[发明专利]一种整体式惯性粒子分离器

说明书

本发明公开了一种整体式惯性粒子分离器，该粒子分离器包括外壳体、分流器及中心体，中心体的前半段与外壳体的前半段合围组成进气道，中心体的后半段与分流器的内壁合围组成主流道，外壳体的后半段与分流器的外壁合围组成清除流道。外壳体的内壁面设计具有一定缠角的V型槽道，使进入粒子分离器的粒子在撞击外壳体时，不是撞击在一个光顺壁面上，而是V型槽道壁面，使得粒子的入射、反弹轨迹由轴向‑径向平面内的二维轨迹变为三维轨迹，从而使得粒子沿着外壳体运动，在不改变粒子反弹速度和外壳体高度的情况下，使粒子难以返回至主流道，而是沿着清除流道排出机外，从而在不破坏气动性能的前提下，提高粒子的分离效率。

技术领域

本发明属于发动机技术领域，尤其涉及直升机发动机中的整体式惯性粒子分离器。

背景技术

直升机可以不受地形、地物限制，在任意场地起降、悬停。但是由于旋翼下洗流的影响，直升机在起降阶段往往会卷起大量砂尘，吸入的砂尘会对动力系统(涡轴发动机)的工作效率和使用可靠性带来很大的危害：吸入的砂尘会加快发动机叶片的磨损；堵塞发动机内微小的冷却气通道；沉积在涡轮叶片上破坏其稳定工作。由此，将导致发动机性能恶化，即功率下降、耗油率增加，最终导致发动机的使用寿命缩短。因此必须采用防护装置对砂尘进行阻挡。

实践证明，安装了粒子分离器的发动机寿命比不安装粒子分离器的发动机寿命提高了10倍或更高。应用在涡轴发动机上的砂尘防护措装置常见的有阻拦式粒子分离器、多管式惯性粒子分离器和整体式粒子分离器。阻拦式粒子分离器体积和重量比较大，需要经常对过滤器进行清洗，否则其总压损失会增大；多管式粒子分离器重量大，迎风面积大，难以进行防冰设计，需要额外的功率扫气排沙；而整体式粒子分离器结构简单，一体性好，重量轻，分离效率高，流动损失小，现在已经成为主流的分砂装置。整体式粒子分离器利用气-固两相流在弯曲流道内转弯时产生的惯性力不同，将惯性力更大的固相粒子甩向流体外层，从而将粒子集中起来，从清除流道中排出；实际上，很多大粒径颗粒甩向流体外层后，会与外壳体的内壁面发生碰撞，并反弹重新回到流体中，导致部分颗粒返进入主流，降低分离效率。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种特定壁面形状的整体式惯性粒子分离器，目的是解决粒子分离器中粒子碰撞壁面反弹的问题，在不改变分离器其他尺寸变化的前提下有效提高分离器的分离效率。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种整体式惯性粒子分离器，包括横截面为圆环形的外壳体、位于外壳体内并与外壳体同轴设置的中心体、位于外壳体与中心体之间的分流器；所述中心体的前半段与外壳体的前段合围成进气道；中心体的后半段与分流器的内壁合围成主流道，外壳体的后段与分流器的外壁组成用于排出分离颗粒的清除流道；分流器的内壁与外壁形成一个夹角将主流道与清除流道相互独立向后延伸；其特征在于，外壳体的内壁面设有围绕内壁面一圈以相同形状延伸的并排的槽道；该槽道的横截面为V形，每条槽道在内壁面的延伸方向与外壳体的中心对称轴之间形成一个锐角的夹角。

有益效果：。

进一步的，设每条槽道在内壁面的延伸方向与外壳体的中心对称轴之间形成的夹角为缠角θ，该缠角θ为20°。

进一步的，所述外壳体的前段及后段之间为外壳体中间段，该外壳体中间段向外凸伸，且该外壳体中间段的纵向截面为外凸的弧形；所述中心体中间段对应外壳体中间段位置处向外壳体方向凸伸，且该凸伸的中心体中间段截面同样为弧形；所述外壳体中间段与中心体中间段之间形成的截面最窄处为喉道，所述进气道进口的截面面积到喉道的截面面积为逐渐减小设置；主流道进口与清除流道进口同时与进气道尾端连通，喉道的截面面积到进气道尾端截面面积为逐渐增大设置。

进一步的，所述中心体中间段在进气道喉道处设有一个向外壳体方向凸出的鼓包。