CN106196171B - 一种燃气发生装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃气发生装置，包括：喷注器(1)、氧化剂集合器(2)、燃料集合器(3)、身部(4)；氧化剂集合器(2)与燃料集合器(3)安装在喷注器(1)上，喷注器(1)与身部(4)连接。氧化剂和燃料分别通过圆环形的氧化剂集合器(2)、燃料集合器(3)进入喷注器(1)，再经过喷注器(1)中的双同轴喷嘴(5)、同轴直流式喷嘴(6)雾化后燃烧，燃烧后的产物进入身部(4)。本发明解决了点火延迟时间长、点火可靠性低以及燃气出口温度不均的问题，从结构设计上缩短点火延迟，提高点火可靠性及燃气出口温度的均匀性。

Description

一种燃气发生装置
技术领域
本发明涉及一种燃气发生装置。
背景技术
燃气发生装置广泛应用于航空航天、民用、点火和燃烧技术领域。现有的燃气发生装置的喷注器设计多为同轴直流式喷嘴、点火火焰扩散管结构，影响点火火焰能量的传递，其点火延迟时间相对较长，点火可靠性较低。而燃烧室下游的单一圆柱段结构使得燃烧后的产物来不及充分掺混直接进入下游，导致温度均匀性差，影响下游组件的正常工作。
现有的燃气发生装置中的喷嘴一般会采用数个同种结构的喷嘴，如同轴直流式喷嘴，燃烧室一般是具有一定长度的圆柱段。同轴直流式喷嘴的缺点是点火能力较弱，点火延迟时间较长。而燃烧产物通过圆柱段结构的燃烧室直接进入下游工作，燃烧产物往往没有时间进行充分的掺混，使得燃气温度不均匀，进而对下游其他组件的工作产生影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种燃气发生装置，解决点火延迟时间长、点火可靠性低以及燃气出口温度不均的问题，从结构设计上缩短点火延迟，提高点火可靠性及燃气出口温度的均匀性。
本发明所采用的技术方案是：一种燃气发生装置，包括：喷注器、氧化剂集合器、燃料集合器、身部；氧化剂集合器、燃料集合器安装在喷注器上；喷注器包括双同轴喷嘴、同轴直流式喷嘴及火焰扩散管；火焰扩散管安装在喷注器中部，火焰扩散管周围沿喷注器周向分布有安装孔，双同轴喷嘴安装在最靠近火焰扩散管一圈的安装孔内，同轴直流式喷嘴安装在其余安装孔内；双同轴喷嘴包括氧化剂喷嘴、燃料上喷嘴及燃料下喷嘴；氧化剂喷嘴为圆柱形，氧化剂喷嘴中部有变孔径的通孔，氧化剂从孔径最小的一端进入；燃料上喷嘴为圆筒形，氧化剂喷嘴外壁有台阶结构，卡在燃料上喷嘴内壁台阶结构处；氧化剂喷嘴外壁大端与燃料上喷嘴内壁贴紧，外壁小端与燃料上喷嘴内壁之间存在缝隙，燃料上喷嘴侧壁上沿径向开有通孔，燃料通过通孔进入燃料上喷嘴和氧化剂喷嘴之间的缝隙；燃料下喷嘴为圆筒形，燃料上喷嘴外壁台阶结构卡在燃料下喷嘴内壁台阶结构处；燃料下喷嘴内径大端与燃料上喷嘴外壁贴紧，燃料下喷嘴内径小端与燃料上喷嘴外壁之间存在缝隙，燃料下喷嘴侧壁沿径向开有通孔，燃料通过通孔进入燃料上喷嘴和燃料下喷嘴之间的缝隙；喷注器与身部连接。
所述身部包括直线段、弯管段、燃气四通；喷注器与直线段连接，直线段、弯管段均为管状结构，直线段与弯管段一端连接，弯管段另一端连接球形的燃气四通。所述弯管段弯曲角度为90°。
所述氧化剂喷嘴中部变孔径的通孔包括三段直径不同的通孔，氧化剂喷嘴外壁大端对应的入口段通孔直径最小，中段通孔直径大于入口段通孔直径，出口段通孔直径最大。
所述双同轴喷嘴有两个，两个双同轴喷嘴安装孔中心与喷注器中心的连线之间的夹角为钝角。所述喷注器通过法兰与直线段连接。所述氧化剂集合器或燃料集合器为圆环形。所述燃气四通上用于与外部管路连接的法兰。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用单同轴的同轴直流式喷嘴+双同轴喷嘴的组合，同时发挥了同轴直流式喷嘴及双同轴喷嘴的优点，即缩短了点火延迟又保证了燃烧稳定，解决了以往燃烧装置点火延迟时间短的缺点。
(2)本发明火焰扩散管与两个双同轴喷嘴的位置设计进一步提高了火焰的扩散性，使整个点火装置的可靠性大大提高；身部的球形四通及弯头设计，改变了以往燃烧室单一的圆柱形结构，使燃气在四通及弯头部分充分掺混，提高了出口温度均匀性。
(3)本发明在火箭发动机上，驱动涡轮做功，其点火可靠性和燃烧稳定性以及出口温度的均匀性直接决定了整个发动机系统工作的可靠性，特别是提高了下游涡轮的做功能力以及工作可靠性。
附图说明
图1为发生器总体结构；
图2为喷注器喷嘴排列示意图；
图3为双同轴喷嘴结构图；
图4为发生器身部结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种燃气发生装置，包括：喷注器1、氧化剂集合器2、燃料集合器3、身部4；其中，喷注器1与氧化剂集合器2、燃料集合器3均为焊接，与身部通过法兰连接。氧化剂集合器2与燃料集合器3安装在喷注器1上。
工作过程中，氧化剂和燃料分别通过圆环形的氧化剂集合器2、燃料集合器3进入喷注器1，再经过喷注器1中的双同轴喷嘴5、同轴直流式喷嘴6雾化后燃烧，燃烧后的产物进入身部4。
喷注器1结构如图2所示，由双同轴喷嘴5、同轴直流式喷嘴6及火焰扩散管7组成。在火焰扩散管7附近安排2个双同轴喷嘴5，两个双同轴喷嘴5安装孔中心与喷注器1中心的连线之间的夹角为钝角，其余均为同轴直流式喷嘴6，通过此种布局可以兼顾起动点火性能和稳态燃烧性能，获得较短的点火延迟和高效稳定的燃烧组织。除此之外，火焰扩散管7的设置可以提高点火火焰的动量和横向贯穿能力，有利于点火能量向推进剂传递，缩短点火延迟。火焰扩散管7安装在喷注器1中部，火焰扩散管7周围沿喷注器1周向分布有安装孔，双同轴喷嘴5安装在最靠近火焰扩散管7一圈的安装孔内，同轴直流式喷嘴6安装在其余安装孔内。
如图3所示，双同轴喷嘴5由氧化剂喷嘴8、燃料上喷嘴9及燃料下喷嘴10组成。氧化剂喷嘴8采用直流式结构，氧化剂直接从氧化剂喷嘴8中的通孔轴向通过，推进剂上喷嘴9采用缝隙节流，推进剂下喷嘴10采用入口孔节流，燃料分别从这两个喷嘴上的径向孔通过。氧化剂首先在燃料上喷嘴9的出口处与燃料掺混，再通过燃料下喷嘴10的出口再一次与另一股燃料掺混，氧化剂与推进剂经过两级掺混使得点火能力增强。氧化剂喷嘴8为圆柱形，氧化剂喷嘴8中部有变孔径的通孔，氧化剂从孔径最小的一端进入，氧化剂喷嘴8中部变孔径的通孔包括三段直径不同的通孔，氧化剂喷嘴8外壁大端对应的入口段通孔直径最小，中段通孔直径大于入口段通孔直径，出口段通孔直径最大；燃料上喷嘴9为圆筒形，氧化剂喷嘴8外壁有台阶结构，卡在燃料上喷嘴9内壁台阶结构处；氧化剂喷嘴8外壁大端与燃料上喷嘴9内壁贴紧，外壁小端与燃料上喷嘴9内壁之间存在缝隙，燃料上喷嘴9侧壁上沿径向开有通孔，燃料通过通孔进入燃料上喷嘴9和氧化剂喷嘴8之间的缝隙；燃料下喷嘴10为圆筒形，燃料上喷嘴9外壁台阶结构卡在燃料下喷嘴10内壁台阶结构处；燃料下喷嘴10内径大端与燃料上喷嘴9外壁贴紧，燃料下喷嘴10内径小端与燃料上喷嘴9外壁之间存在缝隙，燃料下喷嘴10侧壁沿径向开有通孔，燃料通过通孔进入燃料上喷嘴9和燃料下喷嘴10之间的缝隙。
通过以上双同轴+同轴直流式喷嘴和火焰扩散管7的设计可以大幅提高点火的可靠性。
身部4如图4所示，由直线段11、弯管段12及燃气四通13组成；喷注器1通过法兰与直线段11连接，直线段11、弯管段12均为管状结构，直线段11与弯管段12一端连接，弯管段12另一端连接球形的燃气四通13，燃气四通13上用于与外部管路连接的法兰。燃气通过直线段11后，还需通过90度弯管12及球形四通13后才进入下游组件，该设计可以保证燃气在进入下游组件前能够充分的燃烧、掺混，保证最终燃气温度的均匀性。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种燃气发生装置，其特征在于，包括：喷注器(1)、氧化剂集合器(2)、燃料集合器(3)、身部(4)；氧化剂集合器(2)、燃料集合器(3)安装在喷注器(1)上；喷注器(1)包括双同轴喷嘴(5)、同轴直流式喷嘴(6)及火焰扩散管(7)；火焰扩散管(7)安装在喷注器(1)中部，火焰扩散管(7)周围沿喷注器(1)周向分布有安装孔，双同轴喷嘴(5)安装在最靠近火焰扩散管(7)一圈的安装孔内，同轴直流式喷嘴(6)安装在其余安装孔内；双同轴喷嘴(5)包括氧化剂喷嘴(8)、燃料上喷嘴(9)及燃料下喷嘴(10)；氧化剂喷嘴(8)为圆柱形，氧化剂喷嘴(8)中部有变孔径的通孔，氧化剂从孔径最小的一端进入；燃料上喷嘴(9)为圆筒形，氧化剂喷嘴(8)外壁有台阶结构，卡在燃料上喷嘴(9)内壁台阶结构处；氧化剂喷嘴(8)外壁大端与燃料上喷嘴(9)内壁贴紧，外壁小端与燃料上喷嘴(9)内壁之间存在缝隙，燃料上喷嘴(9)侧壁上沿径向开有通孔，燃料通过通孔进入燃料上喷嘴(9)和氧化剂喷嘴(8)之间的缝隙；燃料下喷嘴(10)为圆筒形，燃料上喷嘴(9)外壁台阶结构卡在燃料下喷嘴(10)内壁台阶结构处；燃料下喷嘴(10)内径大端与燃料上喷嘴(9)外壁贴紧，燃料下喷嘴(10)内径小端与燃料上喷嘴(9)外壁之间存在缝隙，燃料下喷嘴(10)侧壁沿径向开有通孔，燃料通过通孔进入燃料上喷嘴(9)和燃料下喷嘴(10)之间的缝隙；喷注器(1)与身部(4)连接；
所述身部(4)包括直线段(11)、弯管段(12)、燃气四通(13)；喷注器(1)与直线段(11)连接，直线段(11)、弯管段(12)均为管状结构，直线段(11)与弯管段(12)一端连接，弯管段(12)另一端连接球形的燃气四通(13)；
所述弯管段(12)弯曲角度为90°；
所述氧化剂喷嘴(8)中部变孔径的通孔包括三段直径不同的通孔，氧化剂喷嘴(8)外壁大端对应的入口段通孔直径最小，中段通孔直径大于入口段通孔直径，出口段通孔直径最大；
所述双同轴喷嘴(5)有两个，两个双同轴喷嘴(5)安装孔中心与喷注器(1)中心的连线之间的夹角为钝角。
2.根据权利要求1所述的一种燃气发生装置，其特征在于：所述喷注器(1)通过法兰与直线段(11)连接。
3.根据权利要求1所述的一种燃气发生装置，其特征在于：所述氧化剂集合器(2)或燃料集合器(3)为圆环形。
4.根据权利要求1所述的一种燃气发生装置，其特征在于：所述燃气四通(13)上设置用于与外部管路连接的法兰。
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