CN114087089A - 一种高效点火锥面喷注器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效点火锥面喷注器，可作为液氧酒精水为工质的燃烧类蒸汽发生装置，也可用于其他工质的燃烧类蒸汽发生装置。喷注器主要由喷注盘、氧燃隔板、氧燃喷嘴、氧化剂盖板、氧化剂进口管嘴、燃料进口管嘴等组成，喷注盘的喷注面、氧化剂盖板、氧燃隔板均为锥面，锥面的法线与氧燃喷嘴的轴线平行.喷注盘中心轴线上有点火通道，点火器产生的点火燃气经由点火通道进入喷注盘的下游的燃烧区域，以一定角度撞击、接触、强化掺混并点燃氧燃混合物，提高点火效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体推进推力室喷注器，尤其涉及一种高效点火锥面喷注器，可作为以液氧酒精水为工质的蒸汽发生器的燃烧组织部件，也应用于以其它燃料为工质的燃烧装置。
背景技术
国内外大型主动引射高空模拟试验台多采用基于液体火箭发动机推力室燃烧组织技术的以液氧酒精(异丙醇)水为推进剂的火箭蒸汽发生器供给蒸汽，液氧酒精水三组元蒸汽发生器的液氧酒精喷注雾化过程主要由喷注器完成。目前，液氧酒精水三组元蒸汽发生器广泛采用了两腔三底式或整体式喷注器，喷注面为平面。点火多采用喷注盘轴线中心燃气导管进入点火的方式，点火燃气与喷注的液氧酒精射流轴线平行，点火燃气与液氧酒精混合物的接触面积、接触时间和混合效果不够理想造成点火燃气温度不够高(≤1500K)的情况点火延迟时间较长，提高点火燃气温度又造成燃气导管的热防护困难程度增加，点火燃气供应时间缩短，造成点火成功率降低和燃气导管寿命缩短。
发明内容
发明解决的问题：平面喷注器多采用喷注盘轴线中心燃气导管进入点火的方式，点火燃气与喷注的液氧酒精射流轴线平行，造成点火燃气温度不够高(≤1500K)的情况点火延迟时间较长、点火成功率不够理想。
发明的解决方案：将平面喷注器改为锥面喷注器，喷注面为锥面，氧燃喷嘴轴线与喷注锥面轴线成一定夹角，点火燃气沿喷注锥面轴线进入，点火燃气与氧燃喷嘴喷注的混合物在锥面喷注面下游混合。
发明的优点：增强点火燃气与氧燃喷嘴喷注的氧燃混合物掺混面积和混合时间，实现中等点火燃气温度(≤1500K)情况下可靠点火，并且可以提高氧燃燃烧密度和燃烧室流量密度，减小燃烧室直径尺寸。
下面结合附图和典型实例对本发明做进一步说明。
附图说明
图1本发明提出的高效点火锥面喷注器结构示意图
图2本发明提出的锥面喷注器用氧燃喷嘴结构示意图
图中附图标记为：1-喷注盘，2-氧燃隔板，3-氧燃喷嘴，4-氧化剂盖板，5-氧化剂进口管嘴，6-燃料进口管嘴，7-点火通道，8-氧化剂集液腔，9-燃料集液腔，10-喷注面，11-喷嘴出口段，12-喷嘴进口段，13-氧化剂进口，14-燃料进口。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
由图1可以看出，本发明的高效点火锥面喷注器主要由喷注盘1、氧燃隔板2、氧燃喷嘴3、氧化剂盖板4、氧化剂进口管嘴5、燃料进口管嘴6组成，各组成部件之间采用熔焊焊接结构。喷注盘中心轴线上有点火通道7，由专门设置在上游的点火器进行点火，点火器可以是火炬点火器、等离子点火器、电点火器等。
本实施例中第一工质为液氧，第二工质为酒精，对应的集液腔8为氧化剂腔，集液腔9为燃料腔。
由图2可以看出，氧燃喷嘴3为氧化剂/燃料一体化喷嘴，采用同轴离心喷嘴或直流多击式喷嘴，主要由出口段11、进口段12、氧化剂进口13、燃料进口14组成。
氧化剂盖板4位于喷注盘1的顶部，与喷注盘1和氧燃隔板2形成集液腔8，集液腔8与氧化剂进口管嘴5连通；喷注盘1与氧燃隔板2形成集液腔9，集液腔9与燃料进口管嘴6连通。
喷注盘1的喷注面10法线与喷注盘1轴线夹角为5-10°，并设置多个圆孔用于与氧燃喷嘴3连接，每个圆孔尺寸与氧燃喷嘴3的出口段11外形尺寸一致，且每个圆孔的轴线与喷注面10的法线平行。氧燃隔板2上与喷注面10上的圆孔对应位置设置圆孔，每个圆孔的轴线与喷注面10上对应圆孔的轴线重合，每个圆孔直径与氧燃喷嘴3的进口段12外形尺寸一致。
氧化剂盖板4上加工氧化剂孔，孔径与氧化剂进口管嘴5的公称通径相等，流通面积不小于集液腔8内所有氧燃喷嘴3的氧化剂进口面积总和的4倍以上，以便降低流阻和保证等压流动。
喷注盘1上与集液腔9连通的位置加工有径向孔，径向孔流通面积不小于集液腔9内所有氧燃喷嘴3的燃料进口面积总和的4倍以上，以便降低流阻和保证等压流动。燃料进口管嘴6与径向孔焊接连接，且孔径与径向孔直径相等。
锥面喷注器工作时，在控制系统操纵下，氧化剂由氧化剂进口管嘴5进入集液腔8进行充填，充填压力达到一定值时氧化剂经由氧燃喷嘴3的氧化剂路喷射入喷注面10的下游；同时，燃料由燃料进口管嘴6经喷注盘1的径向孔进入集液腔9进行充填，充填压力达到一定值燃料经由氧燃喷嘴3的燃料路喷射入喷注面10的下游并与氧化剂混合形成氧燃混合物。点火器产生的点火燃气经由点火通道7进入喷注面10的下游，以一定角度撞击、接触并点燃氧燃混合物，燃烧火焰继续向下游传播。
采用本发明的20kg/s液氧酒精水蒸汽发生器喷注器在试验台上经过多次点火验证，发生器工作平稳，燃烧室性能与热防护效果良好，满足高性能液氧酒精水蒸汽发生器设计要求。
以上是对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不现定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见的能够想象到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。
Claims (5)
1.一种高效点火锥面喷注器，其特征在于：包括喷注盘(1)、氧燃隔板(2)、氧燃喷嘴(3)、氧化剂盖板(4)、氧化剂进口管嘴(5)、燃料进口管嘴(6)；所述各部件之间采用熔焊焊接连接形成两腔三底结构；所述氧化剂盖板(4)位于顶部，与喷注盘(1)、氧燃隔板(2)之间形成氧化剂集液腔(8)，与氧化剂进口管嘴(5)连通；所述氧燃隔板(2)与喷注盘(1)之间形成燃料集液腔(9)，与燃料进口管嘴(6)连通；所述喷注盘(1)、氧燃隔板(2)、氧化剂盖板(3)为共轴分布。
2.根据权利要求1所述的高效点火锥面喷注器，其特征在于：喷注盘(1)的喷注面(10)、氧化剂盖板(4)、氧燃隔板(2)均为锥面，锥面法向与喷注盘(1)对称轴夹角为5-10°。
3.根据权利要求1所述的高效点火锥面喷注器，其特征在于：氧燃喷嘴(3)为氧化剂、燃料一体化喷嘴，喷嘴形式为同轴离心喷嘴或直流多击式喷嘴。
4.根据权利要求1所述的高效点火锥面喷注器，其特征在于：空间布局上，氧燃喷嘴(3)的轴线与喷注面(10)、氧化剂盖板(4)、氧燃隔板(2)的法线平行。
5.根据权利要求1所述的高效点火锥面喷注器，其特征在于：喷注盘中心轴线上有点火通道(7)，由设置在上游的点火器进行点火。
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