CN115095463B - 一种可适配多种试验器的射流点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可适配多种试验器的射流点火装置，包括外壳、供油集气机构、火花塞机构、射流管；外壳设有依次连通的输入端、预燃室和输出端；供油集气机构包括集气室、供氧管和节流管；供氧管与集气室密封连接，且供氧管与集气室的内部连通；节流管与供氧管为可拆卸式连接，节流管与供氧管密封连通，节流管有多种，多种节流管用于限制供氧管通入集气室的气流大小；供油集气机构的外壁与输入端的内壁螺纹密封连接，供油集气机构用于向预燃室喷射燃料和气体；火花塞机构邻近输入端与外壳固定连接，且火花塞机构与预燃室密封连通；射流管安装于输出端，射流管与输出端密封连通，射流管与预燃室直连。

Description

一种可适配多种试验器的射流点火装置

技术领域

本发明涉及发动机点火装置领域，特别涉及一种可适配多种试验器的射流点火装置。

背景技术

射流点火称为预燃室射流点火，在涡轮发动机、冲压发动机或者加力燃烧室外，把燃烧室原有的火花塞更换为一个小的预燃室(燃烧室与预燃室通过一个射流孔连接)，在预燃室内混入氧化剂和燃料并将其点燃，此时预燃室内温度和压力急剧升高使火焰喷进燃烧室将主燃烧室点燃。

目前多数有关发动机的试验器点火装置为火花塞，火花塞提供的能量十分有限且固定，能量输出是间断性的无法持续提供点火能量，且火花塞的点火区域窄。

现有的射流点火装置体积较大，混合气体流量较大整体结构复杂制作成本较高。点火器腔压突增幅度大，经常采用单向阀的设计阻止燃气倒流，使得点火器火焰间断供应不能连续提供点火能量。

通常点火器产生能量较大，为了使预燃室内火焰顺利进入预定区域，同时防止点火器腔室因压力突增破裂，而导致火焰泄露。腔室常常采用焊接或一体成型的形式，使用固定喷油孔或者固定喷嘴在预燃室端面进行供油，难以大幅控制供油量大小，点火能量难以控制容易烧蚀主燃烧室。

归纳来讲，现有射流点火器具有以下缺点：

适用能力较差，一款点火器通常仅供一种发动机使用，导致研发成本增加；

点火器体积较大，难以用于小型发动机；

点火能量难以大幅度改变，火焰间断，不能持续点火；

为此急需一种能够解决现有射流点火器无法持续点火的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可适配多种试验器的射流点火装置，以解决现有射流点火器无法持续点火的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可适配多种试验器的射流点火装置，包括外壳、供油集气机构、火花塞机构、射流管；所述外壳设有依次连通的输入端、预燃室和输出端；所述供油集气机构包括集气室、供氧管和节流管；所述供氧管与所述集气室密封连接，且所述供氧管与所述集气室的内部连通；所述节流管与所述供氧管为可拆卸式连接，所述节流管与所述供氧管密封连通，所述节流管有多种，多种所述节流管用于限制所述供氧管通入所述集气室的气流大小；所述供油集气机构的外壁与所述输入端的内壁螺纹密封连接，所述供油集气机构用于向所述预燃室喷射燃料和气体；所述火花塞机构邻近所述输入端与所述外壳固定连接，且所述火花塞机构与所述预燃室密封连通；所述射流管安装于所述输出端，所述射流管与所述输出端密封连通，所述射流管与所述预燃室直连。

在其中一个实施例中，所述外壳设有依次密封连接的输入段、聚合段、预燃段和输出段；所述输入段为中空圆柱体，所述聚合段和所述输出段均为中空锥形体，所述预燃段为中空圆柱体；所述聚合段和所述输出段的锥形体大端均与所述预燃段连接；所述输入段设有所述输入端，所述输出段的锥形体小端上设有所述输出端。

在其中一个实施例中，所述聚合段为等腰三角形的中空锥形体，所述等腰三角形的顶角角度为80°到108°。

在其中一个实施例中，所述供油集气机构包括供油单元；所述集气室内部中空，所述集气室上设有多个通孔，多个所述通孔与所述预燃室连通，所述集气室的外壁与所述输入端的外壁螺纹密封连接；所述供油单元设有依次连通的供油管和离心喷嘴，所述供油管和所述离心喷嘴密封连接；所述供油单元贯穿所述集气室，所述离心喷嘴伸入所述预燃室内。

在其中一个实施例中，所述离心喷嘴与所述供油管螺纹连接。

在其中一个实施例中，所述节流管设有封闭端，所述封闭端上设有气孔，所述气孔用于控制通入所述供氧管气体的气流大小。

在其中一个实施例中，所述射流管的一端与所述输出端连接固定，所述射流管的另一端的外壁设有连接螺纹。

在其中一个实施例中，所述火花塞机构包括火花塞和火花塞座；所述火花塞与所述火花塞座螺纹连接，所述火花塞座与所述预燃室密封连通；所述火花塞伸入所述预燃室内。

在其中一个实施例中，所述射流点火装置还包括转接机构；所述转接机构包括螺纹管和火焰延长管；所述螺纹管与所述射流管螺纹连接，所述火焰延长管的外侧套接于所述螺纹管的内侧。

在其中一个实施例中，所述射流点火装置还包括助燃气体罐；所述助燃气体罐的出气端与所述节流管密封连通。

本发明的有益效果如下：

为解决现有技术的点火装置，体积大、不通用和点火能量难以改变不能持续点火的问题，

1、所述集气室的外壁与所述输入端的外壁螺纹密封连接；采用螺纹配合环形安装面安装密封的所述供油集气机构，在结构上缩小了点火器整体体积。跟现有技术的采用多个螺栓配合外壳螺纹孔安装密封的效果对比，去除了螺栓安装的设计，减小了安装所需体积达到了缩小点火器体积的目的。

2、所述射流管的一端与所述输出端连接固定，所述射流管的另一端的外壁设有连接螺纹。所述射流管采用圆柱外螺纹结构，安装的发动机仅需开启与之相匹配小孔且在主燃烧室外壁面开内螺纹孔即可快速安装。

若需要适配主燃烧室较深的发动机；所述射流点火装置还包括转接机构；所述转接机构包括螺纹管和火焰延长管；所述螺纹管与所述射流管螺纹连接，所述火焰延长管的外侧套接于所述螺纹管的内侧。仅需通过额外安装所述转接机构便可适配主燃烧室较深的发动机。

本小型射流点火装置采用氧气作为氧化剂，由于使用氧气流量较小，若需安装在氧化剂非氧气的发动机上时，所述射流点火装置还包括助燃气体罐；所述助燃气体罐的出气端与所述节流管密封连通；仅需加装小体积的储有氧气的所述助燃气体罐即可使用。

依次达到适配较多发动机的有益效果，以提高射流点火器的通用性。

3、所述节流管与所述供氧管为可拆卸式连接，且所述节流管设有封闭端，所述封闭端上设有气孔，所述气孔用于控制通入所述供氧管气体的气流大小；所述离心喷嘴与所述供油管螺纹连接；该射流点火装置，均可通过更换不同的所述节流管和离心喷嘴，来调节射流点火装置的点火能量，使射流点火装置的持续点火成为可能。

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所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，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明射流点火装置的结构示意图；

图2是本发明的转接机构的结构示意图。

附图标记如下：

1、外壳；11、输入段；111、输入端；12、聚合段；13、预燃段；131、预燃室；14、输出段；141、输出端；15、顶角；

2、供油集气机构；21、集气室；211、通孔；22、供油单元；221、供油管；222、离心喷嘴；23、供氧管；24、节流管；241、封闭端；242、气孔；

3、火花塞机构；31、火花塞；32、火花塞座；

4、射流管；41、连接螺纹；

5、转接机构；51、螺纹管；52、火焰延长管；

6、卡套接头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

射流点火装置的一个实施例如图1所示，包括外壳1、供油集气机构2、火花塞机构3、射流管4；外壳1设有依次连通的输入端111、预燃室131和输出端141；供油集气机构2包括集气室21、供氧管23和节流管24；供氧管23与集气室21密封连接，且供氧管23与集气室21的内部连通；节流管24与供氧管23为可拆卸式连接，节流管24与供氧管23密封连通，节流管24有多种，多种节流管24用于限制供氧管23通入集气室21的气流大小；供油集气机构2的外壁与输入端111的内壁螺纹密封连接，供油集气机构2用于向预燃室131喷射燃料和气体；火花塞机构3邻近输入端111与外壳1固定连接，且火花塞机构3与预燃室131密封连通；射流管4安装于输出端141，射流管4与输出端141密封连通，射流管4与预燃室131直连。

有关上述的外壳1，外壳1设有依次密封连接的输入段11、聚合段12、预燃段13和输出段14；输入段11为中空圆柱体，聚合段12和输出段14均为中空锥形体，预燃段13为中空圆柱体；聚合段12和输出段14的锥形体大端均与预燃段13连接；输入段11设有输入端111，输出段14的锥形体小端上设有输出端141。

有关上述的供油集气机构2，供油集气机构2包括供油单元22；集气室21内部中空，集气室21上设有多个通孔211，多个通孔211与预燃室131连通，集气室21的外壁与输入端111的外壁螺纹密封连接；供油单元22设有依次连通的供油管221和离心喷嘴222，供油管221和离心喷嘴222密封连接；供油单元22贯穿集气室21，离心喷嘴222伸入预燃室131内。

其中集气室21的结构，集气室21采用上小下大的锥形体与圆柱体结合而成，集气室21的下端面设有多个通孔211，集气室21的外侧圆柱面设有密封外螺纹。

在进行应用时，优选集气室21的外壁面进行定位密封的基准面。将集气室21以螺纹形式安装进入外壳1体中，在环形安装密封面和外圈螺纹的双重作用下，大幅提高了预燃室131密封效果，同时本发明减小了射流点火装置的安装面积。

进一步的，为了保证离心喷嘴222的燃油雾化效果和避免雾滴接触接触预燃室131壁面，此实施例如图1所示，聚合段12为等腰三角形的中空锥形体，等腰三角形的顶角15角度为80°到108°。

在进行应用时，离心喷嘴222的燃油射出角为60°左右，而锥顶角15的角度譬如为90°大于燃油射出角，通过通入氧气气体快速流动碰撞离心喷嘴222喷出的燃油颗粒，使其破裂成更小颗粒，保证液滴雾化效果同时带动煤油颗粒进入预燃室131中央，在气流和预燃室131型面的双重作用下，避免了油雾碰壁；提高了煤油雾化效果，使得气液混合物活性提高，进而提高了燃烧效率。而且锥形空间预燃室131的加工成本更低，对比半圆或半椭圆预燃室131方案，锥形空间减少了工料浪费达到降低成本的目的。

进一步的，为了实现射流点火装置的大幅控制点火能量，此实施例如图1所示，离心喷嘴222与供油管221螺纹连接。节流管24设有封闭端241，封闭端241上设有气孔242，气孔242用于控制通入供氧管23气体的气流大小。

其中，如图1所示，供氧管23和节流的封闭端241通过卡套接头6进行密封连接。

在进行应用时，大幅控制点火能量能够使射流点火装置，适配不同发动机和不同点火工况，采用可拆卸的集气室21及可更换节流管24设计，方便更换离心喷嘴222和节流管24调整供油量和供氧量以适配不同发动机，确保能够持续点火，还可进行射流点火装置的日常维护与更换易损部件。离心喷嘴222优选通过螺纹与供油管221连接，市面上常用离心喷嘴222为螺纹连接，可减少实验成本。

节流管24优选通过卡套接头6与供氧管23连接，节流管24需要单独制造，节流管24有多种，每种节流管24的气孔242大小都不相同，通过接入不同的节流管24，使通入氧气时，氧气通过不同大小的气孔242调整氧气流量。通过调整氧气流量与供油流量，从而达到控制射流点火装置的输出能量的目的。

控制燃油与氧气在一定比例下，提高两者流量，能提高点火器输出能量。在使用氧气和煤油的发动机时，更换合适的节流管24和离心喷嘴222即可与主燃烧室共用相同气源和燃料源，从而提高试验系统的集成度。

有关上述的射流管4，射流管4的一端与输出端141连接固定，射流管4的另一端的外壁设有连接螺纹41。

有关上述的火花塞机构3，火花塞机构3包括火花塞31和火花塞座32；火花塞31与火花塞座32螺纹连接，火花塞座32与预燃室131密封连通；火花塞31伸入预燃室131内。

在进行应用时，因为火花塞31与火花塞座32是螺纹连接的，所以可根据试验的情况更换不同的火花塞31，但需要确定的是火花塞31与火花塞座32连接的位置尺寸是否相配。

进一步的，为了使射流点火装置适配多种发动机使用，此实施例如图1和图2所示，射流点火装置还包括转接机构5；转接机构5包括螺纹管51和火焰延长管52；螺纹管51与射流管4螺纹连接，火焰延长管52的外侧套接于螺纹管51的内侧。

其中，螺纹管51安装火焰延长管52的一端设有封板，封板上设有一小孔；火焰延长管52的一端设有凸缘，凸缘套接于螺纹管51内，火焰延长管52的另一端穿过小孔，伸出螺纹管51外。

在进行应用时，为了适配多种发动机燃烧室及降低实验成本，采用设有连接螺纹41的射流管4及转接机构5设计，使一台射流点火装置能适配多台发动机，仅需在发动机的主燃烧室壁面设置火焰射入螺纹孔，即可安装此射流点火装置。在试验结构较为复杂的发动机时，可通过转接机构5将射流管4延长至发动机点燃区域。螺纹管51优选304钢材，火焰延长管52优选钨合金打造，由于螺纹管51主要作用是与射流管4相连，不需要较高的耐热，而火焰延长管52为火焰主流域，需要接触预燃室131射出的和发动机主燃烧室的双重高温火焰，故采用耐温高的钨合金。

进一步的，为了实现射流点火装置在非氧气作为氧化剂的发动机上应用，射流点火装置还包括助燃气体罐；助燃气体罐的出气端与节流管24密封连通。

在进行应用时，由于该射流点火装置采用氧气作为氧化剂，使用氧气流量较小，若安装在氧化剂非氧气的发动机上时，仅需加装小体积的助燃气体罐即可使用；具体的助燃气体罐内储有氧气。

在试验的时候，试验结果表明，该射流点火装置的射流管4出口温度超过1400K；

其中，1、在使用1.5加仑离心喷嘴222时，火焰以绝压0.8mpa喷出，火焰长度接近150mm，火焰直径接近15mm；

2、在使用3加仑离心喷嘴222时，火焰以绝压2.9mpa喷出，火焰长度超过200mm，火焰直径接近35mm；

3、在加装转接机构5时，火焰延长管52的出口火焰长度减少，仅为100mm。

有益效果，在油气比例合适的情况下，该射流点火装置几乎无积碳。

射流点火装置的工作原理：

在射流点火装置使用燃料为煤油，氧化剂为氧气时，高压氧气依次通过节流管24和供氧管23进入集气室21内，而后通过集气室21下端面开设的通孔211进入预燃室131。煤油依次通过供油管221和离心喷嘴222进入预燃室131，由于离心喷嘴222的雾化效果，使煤油以微小颗粒进入到预燃室131。煤油颗粒与氧气通过掺混后，火花塞31使用电火花将热能输入预燃室131，点燃氧气和煤油的混合物形成高温高压燃气，经过输出段14渐缩段汇聚后通过射流管4，射入发动机的主燃烧室中。

其中，在氧气供应方面，由于节流管24上设置了气孔242，对氧气起到了节流的效果，可以通过控制高压氧气压力或者更换节流管24(更换具有不同气孔242型号的节流管24)，起到精准控制氧气流量的效果。

在煤油供应方面，由于集气室21与输入端111通过螺纹连接，离心喷嘴222也与供油管221使用螺纹连接，在需要不同供油量时：

1、在小范围内可以通过改变供油压力小幅改变供油量，

2、在大范围内在可以通过更换不同流量的离心喷嘴222，改变点火器的供油量。

由于氧气和煤油供应量均可精密调控，氧气和煤油按照一定比例调整大小，能控制此射流点火装置的输出能量，根据所需点火的发动机主燃烧室进行输出能量匹配。

有益效果，精准控制的氧气煤油供应量提高了预燃室131内的燃烧效率，大幅减小了射入发动机主燃烧室的未燃物质，进而减小了射流点火装置对主燃烧室的影响。

以上所述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。

Claims (10)

1.一种可适配多种试验器的射流点火装置，其特征在于，

包括外壳、供油集气机构、火花塞机构、射流管；

所述外壳设有依次连通的输入端、预燃室和输出端；

所述供油集气机构包括集气室、供氧管和节流管；

所述供氧管与所述集气室密封连接，且所述供氧管与所述集气室的内部连通；所述节流管与所述供氧管为可拆卸式连接，所述节流管与所述供氧管密封连通，所述节流管有多种，每种所述节流管的气孔大小都不相同，多种所述节流管用于限制所述供氧管通入所述集气室的气流大小；

所述供油集气机构的外壁与所述输入端的内壁螺纹密封连接，所述供油集气机构用于向所述预燃室喷射燃料和气体；

所述火花塞机构邻近所述输入端与所述外壳固定连接，且所述火花塞机构与所述预燃室密封连通；

所述射流管安装于所述输出端，所述射流管与所述输出端密封连通，所述射流管与所述预燃室直连。

2.根据权利要求1所述的射流点火装置，其特征在于，

所述外壳设有依次密封连接的输入段、聚合段、预燃段和输出段；

所述输入段为中空圆柱体，所述聚合段和所述输出段均为中空锥形体，所述预燃段为中空圆柱体；

所述聚合段和所述输出段的锥形体大端均与所述预燃段连接；

所述输入段设有所述输入端，所述输出段的锥形体小端上设有所述输出端。

3.根据权利要求2所述的射流点火装置，其特征在于，

所述聚合段为等腰三角形的中空锥形体，所述等腰三角形的顶角角度为80°到108°。

4.根据权利要求1所述的射流点火装置，其特征在于，

所述供油集气机构包括供油单元；

所述集气室内部中空，所述集气室上设有多个通孔，多个所述通孔与所述预燃室连通，所述集气室的外壁与所述输入端的外壁螺纹密封连接；

所述供油单元设有依次连通的供油管和离心喷嘴，所述供油管和所述离心喷嘴密封连接；

所述供油单元贯穿所述集气室，所述离心喷嘴伸入所述预燃室内。

5.根据权利要求4所述的射流点火装置，其特征在于，

所述离心喷嘴与所述供油管螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的射流点火装置，其特征在于，

所述节流管设有封闭端，所述封闭端上设有气孔，所述气孔用于控制通入所述供氧管气体的气流大小。

7.根据权利要求1所述的射流点火装置，其特征在于，

所述射流管的一端与所述输出端连接固定，所述射流管的另一端的外壁设有连接螺纹。

8.根据权利要求1所述的射流点火装置，其特征在于，

所述火花塞机构包括火花塞和火花塞座；

所述火花塞与所述火花塞座螺纹连接，所述火花塞座与所述预燃室密封连通；所述火花塞伸入所述预燃室内。

9.根据权利要求1所述的射流点火装置，其特征在于，

所述射流点火装置还包括转接机构；

所述转接机构包括螺纹管和火焰延长管；

所述螺纹管与所述射流管螺纹连接，所述火焰延长管的外侧套接于所述螺纹管的内侧。

10.根据权利要求1所述的射流点火装置，其特征在于，

所述射流点火装置还包括助燃气体罐；

所述助燃气体罐的出气端与所述节流管密封连通。

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