CN112503570A - 燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置及点火方法 - Google Patents

燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置及点火方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置及方法，解决目前大量流量或大尺度空气燃烧加热器的点火装置，存在结构复杂、点火方式不稳定、点火环境要求高、安全风险大的问题。装置包括空气压缩机构、压缩空气缓存罐、第一高压绝热管道、第二高压绝热管道、设在第一高压绝热管道上的第一高温高压隔离阀、设在第二高压绝热管道上的第二高温高压隔离阀；空气压缩机构通过第一高压绝热管道与压缩空气缓存罐连通，压缩空气缓存罐通过第二高压绝热管道与燃烧型空气加热器的点火孔对接；压缩空气缓存罐内壁或外壁设有耐高温绝热层；压缩空气缓存罐上设有高温高压放气阀；第一、第二高温高压隔离阀、高温高压放气阀内壁设有高温隔热层。

Description

燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置及点火方法
技术领域
本发明属于冲压发动机试验领域，涉及一种高温压缩空气点火装置，具体涉及一种燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置及燃烧型空气加热器的点火方法。
背景技术
为了研究冲压发动机在高空的飞行过程，需建立试验空气加热系统以模拟飞行状态下的高焓来流。针对冲压发动机的地面试验,无论是自由射流式还是直连式试验，空气加热器是其关键设备之一。燃烧型空气加热器可以保证长时间稳定工作，但是燃烧型空气加热器需要外部能量来启动。因此，可靠简单的点火装置是燃烧型空气加热器能够正常工作的前提条件，也使加热器的点火装置成为冲压发动机试验平台的关键部件之一。
目前冲压发动机试验中，空气燃烧加热器的点火装置主要有火药点火器、火花塞、等离子点火器、火炬点火器等。目前大尺度或大流量的试验台的空气加热器均采用的是火炬点火器。火炬点火器均由火花塞点火系统、燃料供应系统、燃烧室、喷管等部件组成。火炬点火器的优点主要是点火能量大，但是该类点火器，其点火环境要求高、结构比较复杂，且点火方式不稳定、安全风险较大。
发明内容
为了解决大流量或大尺度空气燃烧加热器的点火装置，存在点火环境要求高、结构复杂、点火方式不稳定、安全风险较大的技术问题，本发明提供了一种燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，其特殊之处在于：包括空气压缩机构、压缩空气缓存罐、第一高压绝热管道、第二高压绝热管道、第一高温高压隔离阀和第二高温高压隔离阀；
所述空气压缩机构的出口与第一高压绝热管道的进口连通，第一高压绝热管道的出口与所述压缩空气缓存罐的入口连通，压缩空气缓存罐的出口与所述第二高压绝热管道的进口连通，第二高压绝热管道的出口用于与燃烧型空气加热器的点火孔对接；
所述第一高温高压隔离阀设置在第一高压绝热管道上；
所述第二高温高压隔离阀设置在第二高压绝热管道上；
所述空气压缩机构用于产生压缩空气；
所述压缩空气缓存罐用于存储高温高压的压缩空气，所述高温为900K～1100K，所述高压为25MPa～30MPa；压缩空气缓存罐内壁或者外壁设有耐高温绝热层；
所述压缩空气缓存罐上设有高压绝热排气管道，高压绝热排气管道上设有高温高压放气阀；
所述压缩空气缓存罐上安装有测温元件和测压元件；
所述第一高温高压隔离阀、第二高温高压隔离阀、高温高压放气阀内壁均设有高温隔热层。
进一步地，所述空气压缩机构为高温高压柱塞泵。
进一步地，所述压缩空气缓存罐的设计指标为35MPa，容积为3m3。
进一步地，所述第一高温高压隔离阀、第二高温高压隔离阀和高温高压放气阀的参数指标均为PN35MPa DN20，1200K。
进一步地，所述压缩空气缓存罐采用钢材质；
所述第一高压绝热管道和第二高压绝热管道均为高温合金管。
进一步地，所述高温为1000K，所述高压为25MPa。
同时，本发明提供了一种燃烧型空气加热器的点火方法，其特殊之处在于：采用上述燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，所述点火方法包括以下步骤：
1)向压缩空气缓存罐中充气
1.1)打开第一高温高压隔离阀，并关闭第二高温高压隔离阀；
1.2)使用空气压缩机构持续对常温空气进行压缩，压缩后的空气通过第一高压绝热管道进入压缩空气缓存罐内；
1.3)在压缩空气缓存罐内储存的压缩空气压力达到所述高压要求时，
若温度小于所述高温要求，压缩空气缓存罐上的高温高压放气阀自动打开进行排气，至压缩空气缓存罐内的压缩空气压力小于所述高压时，压缩空气缓存罐上高温高压放气阀自动关闭，返回步骤1.2)；
若温度达到所述高温要求时，空气压缩机构停止工作，并关闭第一高温高压隔离阀；
2)点火过程
2.1)将第二高压绝热管道的出口与燃烧型空气加热器的点火孔对接；
2.2)打开第二高温高压隔离阀，压缩空气缓存罐内高温高压的压缩空气喷入到燃烧型空气加热器的点火孔处；
在高温高压的空气直接喷入到燃烧型空气加热器的点火孔处时，燃烧型空气加热器的液氧、酒精和空气同时供应；
2.3)酒精和液氧在高温高压的压缩空气作用下直接点燃。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明点火装置通过空气压缩机构对常温空气进行压缩产生压缩空气，并储存于压缩空气缓存罐中，空气压缩机构持续工作，并通过耐高温绝热层实现压缩空气缓存罐的绝热处理，使压缩空气缓存罐内的压缩空气满足高温高压要求，本发明采用高温高压空气直接作为燃烧型空气加热器的点火源，具有点火安全性好的特点。
2、本发明压缩空气缓存罐上设有高温高压放气阀，避免压缩空气缓存罐内的空气压力过大对罐体造成损坏。
3、本发明在压缩空气缓存罐中储存高温高压的压缩空气，燃烧型空气加热器需要点火时，仅打开第二高温高压隔离阀即可，具有点火方式简单以及对点火环境无要求的特点。
4、本发明点火装置仅包括空气压缩机构、压缩空气缓存罐和管道，具有结构简单的特点。
附图说明
图1是发明燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置结构示意图；
其中，附图标记如下：
1-空气压缩机构，2-第一高温高压隔离阀，3-第一高压绝热管道，4-压缩空气缓存罐，5-第二高压绝热管道，6-第二高温高压隔离阀，7-高压绝热排气管道，8-高温高压放气阀，9-燃烧型空气加热器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
如图1所示，一种燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，包括空气压缩机构1、压缩空气缓存罐4、第一高压绝热管道3、第二高压绝热管道5、第一高温高压隔离阀2和第二高温高压隔离阀6；空气压缩机构1的出口与第一高压绝热管道3的进口连通，第一高压绝热管道3的出口与压缩空气缓存罐4的入口连通，压缩空气缓存罐4的出口与第二高压绝热管道5的进口连通，第二高压绝热管道5的出口用于与燃烧型空气加热器9的点火孔对接。
空气压缩机构1用于产生压缩空气，压力为25MPa，为了保证压缩空气的温度，本实施例采用高温高压柱塞泵进行压缩，优选采用三级高温高压柱塞泵，该柱塞泵可以保证压缩的空气温度为1000K。
压缩空气缓存罐4主要用于存储高温高压的压缩空气，高温为900K～1100K，高压为25MPa～30MPa，本实施例中选择高温1000K，高压25MPa。压缩空气缓存罐4的设计指标为最大承压力35MPa，容积为3m3。压缩空气缓存罐4内壁或者外壁设有耐高温绝热材料，形成耐高温绝热层，用于对容器内部高温高压的压缩空气进行保温；压缩空气缓存罐4采用钢材质，用于承受压力。压缩空气缓存罐4的上端设有高压绝热排气管道7，高压绝热排气管道7上设有高温高压放气阀8，高温高压放气阀8可根据压缩空气缓存罐4内的压力大小自动打开或者关闭，具体为压缩空气缓存罐4内压缩空气压力超过25MPa时，高温高压放气阀8打开放气，降低压缩空气缓存罐4内压缩空气的压力，在压力小于25MPa时，高温高压放气阀8自动关闭。
压缩空气缓存罐上安装有测温元件和测压元件，用于对压缩空气缓存罐内温度和压力进行测量。
第一高压绝热管道3用于连接空气压缩机构1和压缩空气缓存罐4，第二高压绝热管道5用于连接压缩空气缓存罐4和燃烧型空气加热器9，第一高压绝热管道3、第二高压绝热管道5以及上述高压绝热排气管道7指标均为PN35MPa DN20，1200K，且均采用高温合金管，可承受高压和高温。
第一高温高压隔离阀2设置在第一高压绝热管道3上，第一高温高压隔离阀2用于空气压缩机构1和压缩空气缓存罐4之间的隔离；第二高温高压隔离阀6设置在第二高压绝热管道5上，第二高温高压隔离阀6用于压缩空气缓存罐4和燃烧型加热器之间隔离；第一高温高压隔离阀2、第二高温高压隔离阀6和高温高压放气阀8的指标均为PN35MPa DN20，1200K；第一高温高压隔离阀2、第二高温高压隔离阀6、高温高压放气阀8要求管道内壁有高温隔热材料，形成高温隔热层。
基于上述燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，本实施例提供了一种燃烧型空气加热器的点火方法，包括以下步骤(图1中，箭头方向为空气流动方向)：
1)向压缩空气缓存罐4中充气
1.1)打开第一高温高压隔离阀2，并关闭第二高温高压隔离阀6；
1.2)常温环境下的空气通过柱塞泵进行三级压缩，保证泵出口压力25MPa，同时温度为1000K左右，压缩后的空气通过第一高压绝热管道3进入压缩空气缓存罐4内，此时第二高温高压隔离阀6和高温高压放气阀8均处于关闭状态，随着柱塞泵不断工作，气体在压缩空气缓存罐4内储存。压缩空气缓存罐4内的空气压力不断升高，同时压缩空气缓存罐4壁上有耐高温的绝热材料，因此罐内空气的温度也升高。当压缩空气缓存罐4内的压缩空气压力大于25MPa，但温度小于1000K时，压缩空气缓存罐4上的高温高压放气阀8打开进行排气，在压缩空气缓存罐4内的压缩空气压力小于25MPa，高温高压放气阀8会自动关闭。空气压缩机构1持续对常温空气进行压缩，压缩空气缓存罐4上高温高压放气阀8根据压力变化自动打开和关闭；
1.3)在压缩空气缓存罐4内的压缩空气一直保持在25MPa的压力，1000K温度时，空气压缩机构1停止工作，并关闭第一高温高压隔离阀2。
2)点火过程
2.1)将第二高压绝热管道5的出口与燃烧型空气加热器9的点火孔对接；
2.2)打开第二高温高压隔离阀6，压缩空气缓存罐4内高温高压的压缩空气喷入到燃烧型空气加热器9的点火孔处；
在高温高压的空气直接喷入到燃烧型空气加热器9的点火孔处时，燃烧型空气加热器9的液氧、酒精和空气同时供应；
2.3)酒精和液氧在高温高压的压缩空气作用下(温度为1000K下)直接点燃，从而实现了燃烧型空气加热器9的点火工艺要求。
本实施例通过柱塞泵对压缩空气缓存罐4充气，并通过绝热处理，在燃烧型空气加热器9点火试验前，提前对压缩空气缓存罐4内进行充气，保证在燃烧型空气加热器9点火试验前，压缩空气缓存罐4内压缩空气保持在高温高压状态。在燃烧型空气加热器9需要点火时，并采用高温高压空气直接作为燃烧型空气加热器9的点火源，具有点火安全性好、点火简单的特点。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (7)

1.一种燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，其特征在于：包括空气压缩机构(1)、压缩空气缓存罐(4)、第一高压绝热管道(3)、第二高压绝热管道(5)、第一高温高压隔离阀(2)和第二高温高压隔离阀(6)；
所述空气压缩机构(1)的出口与第一高压绝热管道(3)的进口连通，第一高压绝热管道(3)的出口与所述压缩空气缓存罐(4)的入口连通，压缩空气缓存罐(4)的出口与所述第二高压绝热管道(5)的进口连通，第二高压绝热管道(5)的出口用于与燃烧型空气加热器(9)的点火孔对接；
所述第一高温高压隔离阀(2)设置在第一高压绝热管道(3)上；
所述第二高温高压隔离阀(6)设置在第二高压绝热管道(5)上；
所述空气压缩机构(1)用于产生压缩空气；
所述压缩空气缓存罐(4)用于存储高温高压的压缩空气，所述高温为900K～1100K，所述高压为25MPa～30MPa；压缩空气缓存罐(4)内壁或者外壁设有耐高温绝热层；
所述压缩空气缓存罐(4)上设有高压绝热排气管道(7)，高压绝热排气管道(7)上设有高温高压放气阀(8)；
所述压缩空气缓存罐(4)上安装有测温元件和测压元件；
所述第一高温高压隔离阀(2)、第二高温高压隔离阀(6)、高温高压放气阀(8)内壁均设有高温隔热层。
2.根据权利要求1所述燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，其特征在于：所述空气压缩机构(1)为高温高压柱塞泵。
3.根据权利要求2所述燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，其特征在于：所述压缩空气缓存罐(4)的设计指标为35MPa，容积为3m3。
4.根据权利要求1至3任一所述燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，其特征在于：所述第一高温高压隔离阀(2)、第二高温高压隔离阀(6)和高温高压放气阀(8)的参数指标均为PN35MPa DN20，1200K。
5.根据权利要求4所述燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，其特征在于：所述压缩空气缓存罐(4)采用钢材质；
所述第一高压绝热管道(3)和第二高压绝热管道(5)均为高温合金管。
6.根据权利要求1所述燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，其特征在于：所述高温为1000K，所述高压为25MPa。
7.一种燃烧型空气加热器的点火方法，其特征在于：采用权利要求1所述燃烧型空气加热器用高温压缩空气点火装置，所述点火方法包括以下步骤：
1)向压缩空气缓存罐(4)中充气
1.1)打开第一高温高压隔离阀(2)，并关闭第二高温高压隔离阀(6)；
1.2)使用空气压缩机构(1)持续对常温空气进行压缩，压缩后的空气通过第一高压绝热管道(3)进入压缩空气缓存罐(4)内；
1.3)在压缩空气缓存罐(4)内储存的压缩空气压力达到所述高压要求时，
若温度小于所述高温要求，压缩空气缓存罐(4)上的高温高压放气阀(8)自动打开进行排气，至压缩空气缓存罐(4)内的压缩空气压力小于所述高压时，压缩空气缓存罐(4)上高温高压放气阀(8)自动关闭，返回步骤1.2)；
若温度达到所述高温要求时，空气压缩机构(1)停止工作，并关闭第一高温高压隔离阀(2)；
2)点火过程
2.1)将第二高压绝热管道(5)的出口与燃烧型空气加热器(9)的点火孔对接；
2.2)打开第二高温高压隔离阀(6)，压缩空气缓存罐(4)内高温高压的压缩空气喷入到燃烧型空气加热器(9)的点火孔处；
在高温高压的空气直接喷入到燃烧型空气加热器(9)的点火孔处时，燃烧型空气加热器(9)的液氧、酒精和空气同时供应；
2.3)酒精和液氧在高温高压的压缩空气作用下直接点燃。
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