CN108252826B - 一种主动式金属燃料输送与熔化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式金属燃料输送与熔化装置，利用送料电机带动齿轮转动，将丝带状或者棒条状固体金属传送室燃烧室，按动力系统总功率要求，调整齿轮转动电机功率，金属燃料的输送速度与输送量可控制，输送金属燃料时不必引入其他载气或者载液实现了金属燃料的主动式输送；金属燃料通过输送机构后，在进入燃烧室前经过坩埚被加热至熔融态，提高了燃烧室的燃烧效率。再与氧化剂接触，经点火装置触发燃烧反应，释放热量，间接控制其与氧化剂的反应速度和热量总能，可实现动力系统的变功率连续输出功能；当燃料的尺寸发生变化时，可以根据金属燃料的尺寸调整齿轮间距；本发明的装置结构紧凑，操作简单，节省空间的同时有利于减轻系统自重。

Description

一种主动式金属燃料输送与熔化装置

技术领域

本发明属于水下航行器动力技术领域，具体涉及一种主动式金属燃料输送与熔化装置。

背景技术

金属燃料输送机构主要应用于高能量密度动力推进系统的燃料供应部件，用以输送金属燃料至燃烧室，促使其与氧化剂发生反应，提供热能并最终输出动力。

目前，在高能量密度动力推进系统中，金属燃料所具有的高热值能量日益受到重视，其燃烧过程释放热量所需要的氧化剂可以自身携带，也可以从工作环境中引入水介质而完成。为保证系统运行安全性，一般将金属燃料与氧化剂单独存放，系统开始运行后，再将二者分别送入燃烧室参与燃烧反应。结合金属自身的物理特性，一般的燃料输送方式是先将金属加工成微米或者纳米级金属颗粒，再选择合适的惰性载气，使金属颗粒随气流进入燃烧室，经点火装置促使其与氧化剂发生反应。这种输送方式中，金属燃料被动式地随载气进入燃烧室，其在载气中的质量浓度和体浓度均受到一定限制，系统运行中不方便调控其用量，惰性载气也会影响燃烧室内的放热反应，降低燃烧室效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种应用于动力推进系统中的主动式金属燃料输送与熔化装置，摒弃传统的载气载液方式，采用新型主动式输送机构，可以使金属燃料在进入燃烧室前熔化，并集氧化剂和点火装置于一体，结构紧凑、操作方便，可以安全高效地组织金属燃料燃烧。

一种主动式金属燃料输送与熔化装置，包括燃料输送机构与燃料熔化机构；

所述燃料输送机构包括送料电机(4)、主动轮(2)、从动轮(3)、送料机罩(8)以及燃料输送管(1)；所述燃料熔化机构包括壳体(16)以及位于其内部的坩埚(12)；

所述送料电机(4)固定在送料机罩(8)的外部，主动轮(2)和从动轮(3)安装在燃料送料机罩(8)的内部，主动轮(2)和从动轮(3)的齿轮啮合在一起，送料电机用于驱动主动轮(2)；输送管(1)固定在送料机罩(8)上，分为上下两部分：上部分为燃料输入段，通向主动轮(2)和从动轮(3)的接合处的上部；下部分为燃烧输出段，上端固定在主动轮(2)和从动轮(3)的啮合处的下部，下端连接燃料熔化机构中的坩埚(12)；

坩埚(12)位于壳体(16)内部，其上端通过壳体(16)上开设的定位孔(10)与燃料输送管(1)的下端对接；外表面缠绕加热线圈(14)；坩埚(12)出口从壳体(16)下端伸出，壳体(16)下部对应坩埚(12)出口位置设置有氧化剂入口(15)和点火装置(13)。

较佳的，采用弹簧支架(7)一端固定从动轮(3)，另一端设置压缩弹簧(5)，压缩弹簧(5)通过调节螺钉(6)固定在送料机罩(8)上。

较佳的，所述坩埚(12)的外表面与加热线圈(14)之间设置有隔热套(11)。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种主动式金属燃料输送与熔化装置，利用送料电机带动齿轮转动，将丝带状或者棒条状固体金属传送室燃烧室，按动力系统总功率要求，调整齿轮转动电机功率，金属燃料的输送速度与输送量可控制，输送金属燃料时不必引入其他载气或者载液实现了金属燃料的主动式输送；金属燃料通过输送机构后，在进入燃烧室前经过坩埚被加热至熔融态，提高了燃烧室的燃烧效率。再与氧化剂接触，经点火装置触发燃烧反应，释放热量，间接控制其与氧化剂的反应速度和热量总能，可实现动力系统的变功率连续输出功能；当燃料的尺寸发生变化时，可以根据金属燃料的尺寸调整齿轮间距；本发明的装置结构紧凑，操作简单，节省空间的同时有利于减轻系统自重。

附图说明

图1是主动输送装置外形结构。

图2是主动输送装置正视图。

图3是主动输送装置俯视图。

图4是带燃料输送管的主动输送装置内部结构图。

图5是输送熔化装置一体图。

其中，1-燃料输送管，2-主动轮，3-从动轮，4-送料电机，5-压紧弹簧，6-调节螺钉，7-弹簧支架，8-送料机罩，9-支架，10-定位孔，11-隔热套，12-坩埚，13-点火装置，14-加热线圈，15-氧化剂入口，16-壳体。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1-5所示，本发明的金属燃料输送机构主要包括燃料输送机构与燃料熔化机构两部分。燃料输送机构主要由送料电机4、主动轮2、从动轮3和燃料输送管1组成；燃料熔化机构主要包括壳体16以及内部的坩埚12。燃烧输送机构部分由支架9固定在燃料熔化机构部分上方位置。

送料电机4固定在送料机罩8的外部，主动轮2和从动轮3安装在燃料送料机罩8的内部，主动轮2和从动轮3的齿轮啮合在一起，送料电机4驱动主动轮2转动，从而带动从动轮3转动；输送管1固定在送料机罩8上，两齿轮处断开，分为上下两部分：上部分为燃料输入段，通向主动轮2和从动轮3的接合处的上部；下部分为燃烧输出段，上端固定在主动轮2和从动轮3的接合处的下部，下端连接燃料熔化机构中的坩埚12。

坩埚12位于壳体16内部，其上端通过壳体16上开设的定位孔10与燃料输送管1的下端对接；呈长筒状，外表面缠绕加热线圈14。

坩埚12下端伸出壳体16，氧化剂入口15和点火装置13设置在坩埚12下方。

本发明装置的工作原理为：燃料进入燃料输送管1，由其起到输送及导向作用，燃料到达并进入主动轮2和从动轮3接合处后，在送料电机4的带动下，两齿轮转动，夹在其中的燃料被两齿轮向下输入，直至进入到燃料输入管1下部以及坩埚12内。齿轮的转动速度由送料电机4根据需求进行控制。经齿轮传送的金属燃料由燃料输送管1出口进入坩埚12后，再由坩埚12外包裹的加热线圈14加热，使得金属燃料熔化，熔化后的燃料金属靠自重下落，与侧面的氧化剂入口15处的氧化剂相接触，经点火装置13触发，发生燃烧反应，释放热量。

其中，加热线圈14的加热功率根据金属燃料种类及燃料输送量进行调节；坩埚12与加热线圈14二者间由隔热套管11隔开，可令坩埚12处于安全工作温度，保证系统安全运行。

为适应不同尺寸的金属燃料(丝/带/棒)，当燃料尺寸发生改变时，与两齿轮的接合不再紧密，不便于由齿轮带动其向下方运动，需要调整两齿轮的间距以适应其尺寸的改变；另一方面为了控制输送的压紧力，因为通常金属丝比较软，所以输送起来比较困难，系统启动前无法设定一个适当的压紧力，需要实际试验中进行反复调试，因此，本发明采用弹簧支架7一端固定从动轮3，另一端设置压缩弹簧5，压缩弹簧5通过调节螺钉6固定在送料机罩8上；当燃料金属的尺寸有变化时，根据金属燃料的尺寸调整压缩弹簧5和调节螺钉6，从而刻调整两齿轮的间距，保证金属燃料顺利通过。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种主动式金属燃料输送与熔化装置，其特征在于，包括燃料输送机构与燃料熔化机构；

所述燃料输送机构包括送料电机(4)、主动轮(2)、从动轮(3)、送料机罩(8)以及燃料输送管(1)；所述燃料熔化机构包括壳体(16)以及位于其内部的坩埚(12)；

所述送料电机(4)固定在送料机罩(8)的外部，主动轮(2)和从动轮(3)安装在送料机罩(8)的内部，主动轮(2)和从动轮(3)的齿轮啮合在一起，送料电机用于驱动主动轮(2)；燃料输送管(1)固定在送料机罩(8)上，分为上下两部分：上部分为燃料输入段，通向主动轮(2)和从动轮(3)的接合处的上部；下部分为燃料输出段，上端固定在主动轮(2)和从动轮(3)的啮合处的下部，下端连接燃料熔化机构中的坩埚(12)；

坩埚(12)位于壳体(16)内部，其上端通过壳体(16)上开设的定位孔(10)与燃料输送管(1)的下端对接；坩埚(12)外表面缠绕加热线圈(14)；坩埚(12)出口从壳体(16)下端伸出，壳体(16)下部对应坩埚(12)出口位置设置有氧化剂入口(15)和点火装置(13)。

2.如权利要求1所述的一种主动式金属燃料输送与熔化装置，其特征在于，采用弹簧支架(7)一端固定从动轮(3)，另一端设置压缩弹簧(5)，压缩弹簧(5)通过调节螺钉(6)固定在送料机罩(8)上。

3.如权利要求1所述的一种主动式金属燃料输送与熔化装置，其特征在于，所述坩埚(12)的外表面与加热线圈(14)之间设置有隔热套(11)。

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