[实用新型]一种用于内燃波转子和涡轮间的蜗壳式短距过渡装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种用于内燃波转子和涡轮间的蜗壳式短距过渡装置，属于燃气涡轮发动机技术领域。

背景技术：

内燃波转子发动机是由压气机、内燃波转子和涡轮三大部件组成，内燃波转子取代了传统燃烧室，即波转子和燃烧室集合成一体，燃料的燃烧在波转子通道内完成。内燃波转子是由一系列围绕轴旋转的面积固定的通道组成，像一个圆柱形的鼓筒转子。当内燃波转子高速旋转时，单通道燃烧室周期性地暴露于两侧静止端板上的进排气端口中，于是在燃烧室内部产生了激波、压缩波、膨胀波以及接触间断相互作用形成的复杂波系，复杂波系的作用实现了能量快速交换，两侧端板上的端口控制燃烧室的进排气流动过程。内燃波转子作为一种基于非定常燃烧的增压燃烧装置，可以在没有增加涡轮前端温度的情况下，通过增加进口压力来提高涡轮的输出功率。由于内燃波转子具有优异的性能，吸引了许多的团队进行研究。专利"Constant Volume Combustor Having a Rotating Wave Rotor"，专利号：US8117828B2，提出了一种利用脉冲爆震原理和波转子技术的压力波装置，该装置主要包括进排气端口和具有多个通道的波转子，在进口处和出口处均具有一对端口，其中进排气口处均有一个端口用于缓冲气的进出，该装置的特点在于可以旋转波转子形成内燃波转子发动机，同时也可以固定波转子，而通过定位销将开有端口的端盖与转轴连接形成旋转阀式非定常燃烧装置。专利"Partitioned multi-channel combustor"，专利号：US6526936B2，将波转子进口端口同时沿周向和径向进行分割，可以更精确地控制波转子通道内的油气分布。

当内燃波转子在旋转时，通道将接连暴露在排气端口向涡轮排气，排出的气流并不够均匀，而在同时其余未排气的通道需要保持密封，这就需要根据出口型面重新设计过渡装置，对气流流场进行组织。对于合理组织的过渡装置，能够在不漏气的前提下，将在波转子排出的不均匀气流，通过通道内流动使气流在涡轮入口处均匀分布；同时过渡装置的轴向距离不应过长，这样可以有效的减小整机的体积，减轻整机质量。

为了解决上述问题，本实用新型提出了内燃波转子与涡轮部件连接的方案。该方案在兼顾内燃波转子出口形状同时，采用蜗壳型布局有效的减少了发动机的轴向距离，保持较低的气流损失。

实用新型内容：

基于应用内燃波转子的发动机与应用传统燃烧室的发动机相比所具有的特点，本实用新型提出一种用于内燃波转子和涡轮间的蜗壳式短距过渡装置，用于解决内燃波转子发动机部件连接的技术问题。

本实用新型所采用的技术方案有：一种用于内燃波转子和涡轮间的蜗壳式短距过渡装置，位于内燃波转子的出口与涡轮入口之间，包括过渡装置本体、过渡装置进口法兰、过渡装置进口直段、过渡装置出口法兰以及过渡装置出口直段，所述过渡装置本体的进口、出口为半圆环形，出口通过过渡装置出口直段变为圆环形，过渡装置前端与内燃波转子连接，后端与涡轮连接。

进一步地，内燃波转子出口处焊接有波转子出口法兰，涡轮入口处焊接有涡轮进口法兰，所述过渡装置进口直段焊接过渡装置进口法兰，过渡装置进口法兰与波转子出口法兰连接，所述过渡装置出口直段焊接过渡装置出口法兰，过渡装置出口法兰与涡轮进口法兰连接。

进一步地，所述过渡装置出口直段存在与过渡装置出口直段进口半圆环面成α角的斜坡，该斜坡后面的直段长度大于过渡装置出口法兰的厚度。

进一步地，所述过渡装置进口法兰与波转子出口法兰之间、过渡装置出口法兰与涡轮进口法兰之间设有垫片。

进一步地，取过渡装置本体进口处的半圆环中径与其对称轴的交点为半圆环中点，平行于进口的任一截面中点所处的空间位置由中点的特征函数f1确定，旋转角度θ由线性特征函数f2确定，该点的曲率半径r由特征函数f3确定，该点截面的面积S由特征函数f4确定

f2:θ＝360°*t

f4：S＝2πr²+πr{(R₁₂-R₁₁)-[(R₁₂-R₁₁)-(R₂₂-R₂₁)]*t}

上式中，t为自变量，其取值范围为(0，1)，定义为截面中心Z坐标除以过渡装置本体(3)在Z方向上长度得到的无量纲数；

上式中，p为所选取的螺旋线的螺距，n为选取的螺旋线的圈数，r_in、r_out为螺旋线入口与出口截面半径；