CN108224466B - 一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种可用于航空发动机全环燃烧室出口的耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，包括外压紧环(1)、防护石英玻璃(2)、耐压石英玻璃(3)、滤光片(4)、承压外壳(5)、微型摄像头(6)、辅助气源导管(7)、辅助气源连接管(8)、装置本体(9)、水冷套外壁(10)、辅助气源耐压导气软管(11)、位移机构外壁(12)、水管接头(13)、固定座(14)。耐压石英玻璃(3)与承压外壳(5)组成抗压腔体来保护微型摄像头(6)；辅助气源连接管(8)与承压外壳(5)、辅助气源耐压导气软管(11)组成低压气体通路；承压外壳(5)、辅助气源连接管(8)与装置本体(9)组成高压冷气通路，冷却防护石英玻璃(2)；水冷套外壁(10)与装置本体(9)组成冷却水系统。固定座(14)与燃烧室出口位移机构连接，用于固定火焰监控装置。

Description

一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置

技术领域

本发明属于航空发动机燃烧室测试领域，涉及一种耐高温高压燃烧室火焰监控装置。

背景技术

当前，随着航空发动机技术的发展，燃烧室出口温度、压力越来越高，为保证航空发动机运行安全，对航空发动机燃烧室出口温度分布提出了很高的要求。为了获得航空发动机燃烧室出口温度分布，通常采用在燃烧室出口布置测温受感部的方式对其温度分布进行测量，一旦燃烧室出口温度分布不能满足设计要求，分析其成因就成为指导燃烧室改进设计的关键，由于火焰筒内部燃油燃烧及火焰分布情况极其复杂，传统的数值仿真也不能够实现真实情况下的模拟，因此实现航空发动机燃烧室火焰筒内部火焰的观察与监视成为分析燃烧室出口温度分布不达标和指导燃烧室改进设计的有效途径之一。

然而由于燃烧室多为不透明金属结构，且其内部长期处于一种高温高压状态，其出口尺寸也很小，市场上没有专门用于航空发动机燃烧室火焰筒内部火焰监控的耐高温、高压的微型摄像头。因此，设计开发一种能够全方位观察航空发动机燃烧室火焰筒内部火焰的监控装置成为燃烧室试验与测试技术发展的方向之一。

发明内容

本发明目的：提供一种耐高温高压燃烧室火焰监控装置，实现对航空发动机全环燃烧室火焰筒内部燃油燃烧及火焰分布情况的观察与监视。

本发明的技术方案：一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，包括微型摄像头6、防护石英玻璃2、耐压石英玻璃3、承压外壳5，所述微型摄像头6位于承压外壳5内，耐压石英玻璃3位于微型摄像头6的镜头外侧，耐压石英玻璃3与承压外壳5形成保护微型摄像头6的抗压腔体，防护石英玻璃2位于耐压石英玻璃3外侧，起隔热作用。

所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，所述防护石英玻璃2周围采用高压气流隔离降温。

所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，所述承压外壳5与外部连通，通过外部低压辅助气源冷却降温。

所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，承压外壳5连接辅助气源连接管8、辅助气源连接管8连接辅助气源耐压导气软管11，辅助气源导管7位于辅助气源连接管8内，连接到承压外壳5内部，外部低压辅助气体从辅助气源导管7进入承压外壳5内部，通过辅助气源连接管8和辅助气源耐压导气软管11排出。

所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，还包括水冷系统，水冷系统位于所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置外部，以保护火焰监控装置内部零部件免受高温燃气的破坏。

所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，承压外壳5及其外部水冷系统整体形成的圆柱体，外径尺寸≤60mm。

所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，还包括固定座14，所述固定座14固定于位移机构旋转盘上，当位移机构旋转盘旋转时，会带动燃烧室火焰监控装置进行360°旋转，实现环360°燃烧室火焰筒内部火焰的观察与监视。

本发明的有益效果：提供一种可用于航空发动机燃烧室火焰筒出口的耐高温高压火焰监控装置，该装置通过设置水冷、气冷、辅助气冷三级冷却以及内部的承压壳体，实现了普通微型摄像头在航空发动机燃烧室火焰筒出口对其内部燃油燃烧及火焰分布情况的观察，并通过与燃烧室出口位移机构旋转盘连接，实现了360°全环燃烧室内部火焰观察与监视。

附图说明

图1为燃烧室火焰监控装置结构主视图；

图2为燃烧室火焰监控装置结构左视图；

图3三级冷却结构工作原理示意图；

图中：1为外压紧环、2为防护石英玻璃、3为耐压石英玻璃、4为滤光片、5为承压外壳、6为微型摄像头、7为辅助气源导管、8为辅助气源连接管、9为装置本体、10 为水冷套外壁、11为辅助气源耐压导气软管、12为位移机构外壁、13为水管接头、14 为固定座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本技术方案作进一步详细说明。

一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，所述的装置包括外压紧环1、防护石英玻璃2、耐压石英玻璃3、滤光片4、承压外壳5、微型摄像头6、辅助气源导管7、辅助气源连接管8、装置本体9、水冷套外壁10、辅助气源耐压导气软管11、位移机构外壁 12、水管接头13、固定座14。外压紧环1与装置本体9连接，用于将防护石英玻璃2 固定于装置本体9上；耐压石英玻璃3与承压外壳5相连，用于组成一耐高压密封容器以保护微型摄像头6；滤光片4与微型摄像头6组合使用，用于燃烧室火焰筒内部火焰观察与记录；辅助气源连接管8与承压外壳5、辅助气源耐压导气软管11连接，用于为辅助气源导管7及微型摄像头数据线提供低压气体通路；承压外壳5、辅助气源连接管 8与装置本体9之间形成一高压冷却气体通路，用于高压冷却气体通过以冷却防护石英玻璃2；水冷套外壁10与装置本体9之间连接，用于形成一冷却水通路以保护监控装置内部零部件免受高温燃气的破坏；水管接头13通过金属软管与位移机构内部冷却水通路连接，用于为水冷套提供冷却水；固定座14与燃烧室出口位移机构连接，用于固定火焰监控装置。

如图1所示，燃烧室火焰监控装置组装流程：首先将水冷套外壁10与装置本体9 通过焊接形式连接，形成外部水冷通路；接下来将微型摄像头6及滤光片4装入承压外壳5内部，将耐压石英玻璃3与承压外壳5相连，完成承压结构及内部零部件的组装；最后将承压外壳5装入装置本体9内部，辅助气源连接管8与承压外壳5、辅助气源耐压导气软管11连接，微型摄像头6连接线及辅助气源导管7位于辅助气源连接管8、辅助气源耐压导气软管11内部，将防护石英玻璃2装入装置本体9内部，并通过外压紧环1压紧，形成气冷通路及辅助气冷通路，燃烧室火焰监控装置组装完毕。

燃烧室火焰监控装置使用之前将辅助气源耐压导气软管11与位移机构外壁12内表面的接头连接，并将燃烧室火焰监控装置通过固定座14固定于位移机构旋转盘上，通过金属软管将水管接头13与位移机构内部冷却水通路连接。

燃烧室火焰监控装置设有水冷、气冷、辅助气冷三级冷却结构，试验时其工作过程(如图3所示无箭头部分为水冷区域，空心箭头部分为高压气源冷却区域及气体流动方向，实心箭头部分为低压辅助气源冷却区域及气体流动方向)如下：位移机构内部的冷却水通过金属软管进入燃烧室火焰监控装置对其外壳进行冷却；火焰筒内部高压冷气首先通过装置本体9与辅助气源连接管8之间的缝隙进入火焰监控装置内部，然后再通过承压壳体5与装置本体9之间的缝隙进入火焰监控装置头部，最后通过外压紧环1布置的小孔直射到防护石英玻璃2表面对其进行冷却；外部辅助气源通过辅助气源导管7将低压冷却气引入到承压壳体5内部对微型摄像头6进行冷却，再通过辅助气源导管7与辅助气源连接管8、辅助气源耐压导气软管11之间的间隙排入到外部环境中。同时当位移机构旋转盘旋转时，会带动燃烧室火焰监控装置进行360°旋转，实现环360°燃烧室火焰筒内部火焰的观察与监视。

Claims (3)

1.一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，其特征为，包括微型摄像头(6)、防护石英玻璃(2)、耐压石英玻璃(3)、承压外壳(5)，所述微型摄像头(6)位于承压外壳(5)内，耐压石英玻璃(3)位于微型摄像头(6)的镜头外侧，耐压石英玻璃(3)与承压外壳(5)形成保护微型摄像头(6)的抗压腔体，防护石英玻璃(2)位于耐压石英玻璃(3)外侧，起隔热作用；所述承压外壳(5)与外部连通，通过外部低压辅助气源冷却降温；所述承压外壳(5)连接辅助气源连接管(8)、辅助气源连接管(8)连接辅助气源耐压导气软管(11)，辅助气源导管(7)位于辅助气源连接管(8)内，连接到承压外壳(5)内部，外部低压辅助气体从辅助气源导管(7)进入承压外壳(5)内部，通过辅助气源连接管(8)和辅助气源耐压导气软管(11)排出,辅助气源连接管(8)、承压外壳(5)、辅助气源耐压导气软管(11)的连接用于为辅助气源导管(7)及微型摄像头数据线提供低压气体通路；承压外壳(5)、辅助气源连接管(8)与装置本体(9)之间形成一高压冷却气体通路；本装置还包括水冷系统，水冷系统位于所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置外部，以保护火焰监控装置内部零部件免受高温燃气的破坏。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，其特征为，承压外壳(5)及其外部水冷系统整体形成的圆柱体，外径尺寸≤60mm。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温高压的燃烧室火焰监控装置，其特征为，还包括固定座(14)，所述固定座(14)固定于位移机构旋转盘上，当位移机构旋转盘旋转时，会带动燃烧室火焰监控装置进行360°旋转，实现环360°燃烧室火焰筒内部火焰的观察与监视。

Images