术领域，具体涉及一种利用八角垫结构改制的输气管道整流装置。

背景技术

对于高超声速风洞，用于开展飞行器试验的试验气流的压力场或速度场必须均匀分布，但是，高超声速风洞的试验气体介质从高压供气系统进行远距离输送，输送过程中需要流经高压供气系统的弯管、三通、阀门、分流或直角转弯后到达高超声速风洞型面喷管入口，试验气体介质会经过流道分流、转弯、收缩与扩张，这些因素导致试验气流压力分布或速度分布不均匀，试验气流流向杂乱，试验气流紊流度高，不能满足高超声速风洞试验要求。

当前，亟需发展一种用于高压或高温高压输气管道的输气管道整流装置。

发明内容

为了满足高超声速风洞对试验气流介质均匀性的要求，本发明提供了一种利用八角垫结构改制的输气管道整流装置。

本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置，其特点是，以气流的来流方向为前方，所述的输气管道整流装置替代原有的八角密封垫，安装在输气管道出口与风洞过渡段入口的两个法兰之间；输气管道整流装置为飞碟形，从外至内分为三个区域，区域Ⅰ定义为八角密封环区，区域Ⅱ定义为圆环连接区，区域Ⅲ定义为蜂窝整流区；

区域Ⅰ安装定位在输气管道出口与风洞过渡段入口的两个法兰之间的八角密封槽内，区域Ⅰ的前侧面设置有与输气管道出口八角密封槽结构尺寸相匹配的八角密封环，区域Ⅰ的后侧面设置有与风洞过渡段入口八角密封槽结构尺寸相匹配的八角密封环；

区域Ⅱ用于过渡连接区域Ⅰ和区域Ⅲ，区域Ⅱ的形状为圆环；圆环的厚度小于输气管道出口与风洞过渡段入口之间的距离，不干涉八角密封环与输气管道出口之间的紧固密封，也不干涉八角密封环与风洞过渡段入口之间的紧固密封；圆环上均布若干个压力平衡通孔，实现圆环两侧的压力平衡；

区域Ⅲ用于输气管道整流，区域Ⅲ的形状为圆柱状蜂窝，圆柱状蜂窝的外径D小于输气管道内径，与输气管道之间间隙配合；圆柱状蜂窝前后对称，为双侧圆柱状蜂窝，前段圆柱状蜂窝插入输气管道出口，与输气管道出口之间采用缝隙配合；后段圆柱状蜂窝插入风洞过渡段入口，与风洞过渡段入口之间采用缝隙配合。

进一步地，所述的输气管道整流装置为不锈钢锻件。

进一步地，所述的输气管道出口和风洞过渡段入口的八角密封槽的截面结构、形状尺寸根据输送气体的管道通径、气体压力等级确定，按照HG/T20615标准要求选型。

进一步地，所述的区域Ⅲ的圆柱状蜂窝替换为前侧圆柱状蜂窝，插入输气管道出口，与输气管道出口之间采用缝隙配合；或者区域Ⅲ的圆柱状蜂窝替换为后侧圆柱状蜂窝，插入风洞过渡段入口，与风洞过渡段入口之间采用缝隙配合。

进一步地，所述的圆柱状蜂窝内设置有若干个阵列排列的正六边形蜂窝孔，各正六边形蜂窝孔的中心轴线与输气管道的中心轴线平行，正六边形蜂窝孔的6个钝角内角采用圆角圆滑过渡，圆角的半径r为0.1mm~0.5mm，正六边形蜂窝孔的外切圆直径为ϕd，圆柱状蜂窝的流通面积为输气管道截面积的60%以上，正六边形蜂窝孔之间的平面分布为等边三角形；圆柱状蜂窝的长度L为80mm~120mm。

本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置的外轮廓截面为八角形圆环，内部为蜂窝结构，采用不锈钢锻件材料整体制作，在八角形圆环与蜂窝结构之间设置压力平衡通孔。

本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置对高压或高温高压气流流经输气管路的弯管、三通、阀门或直角转弯后导致试验气流压力分布或速度分布不均匀、气流流向杂乱进行整流，使得输气管道内的气流速度或压力分布均匀，气流流向与管道轴线方向基本平行。

本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置既能实现高压管道法兰或高温高压管道法兰之间的密封，同时又能对输送的试验气流进行整流以消除试验气流的压力或速度分布不均匀的现象，导直试验气流的流向方向。

本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置结构简单，使用方便，仅需将原有的标准八角密封垫更换为输气管道整流装置，输气管道不需要进行二次改造，易于在已经完成建设的高压或者高温高压输气管路上实施。

附图说明

图1为原有的输气管道采用的八角垫结构的连接方式示意图；

图2为本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置的连接方式示意图（双侧连接）；

图3为本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置的连接方式示意图（单侧连接）；

图4为本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置的结构示意图（正视图）；

图5为本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置的结构示意图（双侧连接）；

图6为本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置的结构示意图（单侧连接）；

图7为本发明的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置的中的正六边形蜂窝孔分布示意图。

图中，1.输气管道整流装置；2.输气管道出口；3.八角密封垫；4.风洞过渡段入口；5.区域Ⅰ；6.区域Ⅱ；7.压力平衡通孔；8.区域Ⅲ；9.正六边形蜂窝孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

实施例1

本实施例的利用八角垫结构改制的输气管道整流装置，以气流的来流方向为前方，所述的输气管道整流装置1替代原有的八角密封垫3（见图1），安装在输气管道出口2与风洞过渡段入口4的两个法兰之间（见图2、图3）；如图4所示，输气管道整流装置1为飞碟形，从外至内分为三个区域，区域Ⅰ5定义为八角密封环区，区域Ⅱ6定义为圆环连接区，区域Ⅲ8定义为蜂窝整流区；

如图2、图5所示，区域Ⅰ5安装定位在输气管道出口2与风洞过渡段入口4的两个法兰之间的八角密封槽内，区域Ⅰ5的前侧面设置有与输气管道出口2八角密封槽结构尺寸相匹配的八角密封环，区域Ⅰ5的后侧面设置有与风洞过渡段入口4八角密封槽结构尺寸相匹配的八角密封环；

区域Ⅱ6用于过渡连接区域Ⅰ5和区域Ⅲ8，区域Ⅱ6的形状为圆环；圆环的厚度小于输气管道出口2与风洞过渡段入口4之间的距离，不干涉八角密封环与输气管道出口2之间的紧固密封，也不干涉八角密封环与风洞过渡段入口4之间的紧固密封；圆环上均布若干个压力平衡通孔7，实现圆环两侧的压力平衡；

区域Ⅲ8用于输气管道整流，区域Ⅲ8的形状为圆柱状蜂窝，圆柱状蜂窝的外径D小于输气管道内径，与输气管道之间间隙配合；圆柱状蜂窝前后对称，为双侧圆柱状蜂窝，前段圆柱状蜂窝插入输气管道出口2，与输气管道出口2之间采用缝隙配合；后段圆柱状蜂窝插入风洞过渡段入口4，与风洞过渡段入口4之间采用缝隙配合。

进一步地，所述的输气管道整流装置1为不锈钢锻件。

进一步地，所述的输气管道出口2和风洞过渡段入口4的八角密封槽的截面结构、形状尺寸根据输送气体的管道通径、气体压力等级确定，按照HG/T20615标准要求选型。

进一步地，如图3、图6所示，所述的区域Ⅲ8的圆柱状蜂窝替换为前侧圆柱状蜂窝，插入输气管道出口2，与输气管道出口2之间采用缝隙配合；或者区域Ⅲ8的圆柱状蜂窝替换为后侧圆柱状蜂窝，插入风洞过渡段入口4，与风洞过渡段入口4之间采用缝隙配合。

进一步地，如图7所示，所述的圆柱状蜂窝内设置有若干个阵列排列的正六边形蜂窝孔9，各正六边形蜂窝孔9的中心轴线与输气管道的中心轴线平行，正六边形蜂窝孔9的6个钝角内角采用圆角圆滑过渡，圆角的半径r为0.1mm~0.5mm，正六边形蜂窝孔9的外切圆直径为ϕd，圆柱状蜂窝的流通面积为输气管道截面积的60%以上，正六边形蜂窝孔9之间的平面分布为等边三角形；圆柱状蜂窝的长度L为80mm~120mm。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的高超声速边界层转捩模式方法领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。