CN209416574U - 气液两相流体压力测量装置及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气液两相流体压力测量装置及航空发动机，其中，测量装置包括：通气管道，第一端用于引入压缩气体；取样管道，第一端与待测气液两相流体连通；测量管道，第一端设有压力检测部件；和状态切换部件，具有第一状态和第二状态；通气管道、取样管道和测量管道各自的第二端相互连接，通气管道与测量管道处于非连通状态；在第一状态下，取样管道与测量管道连通并与通气管道切断连通，实现压力检测；在第二状态下，取样管道与通气管道连通并与测量管道切断连通，使压缩气体吹至取样管道。该装置可避免吹扫时压力检测部件受到损坏和污染，还可省去减压阀，利用高压气体直接吹扫可提高吹扫压力，优化吹扫效果，精确测量水雾条件下的压力。

Description

气液两相流体压力测量装置及航空发动机

技术领域

本实用新型涉及压力测量技术领域，尤其涉及一种气液两相流体压力测量装置及航空发动机。

背景技术

气液两相流动中压力特征参数的测量在自然科学以及工业过程中都有着十分重要的研究意义与参考价值。但是，由于工程实际中气液两相流动的流动过程复杂、流动形态多变，液滴受气动作用可能粘附或者进入一次测量元件，造成测量元件或测压管道堵塞，测量结果失真，严重影响部件的安全运行。

目前，在现有的气液两相压力测量装置中，通常采用反吹来清除粘附在一次测量元件内外壁的液滴。一般的反吹测量装置上设有三通阀门，三通阀门的三个接口分别连接与工艺管道相连接的取样管道、与取样管道相连接的一次测量元件和与控制阀相连接的高压气体管道。高压气体通过与控制***相连的控制阀后再通过三通阀门对取样管道和一次测量元件进行反吹清扫，从而实现防堵的目的。由于反吹防堵装置中采用的气体均为压缩空气，为防止对取样管道吹扫可能导致的压力变送器失效，必须在高压气体侧安装减压阀。这将导致三个主要弊端：第一，大大降低了反吹压力，甚至可能无法有效吹出粘附在测量元件管壁内测的液滴；第二，由于压力变送器膜片十分敏感，即使反吹压力降低，可能仍然无法确保压力变送器的安全；第三，显著增加成本。此外，压缩空气中的粉尘颗粒，不仅有可能堵塞一次测量元件，使得反吹失效，同时也有可能粘附在压力变送器薄膜上，长期累计将严重影响压力测量的精度。

为了满足工业过程的测量需求，保障设备安全稳定运行，助力我国两相流动测量技术的发展，必须对现有的水雾条件下压力测量防堵反吹装置加以改进。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种气液两相流体压力测量装置及航空发动机，能够在对压力取样部件进行吹扫的同时，避免对压力检测部件的影响。

为实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种气液两相流体压力测量装置，包括：

通气管道，第一端用于引入压缩气体；

取样管道，第一端与待测气液两相流体连通；

测量管道，第一端设有压力检测部件，用于检测待测气液两相流体的压力；和

状态切换部件，具有可切换的第一状态和第二状态；

其中，通气管道、取样管道和测量管道各自的第二端相互连接，且通气管道与测量管道处于非连通状态；在第一状态下，取样管道与测量管道连通，取样管道与通气管道切断连通，以实现压力检测；在第二状态下，取样管道与通气管道连通，取样管道与测量管道切断连通，以使压缩气体吹至取样管道。

在一些实施例中，通气管道、取样管道和测量管道各自的第二端通过状态切换部件相互连接。

在一些实施例中，状态切换部件包括两位三通阀。

在一些实施例中，状态切换部件包括：设在通气管道上的第一通断阀和设在测量管道上的第二通断阀；

在第一状态下，第一通断阀断开通气管道，且第二通断阀接通测量管道；

在第二状态下，第一通断阀接通通气管道，且第二通断阀断开测量管道。

在一些实施例中，通气管道上设有空气滤清器，通气管道在空气滤清器的上游部分具有弯折管段。

在一些实施例中，弯折管段采用直角弯折。

在一些实施例中，弯折管段的拐角处设有圆角。

在一些实施例中，还包括排水管道，排水管道的第一端与测量管道连通，测量管道从第二端至第一端在与测量管道的连通处分为第一测量管段和第二测量管段，第一测量管段的至少部分长度段向下倾斜设置，排水管道的第二端相对于第一端向下倾斜。

在一些实施例中，第一测量管段的至少部分长度段与排水管道竖直共线设置，且排水管道位于第一测量管段下方。

在一些实施例中，第二测量管段从压力检测部件至与排水管道的连通处向下倾斜设置。

在一些实施例中，排水管道内涂覆疏水材料。

在一些实施例中，排水管道上设有第三通断阀，且排水管道在第三通断阀上游的位置设有缓存腔，缓存腔的截面积大于排水管道主体的截面积，第三通断阀被配置为处于常关状态，在缓存腔内的液体达到预设容积时打开。

在一些实施例中，取样管道的第一端设有取样管头，待测气液两相流***于侧壁的一侧，取样管头用于从侧壁的另一侧***侧壁内以引出待测气液两相流体，取样管头的孔径小于取样管道的孔径。

为实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种航空发动机，包括上述实施例的气液两相流体压力测量装置。

在一些实施例中，气液两相流体压力测量装置用于检测航空发动机内涵道的压力。

基于上述技术方案，本实用新型实施例的气液两相流体压力测量装置，通过设置状态切换部件在压力检测和吹扫功能之间切换，并使通气管道与测量管道处于非连通状态，可阻止压缩气体在吹扫时通过测量管道到达压力检测部件，从而避免压力检测部件受到损坏和污染。而且，还可省去设置减压阀，简化结构，并利用高压气体直接吹扫可提高吹扫压力，优化吹扫效果，防止水雾附着在测量管道内发生堵塞，实现水雾条件下流场压力的精确测量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型气液两相流体压力测量装置的一个实施例处于第一状态的结构示意图；

图2为本实用新型气液两相流体压力测量装置的一个实施例处于第二状态的结构示意图；

图3为本实用新型气液两相流体压力测量装置的另一个实施例处于第一状态的结构示意图；

图4为本实用新型气液两相流体压力测量装置的另一个实施例处于第二状态的结构示意图；

图5为本实用新型气液两相流体压力测量装置的再一个实施例的结构示意图；

图6为本实用新型气液两相流体压力测量装置中工艺管道沉积粉尘的状态示意图。

附图标记说明

1、高压气源；2、空气滤清器；3、通气管道；31、弯折管段；32、圆角；4、两位三通阀；5、取样管道；6、测量管道；61、第一测量管段；62、第二测量管段；7、压力检测部件；8、排水管道；81、第三通断阀；9、第一通断阀；10、第二通断阀。

具体实施方式

以下详细说明本实用新型。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本实用新型中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本实用新型的描述中，采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1至图5所示，本实用新型提供了一种气液两相流体压力测量装置，后续简称“测量装置”，在一些实施例中，包括：通气管道3、取样管道5、测量管道6和状态切换部件。其中，通气管道3的第一端可连接高压气源1，用于引入压缩气体；取样管道5的第一端与待测气液两相流体连通，气液两相流体形成水雾，易于附着在取样管道5内影响压力检测的准确度；测量管道6的第一端设有压力检测部件7，例如压力传感器等，用于检测待测气液两相流体的压力；状态切换部件，具有可切换的第一状态和第二状态，在第一状态下实现压力检测，在第二状态下实现吹扫。

其中，通气管道3、取样管道5和测量管道6各自的第二端相互连接，且通气管道3与测量管道6处于非连通状态；在第一状态下，取样管道5与测量管道6连通，取样管道5与通气管道3切断连通，以实现压力检测；在第二状态下，取样管道5与通气管道3连通，取样管道5与测量管道6切断连通，以使压缩气体吹至取样管道5。

在正常工作时，测量装置处于压力检测状态；只有在需要吹扫时，才切换至吹扫状态，压力检测状态和吹扫状态互斥。在使用过程中，可采用定期吹扫的方式，也可设置检测部件来检测取样管道5的堵塞情况，以根据堵塞情况确定吹扫时间。

本实用新型的该实施例中，通过设置状态切换部件在压力检测和吹扫功能之间切换，并使通气管道3与测量管道6处于非连通状态，可阻止压缩气体在吹扫时通过测量管道6到达压力检测部件7，从而避免压力检测部件7受到损坏和污染，提高压力检测部件使用的可靠性和安全性。由此，还可省去设置减压阀，简化结构，而且利用高压气体直接吹扫可提高吹扫压力，优化吹扫效果，防止水雾附着在测量管道6内发生堵塞，实现水雾条件下流场压力的精确测量，以满足精确高效测量水雾条件下设备压力的工程需求。另外，此种测量装置结构简单，成本低廉，同时耐用性较高。

在一些实施例中，通气管道3、取样管道5和测量管道6各自的第二端通过状态切换部件相互连接。这样利于将状态切换部件设计为一个整体单独的部件，可将状态切换部件设在通气管道3、取样管道5和测量管道6的连接处，简化管路结构，无需增加各管路的分段，降低成本；而且，通过控制状态切换部件单独动作就能实现取样管道5与通气管道3和测量管道6的连通关系，控制简单，可提升***响应效率。

如图1至图4所示，状态切换部件包括两位三通阀4。两位三通阀4可采用电磁阀、液控阀或手动控制阀。两位三通阀4的两位分别对应于第一状态和第二状态，通过控制两位三通阀4动作，就能灵活地在压力检测和吹扫工况之间切换，省去了三通阀门，可简化装置结构，提高***响应效率。

由于该测量装置在通常情况下处于压力检测状态，为了简化控制流程，在两位三通阀4采用电磁阀时，上述两个实施例的两位三通阀4可在失电时处于第一状态，在得电时处于第二状态。两位三通电磁阀设有控制回路，可以实现两位三通阀4的状态切换，相应的周边电路根据本领域的常规设计即可实现。

在一些实施例中，如图1和图2所示，两位三通阀4包括阀体和设在阀体上的第一工作口A、第二工作口B和第三工作口C，阀体为矩形六面体，第一工作口A位于阀体的一个侧面，第二工作口B和第三工作口C设在阀体上与第一工作口A相对的侧面，三个工作口形成L形布局。取样管道5的第二端与第一工作口A连通，通气管道3的第二端与第二工作口B连通，测量管道6的第二端与第三工作口C连通。

进一步地，取样管道5的第一端可设有取样管头，待测气液两相流***于侧壁的一侧，取样管头用于从侧壁的另一侧***侧壁内以引出待测气液两相流体，取样管头的孔径小于取样管道5的孔径。通过采用孔径较小的取样管头引出待测气液两相流体的方式，可减小取样对待测气液两相流体的流场影响，从而减小侧壁边界层流体在取样处的压力波动，避免压力测量对流场产生较大影响。

由于取样管头的孔径较小，容易被水雾或其它杂质堵塞，因此可通过吹扫保证取样管头和取样管道5通畅，以提高压力检测的准确性。在吹扫过程中，为了防止压缩空气中的粉尘颗粒堵塞取样管头，如图1所示，通气管道3上设有空气滤清器2，通气管道3在空气滤清器2的上游部分串联设置弯折管段31。

如图6所示，压缩空气中的粉尘颗粒在经过弯折管段31时，在离心作用下沉积在管道壁面，可有效去除压缩空气中较大的粉尘颗粒(>10um)，防止较大的粉尘颗粒在反吹的过程中堵塞取样管头。在大尺寸粉尘颗粒沉积后，通过空气滤清器2去除小尺寸粉尘颗粒，以进一步降低取样管头和取样管道5堵塞的可能性。该实施例利用粉尘颗粒本身的气动特性，可有效去除空气中的粉尘颗粒，并简化装置。

如图1和图6所示，弯折管段31采用直角弯折，既能有效沉积大尺寸粉尘颗粒，又能减小对压缩气体流动产生的阻力，可有效吹扫取样管头和取样管道5。可替代地，弯折管段31也可采用钝角或锐角弯折，但是弯折角度应在有效沉积大尺寸粉尘颗粒的同时对压缩气体流动产生较小的阻力。

如图5所示，弯折管段31的拐角处设有圆角32。圆角32可对压缩气体的流动起到引导作用，减小压缩气体受到的流动阻力，提高吹扫力，优化吹扫效果。

如图1所示，本实用新型的测量装置还包括排水管道8，排水管道8的第一端与测量管道6连通，测量管道6从第二端至第一端在与测量管道6的连通处分为第一测量管段61和第二测量管段62，第一测量管段61的至少部分长度段向下倾斜设置，排水管道8的第二端相对于第一端向下倾斜，以使液体在进入测量管道6时可及时通过排水管道8流出，包括从测量管道6外部进入液滴或内部湿空气凝结，且不影响压力测量。一般情况下，进入排水管道8的液滴质量较少。

此种结构利用液滴的重力沉降作用排水，能防止测量管道6发生液滴堵塞，从而减小液滴对压力检测部件7的污染；而且无需通过压缩空气进行吹扫，可防止压缩空气对压力检测部件7的冲击使其失效。

优选地，通气管道3和取样管道5均可水平设置，第一测量管段61的至少部分长度段与排水管道8竖直共线设置，与重力方向相同，且排水管道8位于第一测量管段61下方。

由于该实施例中两位三通阀4的工作口处于阀体的左右两侧，因此，第一测量管段61从第三工作口C引出时，难以实现整段第一测量管段61均竖直设置，可在靠近第三工作口C的位置设置弯折，为了优化排水效果，可增加第一测量管段61中竖直管段的长度。该实施例利用重力作用，可使液滴顺利排出。

进一步地，第二测量管段62从压力检测部件7至与排水管道8的连通处向下倾斜设置。在通过压缩气体吹扫取样管道5时，可使第二测量管段62中的液滴也及时排出，防止少量液滴积聚在第二测量管段62对压力检测部件7带来影响，从而提高压力检测部件7工作的可靠性。

进一步地，排水管道8内涂覆疏水材料，有利于使沉降的液体顺利流出。

如图1所示，排水管道8上设有第三通断阀81，例如，采用电磁阀、液控阀或手动控制阀，且排水管道8在第三通断阀81上游的位置设有缓存腔，缓存腔的截面积大于排水管道8主体的截面积，第三通断阀81被配置为处于常关状态，在缓存腔内的液体达到预设容积时打开。通过设置缓存腔，无需频繁打开第三通断阀81，大大简化了测量过程。

下面结合图1和图2来说明该实施例测量装置的工作原理。

在第一状态下，如图1所示，两位三通阀4处于第一位(下位)，第三通断阀81处于关闭状态。取样管道5与测量管道6连通，如箭头所示，通过取样管道5引出的气液两相流体通过两位三通阀4进入到测量管道6，压力检测部件7可检测待测气液两相流体的压力。在此过程中，进入测量管道6的部分液滴可收集至排水管道8。

在取样管道5和取样管道发生堵塞需要进行吹扫时，两位三通阀切换至第二状态，如图2所示，两位三通阀4处于第二位(上位)，取样管道5与通气管道3连通，如箭头所示，高压气源1提供的压缩气体依次经过弯折管段31和空气滤清器2之后，通过两位三通阀4进入取样管道5进行吹扫，清除粘附在内壁的液滴。在此过程中，整个测量管道6中的液滴可在汇聚后收集至排水管道8中，在缓存腔内的液体达到预设容积时打开第三通断阀81放出液体。

在另一些实施例中，如图3和图4所示，两位三通阀4包括T形阀体和设在阀体各自由端的第一工作口A、第二工作口B和第三工作口C，三个工作口形成T形布局。取样管道5的第二端与第一工作口A连通，通气管道3的第二端与第二工作口B连通，测量管道6的第二端与第三工作口C连通。

在第一状态下，如图3所示，两位三通阀4处于第一工作位A和第三工作位C接通的状态，取样管道5与测量管道6连通，如箭头所示，通过取样管道5引出的气液两相流体通过两位三通阀4进入到测量管道6，压力检测部件7可检测待测气液两相流体的压力。

在第二状态下，如图4所示，两位三通阀4处于第一工作位A和第三工作位C接通的状态，取样管道5与通气管道3连通，如箭头所示，高压气源1提供的压缩气体经过弯折管段31和空气滤清器2之后，通过两位三通阀4进入取样管道5进行吹扫。

与图1和图2所示实施例的不同之处在于，由于三个工作口呈T形布局，如图3和图4所示，通气管道3和取样管道5水平设置，通气管道3的第二端可连接于开口朝左的第二工作位B，取样管道5的第二端可连接于开口朝右的第一工作位A，测量管道6中的第一测量管段61可连接在开口朝下的第三工作位C。因此，第一测量管段61可整体竖直设置，使第一测量管段61和排水管段竖直共线，减小液滴流动阻力，使液滴顺利排出。

在又一些实施例中，如图5所示，状态切换部件包括：设在通气管道3上的第一通断阀9和设在测量管道6上的第二通断阀10，例如，可采用电控阀、液控阀或手动控制阀。第一通断阀9和第二通断阀10可独立控制，在其中一个通断阀出现故障时，不会导致压力检测和吹扫功能整体丧失，例如，在第一通断阀9故障时，仍能够正常实现压力检测功能。

在第一状态下，第一通断阀9断开通气管道3，且第二通断阀10接通测量管道6，通过取样管道5引出的气液两相流体通过第二通断阀10进入到测量管道6，压力检测部件7可检测待测气液两相流体的压力；在第二状态下，第一通断阀9接通通气管道3，且第二通断阀10断开测量管道6，如箭头所示，高压气源1提供的压缩气体经过弯折管段31、空气滤清器2和第一通断阀9之后，进入取样管道5进行吹扫。

其次，本实用新型还提供了一种航空发动机，包括上述实施例的气液两相流体压力测量装置。采用此种测量装置的航空发动机至少具备如下优点之一：

1、为了减小压力测量对发动机内流畅的影响以减小压力波动，一般采用直径小于取样管道5的取样管头，通过压缩气体对取样管道5和取样管头进行反吹，无需进行减压，可保证足够的反吹压力，使取样管道5和取样管头不容易被液滴和杂质堵塞，从而顺利获得待测气液两相流体。

2、在反吹时压缩气体不会损坏压力检测部件，保证压力检测部件使用的可靠性和检测的准确度，在通过检测压力参与发动机控制时，可提高发动机的控制精度，保证发动机工作的安全性。

3、测量管道中的液滴可在重力作用下通过排水管道流出，防止液滴对压力测量部件造成损坏，以便准确地测得发动机内水雾条件下的压力。

在一些实施例中，该测量装置用于航空发动机内涵道的压力。由于内涵道中的气体环境中有水气，采用此种测量装置可尽量降低水雾环境对于压力测量的影响。上面提到的侧壁为内涵道外壁，取样管头从内涵道外壁沿径向的外侧***，以引出内涵道中的待测气液两相流体。

以上对本实用新型所提供的一种气液两相流体压力测量装置进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种气液两相流体压力测量装置，其特征在于，包括：

通气管道(3)，第一端用于引入压缩气体；

取样管道(5)，第一端与待测气液两相流体连通；

测量管道(6)，第一端设有压力检测部件(7)，用于检测所述待测气液两相流体的压力；和

状态切换部件，具有可切换的第一状态和第二状态；

其中，所述通气管道(3)、取样管道(5)和测量管道(6)各自的第二端相互连接，且所述通气管道(3)与所述测量管道(6)处于非连通状态；在所述第一状态下，所述取样管道(5)与所述测量管道(6)连通，所述取样管道(5)与所述通气管道(3)切断连通，以实现压力检测；在所述第二状态下，所述取样管道(5)与所述通气管道(3)连通，所述取样管道(5)与所述测量管道(6)切断连通，以使压缩气体吹至取样管道(5)。

2.根据权利要求1所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述通气管道(3)、取样管道(5)和测量管道(6)各自的第二端通过所述状态切换部件相互连接。

3.根据权利要求2所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述状态切换部件包括两位三通阀(4)。

4.根据权利要求1所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述状态切换部件包括：设在所述通气管道(3)上的第一通断阀(9)和设在所述测量管道(6)上的第二通断阀(10)；

在所述第一状态下，所述第一通断阀(9)断开所述通气管道(3)，且所述第二通断阀(10)接通所述测量管道(6)；

在所述第二状态下，所述第一通断阀(9)接通所述通气管道(3)，且所述第二通断阀(10)断开所述测量管道(6)。

5.根据权利要求1所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述通气管道(3)上设有空气滤清器(2)，所述通气管道(3)在所述空气滤清器(2)的上游部分具有弯折管段(31)。

6.根据权利要求5所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述弯折管段(31)采用直角弯折。

7.根据权利要求5所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述弯折管段(31)的拐角处设有圆角(32)。

8.根据权利要求1所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，还包括排水管道(8)，所述排水管道(8)的第一端与所述测量管道(6)连通，所述测量管道(6)从第二端至第一端在与所述测量管道(6)的连通处分为第一测量管段(61)和第二测量管段(62)，所述第一测量管段(61)的至少部分长度段向下倾斜设置，所述排水管道(8)的第二端相对于第一端向下倾斜。

9.根据权利要求8所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述第一测量管段(61)的至少部分长度段与所述排水管道(8)竖直共线设置，且所述排水管道(8)位于所述第一测量管段(61)下方。

10.根据权利要求8所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述第二测量管段(62)从所述压力检测部件(7)至与所述排水管道(8)的连通处向下倾斜设置。

11.根据权利要求8所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述排水管道(8)内涂覆疏水材料。

12.根据权利要求8所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述排水管道(8)上设有第三通断阀(81)，且所述排水管道(8)在所述第三通断阀(81)上游的位置设有缓存腔，所述缓存腔的截面积大于所述排水管道(8)主体的截面积，所述第三通断阀(81)被配置为处于常关状态，在所述缓存腔内的液体达到预设容积时打开。

13.根据权利要求1所述的气液两相流体压力测量装置，其特征在于，所述取样管道(5)的第一端设有取样管头，所述待测气液两相流***于侧壁的一侧，所述取样管头用于从所述侧壁的另一侧***所述侧壁内以引出所述待测气液两相流体，所述取样管头的孔径小于所述取样管道(5)的孔径。

14.一种航空发动机，其特征在于，包括权利要求1～13任一所述的气液两相流体压力测量装置。

15.根据权利要求14所述的航空发动机，其特征在于，所述气液两相流体压力测量装置用于检测所述航空发动机内涵道的压力。