CN110318885B - 一种液压驱动式粉末燃料输送装置 - Google Patents
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Abstract
一种液压驱动式粉末燃料输送装置，所述输送装置包括粉末燃料储箱和离散器；所述粉末燃料储箱包括端盖、直段、收敛段和输粉管，所述端盖、所述直段、所述收敛段和所述输粉管依次连接形成一个完整的空腔；所述离散器通过离散器连杆与所述输粉管连接，所述离散器通过离散器连杆与设置在所述输粉管端部的螺纹管套连接。所述直段内安装有活塞，将所述直段分为液压腔和粉末燃料装填腔。所述收敛段内安装有液体燃料输送管导向装置，所述液体燃料输送管导向装置由连杆和筒套组成，所述连杆连接收敛段和筒套。所述粉末燃料储箱轴向中心位置安装有液体燃料输送管，所述液体燃料输送管分别穿过端盖中心孔、活塞中心孔和液体燃料输送管导向装置的中心位置。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天动力技术领域，尤其涉及一种液压驱动式粉末燃料输送装置。
背景技术
粉末燃料（如铝、镁、硼等）具有较高的能量热值和体积热值，同时储存和运输方便，使其在航天动力推进领域得到了广泛的关注，且越来越多的以粉末为燃料的发动机被相继提出，如镁粉/二氧化碳粉末发动机，粉末燃料冲压发动机以及铝粉/水冲压发动机等。在上述粉末燃料发动机中，受工作环境限制，粉末燃料的输送多为气压或气力输送形式，即气压驱动粉末燃料储箱内活塞以推动粉末运动，同时粉末燃料储箱中的流化气携带颗粒喷入燃烧室。由于粉末燃料气力输送形式需要有额外的气源，增加了粉末气力输送形式在液体燃料发动机中的应用难度，所以目前在液体火箭发动机中，粉末燃料通常作为添加剂与液体燃料混合后使用。但该方式的不足之处在于：液体燃料中的粉末颗粒在一段时期后会出现沉降现象，导致燃料组分分布不均，引起相关燃烧问题。
由此，为解决粉末燃料在以液体燃料为主的发动机中的应用问题，一方面是要提高粉末颗粒在液体燃料中悬浮稳定性；另一方面则是需要提出适应于液体燃料发动机的粉末输送装置。在液体燃料发动机中，液体燃料喷注动力都来自于液压泵，如果将液压泵一部分的液压引入粉末燃料储箱以驱动储箱内活塞运动，另引一路进入粉末燃料储箱中以喷注液体燃料，喷出的液体燃料与颗粒燃料混合后形成固液两相流输出。通过上述方式，在不需要增加额外的驱动动力前提下，可将粉末燃料顺利输出。另外，粉末燃料的输出量可通过控制液压驱动的流量和压力实现。而在燃烧方面，由于颗粒燃料是以固液两相形式输出的，颗粒表面包裹着的液体燃料会率先蒸发燃烧，从而在颗粒周围形成高温区域，有益于颗粒燃料的点火燃烧。通过组织上述液压驱动式粉末燃料输送装置，可将其应用于铝粉/水冲压发动机、液体火箭发动机、航空发动机加力燃烧室等。因此，亟需研究开发一种液压驱动式粉末燃料输送装置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种液压驱动式粉末燃料输送装置，所述输送装置包括粉末燃料储箱和离散器；所述粉末燃料储箱包括端盖、直段、收敛段和输粉管，所述端盖、所述直段、所述收敛段和所述输粉管依次连接形成一个完整的空腔；所述端盖上设有端盖中心孔和液压接口，所述端盖中心孔设置在所述端盖的中心位置，所述直段底部设有粉末燃料加注口；所述离散器通过离散器连杆与所述输粉管连接。
其中，所述离散器为耐高温的锥形结构，通过离散器连杆与设置在所述输粉管端部的螺纹管套连接。
其中，所述直段内安装有活塞，将所述直段分为液压腔和粉末燃料装填腔；所述活塞分为前部和后部两部分，所述前部和所述后部之间形成空腔，所述前部的外径小于所述后部的外径；所述活塞中心位置设有活塞中心孔，所述后部上开设小孔。
其中，所述收敛段内安装有液体燃料输送管导向装置，所述液体燃料输送管导向装置由连杆和筒套组成，所述连杆连接所述收敛段和所述筒套。
其中，所述粉末燃料储箱轴向中心位置安装有液体燃料输送管，所述液体燃料输送管分别穿过所述端盖中心孔、所述活塞中心孔和所述液体燃料输送管导向装置的中心位置。
其中，所述液体燃料输送管在靠近所述端盖的一头，通过内螺母和外螺母分别与之配套，所述内螺母置于所述液压腔内，所述外螺母置于所述端盖外；所述液体燃料输送管与所述活塞中心孔之间采用O型圈密封；所述液体燃料输送管与所述液体燃料输送管导向装置之间通过间隙配合。
其中，所述离散器连杆的数量为2-4根，并呈周向均匀分布。
其中，所述直段与所述收敛段连接的角度在105-165度之间。
其中，所述前部与所述后部之间的距离为2-5cm；所述后部上开设的小孔数量为2-6个，并呈周向均匀分布，所述小孔的面积之和小于所述液压接口的面积。
其中，所述连杆的数量为2-4根，并呈周向均匀分布。
本发明的有益效果：本发明提供的液压驱动式粉末燃料输送装置，优点在于充分利用液体燃料发动机中液压泵特点，通过液压形式驱动活塞运动，且粉末燃料不再通过气体流化，而是液体燃料流化，使整个粉末供给装置无需额外的驱动能源；且液压驱动式粉末供给装置相比气压驱动式粉末供给装置在粉末流量调节和控制方面的效能更高。相比粉末燃料与液体燃料预混方式，本发明无需考虑颗粒的沉降问题，且粉末输送量也可实时调控。本发明提供的液压驱动式粉末燃料输送装置可用于多种类型发动机以提高发动机燃烧性能，应用前景广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的液压驱动式粉末燃料输送装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的液压驱动式粉末燃料输送装置中粉末燃料储箱的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的液压驱动式粉末燃料输送装置中活塞的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的液压驱动式粉末燃料输送装置中液体燃料输送管导向装置的结构示意图；
图中：1-粉末燃料储箱，101-端盖，102-直段，103-收敛段，104-输粉管，105-粉末燃料加注口，106-端盖中心孔，107-液压接口，2-液压腔，3-活塞，301-前部，302-后部，303-活塞中心孔，304-小孔，4-粉末燃料装填腔，5-液体燃料输送管导向装置，501-连杆，502-筒套，6-离散器连杆，7-离散器，8-螺纹管套，9-液体燃料输送管，10-内螺母，11-外螺母。
具体实施方式
以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
一种液压驱动式粉末燃料输送装置，如图1-4所示，所述输送装置包括粉末燃料储箱1和离散器7；所述粉末燃料储箱1包括端盖101、直段102、收敛段103和输粉管104，所述端盖101、所述直段102、所述收敛段103和所述输粉管104依次连接形成一个完整的空腔；所述端盖101上设有端盖中心孔106和液压接口107，所述端盖中心孔106设置在所述端盖101的中心位置，所述直段102底部设有粉末燃料加注口105；所述离散器7通过离散器连杆6与所述输粉管104连接，所述离散器7为耐高温的锥形结构，通过离散器连杆6与设置在所述输粉管104端部的螺纹管套8连接，所述输粉管104的出口外壁为外螺纹结构，其出口安装离散器7，所述螺纹管套8连接所述输粉管104的外螺纹；通过旋转所述螺纹管套8，即可调整所述离散器7与所述输粉管104出口的距离。
所述直段102内安装有活塞3，将所述直段102分为液压腔2和粉末燃料装填腔4，所述液压腔2用于从液压接口107引入从泵输出的液压工质（液体燃料），以驱动活塞3向前运动；所述活塞3分为前部301和后部302两部分，所述前部301和所述后部302之间形成空腔，所述前部301的外径小于所述后部302的外径；所述活塞3中心位置设有活塞中心孔303，所述后部302上开设小孔304。
所述收敛段103内安装有液体燃料输送管导向装置5，所述液体燃料输送管导向装置5由连杆501和筒套502组成，所述连杆501连接所述收敛段103和所述筒套502，所述连杆501与所述收敛段103之间通过间隙配合；所述粉末燃料储箱1轴向中心位置安装有液体燃料输送管9，为了增加所述活塞3沿所述液体燃料输送管9运动时的同轴度，在所述液体燃料输送管9的另一头接所述液体燃料输送管导向装置，使所述液体燃料输送管9分别穿过所述端盖中心孔106、所述活塞中心孔303和所述液体燃料输送管导向装置5的中心位置。
所述液体燃料输送管9在靠近所述端盖101的一头，通过内螺母10和外螺母11分别与之配套，所述内螺母10置于所述液压腔2内，所述外螺母11置于所述端盖101外，通过旋转内螺母10和外螺母11，即可调整所述液体燃料输送管9在粉末燃料储箱1中的长度；所述液体燃料输送管9与所述活塞中心孔303之间采用O型圈密封；所述液体燃料输送管9与所述液体燃料输送管导向装置5之间通过间隙配合。
所述离散器连杆6的数量为3根，并呈周向均匀分布；所述直段102与所述收敛段103连接的角度在135度之间；所述前部301与所述后部302之间的距离为3cm；所述后部302上开设的小孔304数量为2个，并呈周向均匀分布，所述小孔304的面积之和小于所述液压接口107的面积；所述连杆501的数量为4根，并呈周向均匀分布。
在本发明实施例中，
所述离散器连杆6的数量可以是2根或4根，并呈周向均匀分布；
所述直段102与所述收敛段103连接的角度可以是110度，120度，130度，140度，150度或160度；
所述前部301与所述后部302之间的距离可以是2cm，2.5cm，3.5cm，4cm，4.5cm；
所述后部302上开设的小孔304数量可以是3个，4个，5个，6个，并呈周向均匀分布，所述小孔304的面积之和小于所述液压接口107的面积；
所述连杆501的数量可以是2根或3根，并呈周向均匀分布。
本发明提供的液压驱动式粉末燃料输送装置，具体工作过程为：
泵输出的液体燃料分别注入液压腔2和液体燃料输送管9中，在液压作用下，活塞3开始推动粉末向前运动，粉末燃料储箱收敛段103处的粉末会向液体燃料输送管9的出口处汇聚，此时液体燃料输送管9输出高速液体燃料，冲击出口附近的粉末燃料并形成固液两相流动，流经输粉管104并在出口与离散器7作用，将固液两相离散开。
以上实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述输送装置包括粉末燃料储箱（1）和离散器（7）；所述粉末燃料储箱（1）包括端盖（101）、直段（102）、收敛段（103）和输粉管（104），所述端盖（101）、所述直段（102）、所述收敛段（103）和所述输粉管（104）依次连接形成一个完整的空腔；所述端盖（101）上设有端盖中心孔（106）和液压接口（107），所述端盖中心孔（106）设置在所述端盖（101）的中心位置，所述直段（102）底部设有粉末燃料加注口（105）；所述离散器（7）通过离散器连杆（6）与所述输粉管（104）连接。
2.根据权利要求1所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述离散器（7）为耐高温的锥形结构，通过离散器连杆（6）与设置在所述输粉管（104）端部的螺纹管套（8）连接。
3.根据权利要求1所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述直段（102）内安装有活塞（3），将所述直段（102）分为液压腔（2）和粉末燃料装填腔（4）；所述活塞（3）分为前部（301）和后部（302）两部分，所述前部（301）和所述后部（302）之间形成空腔，所述前部（301）的外径小于所述后部（302）的外径；所述活塞（3）中心位置设有活塞中心孔（303），所述后部（302）上开设小孔（304）。
4.根据权利要求3所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述收敛段（103）内安装有液体燃料输送管导向装置（5），所述液体燃料输送管导向装置（5）由连杆（501）和筒套（502）组成，所述连杆（501）连接所述收敛段（103）和所述筒套（502）。
5.根据权利要求4所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述粉末燃料储箱（1）轴向中心位置安装有液体燃料输送管（9），所述液体燃料输送管（9）分别穿过所述端盖中心孔（106）、所述活塞中心孔（303）和所述液体燃料输送管导向装置（5）的中心位置。
6.根据权利要求5所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述液体燃料输送管（9）在靠近所述端盖（101）的一头，通过内螺母（10）和外螺母（11）分别与之配套，所述内螺母（10）置于所述液压腔（2）内，所述外螺母（11）置于所述端盖（101）外；所述液体燃料输送管（9）与所述活塞中心孔（303）之间采用O型圈密封；所述液体燃料输送管（9）与所述液体燃料输送管导向装置（5）之间通过间隙配合。
7.根据权利要求1-6中任意一项权利要求所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述离散器连杆（6）的数量为2-4根，并呈周向均匀分布。
8.根据权利要求1-6中任意一项权利要求所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述直段（102）与所述收敛段（103）连接的角度在105-165度之间。
9.根据权利要求3-6中任意一项权利要求所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述前部（301）与所述后部（302）之间的距离为2-5cm；所述后部（302）上开设的小孔（304）数量为2-6个，并呈周向均匀分布，所述小孔（304）的面积之和小于所述液压接口（107）的面积。
10.根据权利要求4-6中任意一项权利要求所述的一种液压驱动式粉末燃料输送装置，其特征在于：所述连杆（501）的数量为2-4根，并呈周向均匀分布。
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