CN109356748A - 再生式旋流喷射雾化装置 - Google Patents

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刘宁
陆林
孙明亮
张相炎
杨国来
杨博伦
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    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F02K9/52—Injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41F—APPARATUS FOR LAUNCHING PROJECTILES OR MISSILES FROM BARRELS, e.g. CANNONS; LAUNCHERS FOR ROCKETS OR TORPEDOES; HARPOON GUNS
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Abstract

本发明提供了一种再生式旋流喷射雾化装置，包括活塞本体、活动阀芯；活塞本体沿轴向设置与燃烧室连通的旋流通道，活塞本体沿周向设置若干起旋流道，起旋流道与轴线、径向线设置一定夹角，起旋流道一端与贮液室连通且另一端与流动通道连通，活动阀芯设置于旋流通道内且在外力的作用下开启或关闭旋流通道。

Description

再生式旋流喷射雾化装置
技术领域
本发明涉及一种液体喷射雾化技术，特别是一种再生式旋流喷射雾化装置。
背景技术
喷射雾化是一般燃烧系统的初始过程，是全燃烧过程中较为重要的一环。燃烧系统中液体燃料的雾化参数，如液滴索特平均直径、液滴速度矢量、液滴粒径数密度对燃烧系统工作性能，如点火、稳定工作范围、燃烧效率、出口温度分布和排放等，都有重要的影响。
对有大流量喷射雾化要求的燃烧系统，如液体火箭发动机、液体发射药火炮，都需要较高的瞬态大流量，普通的外部压力喷射已经难以提供如此高的喷射功率。而再生式喷射装置，是利用燃烧室中的压力，经过差动喷射活塞面的压力放大，将高压作用于液体燃料，以高速高流量喷射进入燃烧室，具有较高的功率密度，且喷射过程完全自适应燃烧室的压力，喷射雾化装置结构简单，易于工程化。但是，再生式喷射装置的大流量特征，往往伴随的是雾化质量不足的缺点，有可能反而降低燃烧系统的燃烧效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种再生式旋流喷射雾化装置，该装置可以提供雾化质量。
实现本发明目的的技术方案为：一种再生式旋流喷射雾化装置，包括活塞本体、活动阀芯；活塞本体沿轴向设置与燃烧室连通的旋流通道，活塞本体沿周向设置若干起旋流道，起旋流道与轴线、径向线设置一定夹角，起旋流道一端与贮液室连通且另一端与流动通道连通，活动阀芯设置于旋流通道内且在外力的作用下开启或关闭旋流通道。
采用上述装置，所述起旋流道与活塞本体轴线间的夹角为锐角，与起旋流道起始处周向切线夹角为非直角，起旋流道之间呈空间三维非对称周期布局。
采用上述装置，旋流通道包括依次相连的旋流室、收缩段、等直段、扩散段；旋流室内壁呈圆柱形，收缩段内壁呈圆台形，等直段内壁呈圆柱形，扩散段内壁呈圆台形，等直段内经最小；起旋流道的开口处位于旋流室内壁上。
采用上述装置，活动阀芯包括三级圆柱体，每一圆柱体之间通过圆台连接，第一级圆柱体的直径最小，第二级圆柱体的直径与等直段内经相同，第三级圆柱体的直径大于等直段内经且小于旋流室内经。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)采用简单结构，利用再生喷射原理，为喷射雾化系统提供高速大流量射流；(2)采用旋流流液通道，为喷射液体燃料提供切向速度，形成较大喷射锥角的环形液膜，增加喷射液膜的不稳定性，雾化为较高质量的喷雾；(3)高质量雾化场可以明显减短点火质量、增加燃烧稳定性、提高燃烧系统燃烧效率；(4)活动阀芯的加入防止旋流低压空腔外部空气回流，阻止回火的发生；(5)本发明环形旋流喷射装置可以安装在任意具有大流量和雾化质量需求的燃烧喷雾系统中，具有较大的通用性。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1是本发明旋流喷射状态示意图。
图2是本发明未开启喷射的工作状态示意图。
图3是本发明活塞本体正视图(a)和侧视图(b)。
图4是本发明三维视图。
具体实施方式
结合图3、图4，一种再生式旋流喷射雾化装置，包括活塞本体2、活动阀芯4、弹簧5。
活塞本体2沿轴向设置通道，通道的内径不完全相同。活塞本体2包括头部和尾部。头部内沿轴向设置槽体，该槽体的内经大于活动阀芯4，方便活动阀芯4放入活塞本体2内。喷射端盖1旋进活塞本体2头部的槽体内。活塞本体2的槽体与喷射端盖1螺纹配合后将活动阀芯4设置于活塞本体2内。
结合图1，活塞本体2头部的通道为旋流通道3，旋流通道3包括依次相连的旋流室32、收缩段33、等直段34、扩散段35，以及设置于活塞本体2内连接旋流室32与贮液室6的若干起旋流道31。
起旋流道31沿活塞本体2周向设置，起旋流道31与轴线、径向线设置一定夹角。具体为起旋流道31与活塞本体2轴线间的夹角为锐角，与起旋流道31起始处周向切线夹角为非直角，起旋流道31之间呈三维非镜像对称周期性布局。三维非镜像对称周期性布局描述的是一种非镜像对称的三维分布，起旋通道31是沿活塞本体2的中心轴呈轴对称，所以也是周期性分布。
旋流室32内壁呈圆柱形，收缩段33内壁呈圆台形，等直段34内壁呈圆柱形，扩散段35内壁呈圆台形，等直段34内经最小；起旋流道31的开口处位于旋流室32内壁上。
活动阀芯4包括头部41和尾部。头部包括三级圆柱体，每一圆柱体之间通过圆台连接，其中第一级圆柱体的直径最小，第二级圆柱体的直径与等直段34内经相同，第三级圆柱体的直径大于等直段34内经且小于旋流室32内经。尾部为棍状且设置于活塞本体2尾部的通道内且穿过活塞本体2。
弹簧5一端固定于活动阀芯4的头部端面上且另一端固定于活塞本体2尾部端面上。弹簧5带有预紧力安装，挤压活动阀芯4紧紧配合在起旋流道31的收缩段33内环表面上，构成密封面12，形成初始密封腔室。当活动阀芯4的活塞头部41右端面42在压力作用下与弹簧5共同作用精确控制旋流通道3开启和关闭。
活塞本体2尾部的通道内沿内壁周向设置一圈限位凸体22。当设计的压力作用在活动阀芯4的压力作用面42后，活动阀芯4压缩弹簧5向左运动，在限位凸体22作用下停止，活动阀芯4刚好与起旋流道31构成连续流液通道面，环形旋流喷射通道3形成
结合图1、图2，本发明的工作原理为：当喷射通道打开，作用在活塞本体2端面21的燃烧室压力压缩活塞本体2向左运动，贮液室6中的液体燃料收到挤压，经过活塞本体2中的起旋流道31，起旋流道31与轴线和径向线有一定夹角，流过旋流通道31的液体燃料具有一定的轴向速度和切向速度，并在旋流室32中形成旋向流动，区别于一般的切向旋向流动，本发明的旋向流动具有较高的轴向速度，可以保证喷射系统的较高流量要求，旋流室32中的液体燃料然后进入收缩段33，进一步提高切向旋向速度，进而液体燃料经过等直段34、扩散段35形成扩散环形液膜，离开扩散段35的液体燃料液膜具有较高的轴向速度和较高的切向旋转速度，大大提高了雾化质量。
当旋流喷嘴工作时，具有一定轴向和切向速度的液体燃料进入旋流通道做旋转流动，具有切向速度的液体燃料以旋转环形液膜喷出，切向速度引起较大雾化角、增加液膜不稳定性，加速液膜的不稳定波破碎和气动破碎，进而提高液体燃料的雾化质量。

Claims (5)

1.一种再生式旋流喷射雾化装置，其特征在于，包括活塞本体(2)、活动阀芯(4)；其中
活塞本体(2)沿轴向设置与燃烧室连通的旋流通道(3)，
活塞本体(2)沿周向设置若干起旋流道(31)，
所述起旋流道(31)与轴线、径向线设置一定夹角，
所述起旋流道(31)一端与贮液室(6)连通且另一端与流动通道(3)连通，
活动阀芯(4)设置于旋流通道(3)内且在外力的作用下开启或关闭旋流通道(3)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述起旋流道(31)与活塞本体(2)轴线间的夹角为锐角，与起旋流道(31)起始处周向切线夹角为非直角，起旋流道(31)之间呈三维非镜像对称周期性布局。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，旋流通道(3)包括依次相连的旋流室(32)、收缩段(33)、等直段(34)、扩散段(35)；其中
旋流室(32)内壁呈圆柱形，
收缩段(33)内壁呈圆台形，
等直段(34)内壁呈圆柱形，
扩散段(35)内壁呈圆台形，
等直段(34)内经最小；
起旋流道(31)的开口处位于旋流室(32)内壁上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，活动阀芯(4)包括三级圆柱体，每一圆柱体之间通过圆台连接，其中
第一级圆柱体的直径最小，
第二级圆柱体的直径与等直段(34)内经相同，
第三级圆柱体的直径大于等直段(34)内经且小于旋流室(32)内经。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，活塞本体(2)尾部设置通道，该通道沿周向设置限位凸体(22)；活动阀芯(4)末端设置棍状结构，该结构穿过通道且穿过活塞本体(2)；活动阀芯(4)末端端面和活塞本体(2)尾部通道端面之间设置弹簧(5)，弹簧(5)套在活动阀芯(4)的棍状结构上；限位凸体(22)限制活动阀芯(4)的行程。
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