CN115105778A - 涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其包括高压压气机、核心机舱、灭火管和引气管,所述灭火管连接于所述核心机舱并与所述核心机舱内相连通,所述引气管的两端分别连接于所述高压压气机和所述灭火管并与所述高压压气机、所述灭火管相连通,以使所述高压压气机内的内涵气流通过所述引气管进入至所述灭火管内。本发明的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,高压压气机内的内涵气流通过引气管将引入至灭火管内,利用高温气体对灭火管内的灭火剂进行加热,以促进灭火剂的喷射雾化效果,从而提高灭火效率。同时,引气管的布局设置不会影响到灭火管和高压压气机的正常使用,占用空间非常小;且结构简单,成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空发动机,特别涉及一种涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置。
背景技术
涡扇发动机核心机舱内部通常存在点火源(包括高温附件、管路及舱内气流)和可燃液体泄漏源(包括燃油,滑油及液压油),当可燃液体触碰到点火源后,很容易造成舱内火灾。为了将火灾造成的危害降至最低,涡扇发动机要求配备有灭火系统。目前涡扇发动机的灭火剂种类通常为卤代烷1301,该类灭火剂由于沸点较低,因而一般采用氮气加压并以液态形式储存在灭火瓶中。当舱内出现火情时,灭火剂会经灭火管路流动后喷射进入核心机舱。喷射时灭火剂会雾化成细小液滴,然后与火焰发生作用,并最终完成灭火。灭火剂的雾化能力直接决定了核心机舱的灭火效率,是涡扇发动机灭火系统设计的重要考虑因素。当灭火剂雾化效果不好时,喷射后的灭火剂可能无法在较短时间内达到灭火要求,严重时甚至会导致无法完成灭火,从而影响飞机安全。
目前已有相关文献提出了促进灭火系统的雾化方法。专利公告号为CN102058948B提出了一种预热水的细水雾灭火方法和装置,该方法在灭火装置中增设加热装置,在灭火之前先将水预热,将加热水连同惰性气体通过旋流式雾化混合器导入到喷嘴中,并采用分段开启的灭火方式喷出气水雾进行灭火。专利公开号为CN104399216A设计了一种灭火用旋射流细水雾喷头,其主要由喷头外部的喷嘴和内部的叶片组成,叶片直接安装在喷头腔体内,且均匀分布在两个喷孔之间,可以起到更好的导流作用,使得喷头体在高压水流作用下旋转。这种同时利用旋射和喷头的装置可以更好地促进雾化,灭火效率高。专利公开号为CN201631953U为了提高飞机发动机舱灭火系统的雾化效率,提出了一种在飞机发动机舱灭火管路出口连接灭火喷嘴的方案,方案中灭火喷嘴为中空腔体,中空腔体上均布有锥度为60°到120°的喷射孔。这种方案结构简单,拆卸较为方便。
考虑到飞机发动机着火时,由于舱内存在高速的通风气流,因此必须在较短的时间内使舱内灭火剂浓度达到要求,而上述专利中,采用在灭火喷嘴处增加雾化器的方式可能会降低灭火剂的释放效率,同时由于实际飞机吊舱内部空间非常有限,将灭火瓶惰性气体空间增加管路的方法应用到真实飞机灭火系统还具有较大的难度。因此结合到实际涡扇发动机的特定结构,如何在不影响灭火剂释放时间的基础上,提高灭火剂的雾化效果是涡扇发动机核心机舱灭火设计关注的重点之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有涡扇发动机核心机舱内部的灭火剂雾化效果差的缺陷,提供一种涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
一种涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特点在于,其包括高压压气机、核心机舱、灭火管和引气管,所述灭火管连接于所述核心机舱并与所述核心机舱内相连通,所述引气管的两端分别连接于所述高压压气机和所述灭火管并与所述高压压气机、所述灭火管相连通,以使所述高压压气机内的内涵气流通过所述引气管进入至所述灭火管内。
在本方案中,采用上述结构形式,高压压气机内的内涵气流通过引气管将引入至灭火管内,利用高温气体对灭火管内的灭火剂进行加热,以促进灭火剂的喷射雾化效果,从而提高灭火效率。同时,引气管的布局设置不会影响到灭火管和高压压气机的正常使用,占用空间非常小;且结构简单,成本低。
较佳地,所述引气管上具有控制阀,所述控制阀用于开关以及控制所述引气管的气流流量。
在本方案中,采用上述结构形式,在发动机正常运行过程中,控制阀处于关闭状态,不会对内涵产生额外的流量损失,不消耗正常发动机运行过程中的内涵流量,保证了发动机的正常运行使用。当发生火情时,控制阀将会被打开,高温气体与灭火剂进行掺混,促进灭火剂的雾化,从而提高灭火效率;发生火情时发动机会立刻切油切气并进入失效状态,因此不再考核发动机性能。同时,通过控制阀控制引气管的气流流量,从而能够控制内涵气流进入引气管内的流量,实现压力的控制,大大提高了涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置的安全稳定性。
较佳地,所述涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置还包括控制器和检测机构,所述检测机构设置于所述核心机舱内,所述控制器的输入端电连接于所述检测机构,所述控制器的输出端电连接于所述控制阀;
所述检测机构用于监测所述核心机舱内是否发生火情并用于发出火情信号,所述控制器用于接收所述火情信号并用于控制所述控制阀的打开。
在本方案中,采用上述结构形式,使得灭火剂充分与高温高压的内涵气流进行掺混,进一步促进灭火剂的雾化。同时,操作控制非常方便,大大提高了涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置的安全稳定性。
较佳地,所述灭火管具有喷口段,且所述喷口段伸入所述核心机舱内,所述引气管位于所述核心机舱内,所述灭火管位于所述核心机舱内,且所述灭火管的端部伸入所述喷口段内。
在本方案中,采用上述结构形式,将引气管设置在核心机舱内与高压压气机之间而不设置在核心机舱外,使得涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置结构增加紧凑,占用空间小,且结构简单,安装设置方便。同时,通过将引气管连接在喷口段,不会影响到灭火管的喷嘴的位置及尺寸设计;同时灭火剂在喷射时对管路上游的流动影响较小,且不影响灭火系统设计的流量、压力等参数。
较佳地,所述喷口段具有若干个灭口喷部,若干个所述灭口喷部在所述核心机舱内沿不同方向延伸设置。
在本方案中,采用上述结构形式,使得通过灭口喷部的灭火剂将喷射至核心机舱内的不同区域,从而保证了核心机舱内不同区域均有足够的灭火剂浓度,大大提高了涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置的灭火效果。
较佳地,所述引气管的端部具有若干个分叉支管部,若干个所述分叉支管部与若干个所述灭口喷部一一对应,且所述分叉支管部伸入至所述灭口喷部内。
在本方案中,采用上述结构形式,通过若干个分叉支管部将提供内涵气流分别进入至若干个灭口喷部内,实现内涵气流能够与灭火剂进行足够的掺混,雾化效果进一步增强,灭火性能显著提升。
较佳地,所述灭口喷部的轴线与所述分叉支管部的轴线平行或者位于同一条直线上。
在本方案中,采用上述结构形式,灭口喷部内的灭火剂的流出方向与分叉支管部内的内涵气流的流出方向一致,从而保证了灭火管内灭火剂的喷射方向不发生变化。同时,由于内涵气流的高温气流方向与灭火剂喷射方向相同,且具有一定的相对速度,高温气流在灭火管出口下游全周向地与灭火剂相互作用促进灭火剂雾化,大大提高灭火效率。
较佳地,所述分叉支管部的内径不小于所述灭口喷部的内径的1/2。
在本方案中,采用上述结构形式,从而保证在引气管的出口下游,内涵气流能够与灭火剂进行足够的掺混。
较佳地,所述灭口喷部的数量为两个,两个所述灭口喷部分别沿所述核心机舱内的两侧延伸设置。
在本方案中,采用上述结构形式,在喷口段的末端进行了分叉,形成两个对称的灭口喷部,从而保证核心机舱内左右两侧均有足够的灭火剂浓度。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于:
本发明的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,高压压气机内的内涵气流通过引气管将引入至灭火管内,利用高温气体对灭火管内的灭火剂进行加热,以促进灭火剂的喷射雾化效果,从而提高灭火效率。同时,引气管的布局设置不会影响到灭火管和高压压气机的正常使用,占用空间非常小;且结构简单,成本低。
附图说明
图1为本发明实施例的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置的内部结构示意图。
图2为图1沿A-A方向的剖视结构示意图。
图3为本发明实施例的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置的局部放大图。
附图标记说明:
核心机舱1
高压压气机2
内涵气流21
灭火管3
喷口段31
灭口喷部311
引气管4
控制阀41
分叉支管部42
灭火瓶5
具体实施方式
下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明,但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
如图1、图2和图3所示,本发明实施例的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置包括核心机舱1、高压压气机2、灭火管3和引气管4,灭火管3连接于核心机舱1并与核心机舱1内相连通,引气管4的两端分别连接于高压压气机2和灭火管3并与高压压气机2、灭火管3相连通,以使高压压气机2内的内涵气流21通过引气管4进入至灭火管3内。
高压压气机2内的内涵气流21将会进入至引气管4内,通过引气管4将会进入至灭火管3内,内涵气流21将会与灭火管3内的灭火剂混合,使得灭火剂的温度得到提高。研究发现灭火剂的雾化效果受温度的影响十分显著,当灭火剂喷射的温度升高时,其雾化效果增强,灭火性能显著提升。例如对于Halon1301灭火剂,当喷射温度从-55℃提高到10℃时,核心机舱1内的灭火剂的体积浓度可以提高约1倍左右,同时其大于6%的持续时间将增加约2-3s。此外,内涵气流21能够增加与灭火管3内的液体灭火剂的相对速度,还增强气体与液体的掺混、剪切作用,从而进一步提高灭火雾化效果。同时,通过将引气管4的两端分别连接于高压压气机2和灭火管3并与高压压气机2、灭火管3相连通,引气管4的布局设置不会影响到灭火管3,也不会影响到高压压气机2的正常使用,占用空间非常小;且结构简单,成本低。
引气管4上具有控制阀41,控制阀41用于开关以及控制引气管4的气流流量。在发动机正常运行过程中,控制阀41处于关闭状态,不会对内涵产生额外的流量损失,不消耗正常发动机运行过程中的内涵流量,保证了发动机的正常运行使用。当发生火情时,控制阀41将会被打开,高压压气机2内的内涵气流21将通过引气管4进入至灭火管3内,高温气体与灭火剂进行掺混,促进灭火剂的雾化,从而提高灭火效率;发生火情时发动机会立刻切油切气并进入失效状态,因此不再考核发动机性能。同时,通过控制引气管4的气流流量,从而能够控制内涵气流21进入引气管4内的流量,实现压力的控制,大大提高了涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置的安全稳定性。
在本实施例中,对于涡扇发动机,当发生火情时,发动机切油切气,进入失效状态,此时高压压气机2内的内涵气流21温度相对于灭火剂喷射温度会高出约60-80℃,同时内涵气流21的气流压力相对于核心机舱1的舱压会高出约1个大气压。利用内涵气流21的增压气体与核心机舱1内的气体的静压差,将高温气体从引气管4导入到灭火管3内进行掺混,从而提高灭火雾化效果。
涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置还包括控制器和检测机构,检测机构设置于核心机舱1内,控制器的输入端电连接于检测机构,控制器的输出端电连接于控制阀41;检测机构用于监测核心机舱1内是否发生火情并用于发出火情信号,控制器用于接收火情信号并用于控制控制阀41的打开。检测机构在监测到核心机舱1内发生火情时,在灭火瓶5喷射灭火剂之前,发动机会立刻切油切气,进入失效状态,不再考核发动机性能;且首先打开控制阀41,随即打开灭火瓶5,使得灭火剂充分与高温高压的内涵气流21进行掺混,进一步促进灭火剂的雾化。同时,操作控制非常方便,大大提高了涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置的安全稳定性。当然,在不发生火情时,控制阀41始终保持关闭状态,保证了发动机的正常运行。其中,检测机构可以为视觉监测、光电监测、温度监测等设备,在此不作限定。
灭火管3具有喷口段31,且喷口段31伸入核心机舱1内,引气管4位于核心机舱1内,灭火管3位于核心机舱1内,且灭火管3的端部伸入喷口段31内。将引气管4设置在核心机舱1内与高压压气机2之间而不设置在核心机舱1外,使得涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置结构增加紧凑,占用空间小,且结构简单,安装设置方便。同时,通过将引气管4连接在喷口段31,不会影响到灭火管3的喷嘴的位置及尺寸设计;同时灭火剂在喷射时对管路上游的流动影响较小,且不影响灭火系统设计的流量、压力等参数。
在本实施例中,在灭火管3上的喷口段31进行开孔,使引气管4嵌入到喷口段31中,喷口段31的开孔位置与引气管4之间采用焊接等方式使之密封。引气管4上安装控制阀41,控制阀41可以在引气管4的进气口附近。在正常情况下,控制阀41为关闭状态。引气管4的两端分别连接于高压压气机2和灭火管3,灭火管3穿过核心机舱1的机舱罩,用于穿过灭火管3的机舱罩开口设置和用于穿过引气管4的高压压气机2的开口位置不做限定,可以在周向上的任何位置,从而保证引气管4不与其他外部管路等发生干涉。
喷口段31具有若干个灭口喷部311,若干个灭口喷部311在核心机舱1内沿不同方向延伸设置。通过若干个灭口喷部311在核心机舱1内沿不同方向延伸设置,使得通过灭口喷部311的灭火剂将喷射至核心机舱1内的不同区域,从而保证了核心机舱1内不同区域均有足够的灭火剂浓度,大大提高了涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置的灭火效果。
在本实施例中,灭口喷部311的数量为两个,两个灭口喷部311分别沿核心机舱1内的两侧延伸设置。在喷口段31的末端进行了分叉,形成两个对称的灭口喷部311,从而保证核心机舱1内左右两侧均有足够的灭火剂浓度。
引气管4的端部具有若干个分叉支管部42,若干个分叉支管部42与若干个灭口喷部311一一对应,且分叉支管部42伸入至灭口喷部311内。通过若干个分叉支管部42将提供内涵气流21分别进入至若干个灭口喷部311内,实现内涵气流21能够与灭火剂进行足够的掺混,雾化效果进一步增强,灭火性能显著提升。
灭口喷部311的轴线与分叉支管部42的轴线平行或者位于同一条直线上。灭口喷部311内的灭火剂的流出方向与分叉支管部42内的内涵气流21的流出方向一致,从而保证了灭火管3内灭火剂的喷射方向不发生变化。同时,由于内涵气流21的高温气流方向与灭火剂喷射方向相同,且具有一定的相对速度,高温气流在灭火管3出口下游全周向地与灭火剂相互作用促进灭火剂雾化,大大提高灭火效率。优选地,分叉支管部42的内径不小于灭口喷部311的内径的1/2。从而保证在引气管4的出口下游,内涵气流21能够与灭火剂进行足够的掺混。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,其包括高压压气机、核心机舱、灭火管和引气管,所述灭火管连接于所述核心机舱并与所述核心机舱内相连通,所述引气管的两端分别连接于所述高压压气机和所述灭火管并与所述高压压气机、所述灭火管相连通,以使所述高压压气机内的内涵气流通过所述引气管进入至所述灭火管内。
2.如权利要求1所述的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,所述引气管上具有控制阀,所述控制阀用于开关以及控制所述引气管的气流流量。
3.如权利要求2所述的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,所述涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置还包括控制器和检测机构,所述检测机构设置于所述核心机舱内,所述控制器的输入端电连接于所述检测机构,所述控制器的输出端电连接于所述控制阀;
所述检测机构用于监测所述核心机舱内是否发生火情并用于发出火情信号,所述控制器用于接收所述火情信号并用于控制所述控制阀的打开。
4.如权利要求1所述的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,所述灭火管具有喷口段,且所述喷口段伸入所述核心机舱内,所述引气管位于所述核心机舱内,所述灭火管位于所述核心机舱内,且所述灭火管的端部伸入所述喷口段内。
5.如权利要求4所述的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,所述喷口段具有若干个灭口喷部,若干个所述灭口喷部在所述核心机舱内沿不同方向延伸设置。
6.如权利要求5所述的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,所述引气管的端部具有若干个分叉支管部,若干个所述分叉支管部与若干个所述灭口喷部一一对应,且所述分叉支管部伸入至所述灭口喷部内。
7.如权利要求6所述的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,所述灭口喷部的轴线与所述分叉支管部的轴线平行或者位于同一条直线上。
8.如权利要求6所述的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,所述分叉支管部的内径不小于所述灭口喷部的内径的1/2。
9.如权利要求5所述的涡扇发动机核心机舱灭火剂喷射雾化装置,其特征在于,所述灭口喷部的数量为两个,两个所述灭口喷部分别沿所述核心机舱内的两侧延伸设置。
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- 2021-03-23 CN CN202110309740.3A patent/CN115105778B/zh active Active
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