CN116182192B - 一种用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃烧和点火技术领域，公开了一种用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环。气膜冷却点火环的主体为点火环，点火环装夹在燃烧加热设备的喷注器与加热器之间；点火环由内壳和外壳组成，外壳上均布若干个气膜孔，内壳和外壳之间设置有与气膜孔连通的环形的气膜冷却环缝；点火环的周向均布气膜冷却管；点火环上还设置有火炬点火器；火炬点火器点燃加热器形成高温燃气，同时，空气从气膜冷却管进入点火环，经气膜孔进入气膜冷却环缝，对内壳进行冷却，隔绝加热器的高温燃气与内壳壁面之间的传热，保护火炬点火器，避免火炬点火器被高温燃气烧蚀。气膜冷却点火环既满足可靠点火的需要，又减小火炬点火器被烧蚀的风险，同时方便拆装和检查。
Description
技术领域
本发明属于燃烧和点火技术领域，具体涉及一种用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环。
背景技术
液体火箭发动机、空气加热器等燃烧设备均需要强迫点火装置引燃，火炬点火器是最常用的点火装置。火炬点火器的作用是产生高能点火源，高能点火源引燃燃料和氧化剂实现发动机、加热器等设备的点火燃烧。
为成功点燃燃烧设备，点火位置十分关键。常规的点火位置可分为身部点火和头部点火。
身部点火方案一般将火炬点火器安装在喷注器下游、燃烧加热器壁面，该方案的好处是：第一，点火位置在喷注器下游，燃料和氧化剂充分掺混、雾化，对点火能量要求降低，容易点火；第二，对火炬点火器长度基本没有要求，只需插入穿透燃烧加热器壁面即可，减小结构长度对减小热变形是很有利的。但是身部点火的方案也具有明显的不足，由于点火位置远离喷注器，火炬点火器处于燃烧加热器燃烧形成的高温燃气环境中，温度可达到2000K以上，这对火炬点火器的热防护提出了极高的要求。长期运行的地面燃烧加热设备经常出现火炬点火器烧蚀的问题，不仅直接导致火炬点火器损坏；被烧蚀的火炬点火器在燃烧加热器壁面上形成的回流区会使火焰驻定，直接威胁到燃烧加热器本身的安全运行。
现有的研究表明，燃料与氧化剂充分雾化、掺混、燃烧的区域在5倍喷嘴直径的下游区域，距喷注面板约50mm以上，燃烧形成的高温气流也在这一区域。因此，靠近喷注面板的区域热环境则不那么严苛；如果能使火炬点火器尽量靠近喷注面板，被烧蚀的可能性将大大降低。但是，加热器端部一般都设有冷却水通道，与喷注器的连接处是厚度较大的法兰，因此空间十分有限，采用身部点火方案则意味着火炬点火器只能安装于距喷注器较远的下游位置，烧蚀的风险不可避免。
于是有研究人员提出了头部点火的方案。采取头部点火方案时，火炬点火器插入喷注面板内，穿过喷注面板进入燃烧室。头部点火避免了火炬点火器承受加热器的高温热环境，解决了火炬点火器的烧蚀问题。但是头部点火方案也存在缺点：首先是导致喷注器结构复杂。火炬点火器插入喷注器内，破坏了喷注器的原有结构，带来了安装和密封的新问题。喷注器是高压环境且加热器工作时工况复杂，通常会产生振动，火炬点火器的插入使喷注器泄漏的风险增加。其次是喷注器一般具有一定高度，这就使火炬点火器的长度大大增加。火炬点火器本身也要燃烧产生高温燃气，长度增加会导致热变形严重，造成拆装困难，影响使用。
综上所述，目前的身部点火方案和头部点火方案都存在缺点，当前，亟需发展一种用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环，解决了火炬点火器的靠近喷注器安装的问题。
本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环，其特点是，所述的气膜冷却点火环的主体为点火环，点火环装夹在燃烧加热设备的喷注器与加热器之间；
点火环由内环的内壳和外环的外壳组成，外壳上均布有若干个气膜孔，内壳和外壳通过环形的盖板连接成整体，内壳和外壳之间设置有与气膜孔连通的环形的气膜冷却环缝；
点火环的周向均布贯穿外壳的气膜冷却管，气膜冷却管通过焊接方式固定在气膜冷却管安装孔中；点火环上还设置有若干个火炬点火器，火炬点火器通过柱面过渡配合方式插入火炬点火器安装孔并贯穿点火环，火炬点火器还通过安装法兰的螺栓组件固定在点火环上；
火炬点火器点燃加热器形成高温燃气，同时，空气从气膜冷却管进入点火环，经气膜孔进入气膜冷却环缝，对内壳进行冷却，隔绝加热器的高温燃气与内壳壁面之间的传热，保护火炬点火器，避免火炬点火器被高温燃气烧蚀。
进一步地，所述的气膜冷却环缝的空气喷注压降范围为0.1MPa~1MPa。
进一步地，所述的火炬点火器的安装面与喷注器之间的距离为20mm。
进一步地，所述的空气为常温，流量范围为0.5kg/s~2kg/s。
本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环中的火炬点火器的安装面距离喷注器20mm，此位置为相对低温区域，降低了火炬点火器被烧蚀风险。
本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环上设计若干个火炬点火器安装位置，增加了点火可靠性。同时，在本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环上安装火炬点火器，避免了在加热器或者喷注器上打孔，不破坏加热器或者喷注器的结构，提升了加热器的安全性。
本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环具有以下特点：
1.点火位置靠近喷注器，降低了火炬点火器被烧蚀风险；
2.点火环采用气膜冷却环缝进行冷却，结构简单、有效；
3.避免在加热器本体或喷注器上打孔，不破坏加热器本体结构，提高了燃烧加热设备的安全性；
4.点火环上设置若干个火炬点火器安装位置，增加了点火可靠性；
5.火炬点火器采用榫槽面法兰与加热器连接，拆装方便。
本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环夹装在喷注器与加热器之间，采用气膜冷却环缝进行冷却，既满足可靠点火的需要，又减小火炬点火器被烧蚀的风险，同时又方便拆装和检查。
附图说明
图1为本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环的结构示意图；
图2为本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环的剖面图；
图3为本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环的Ⅰ局部放大图；
图4为本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环中的气膜孔示意图。
图中，1.点火环；2.气膜冷却管；3.火炬点火器；4.盖板；5.外壳；6.内壳；7.气膜孔；8.火炬点火器安装孔；9.气膜冷却管安装孔；10.安装法兰。
实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1~图4所示，本发明的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环的主体为点火环1，点火环1装夹在燃烧加热设备的喷注器与加热器之间；
点火环1由内环的内壳6和外环的外壳5组成，外壳5上均布有若干个气膜孔7，内壳6和外壳5通过环形的盖板4连接成整体，内壳6和外壳5之间设置有与气膜孔7连通的环形的气膜冷却环缝；
点火环1的周向均布贯穿外壳5的气膜冷却管2，气膜冷却管2通过焊接方式固定在气膜冷却管安装孔9中；点火环1上还设置有若干个火炬点火器3，火炬点火器3通过柱面过渡配合方式插入火炬点火器安装孔8并贯穿点火环1，火炬点火器3还通过安装法兰10的螺栓组件固定在点火环1上；
火炬点火器3点燃加热器形成高温燃气，同时，空气从气膜冷却管2进入点火环1，经气膜孔7进入气膜冷却环缝，对内壳6进行冷却，隔绝加热器的高温燃气与内壳6壁面之间的传热，保护火炬点火器3，避免火炬点火器3被高温燃气烧蚀。
进一步地，所述的气膜冷却环缝的空气喷注压降范围为0.1MPa~1MPa。
进一步地，所述的火炬点火器3的安装面与喷注器之间的距离为20mm。
进一步地，所述的空气为常温，流量范围为0.5kg/s~2kg/s。
实施例1
本实施例的气膜冷却管2有3个，均布在点火环1上；火炬点火器3有2个，与气膜冷却管2交错安装在点火环1上，2个火炬点火器3之间的安装角度为120°；气膜孔7有114个，气膜孔7内径为Φ5mm；气膜冷却环缝的宽度根据空气流量确定，保证空气喷注压降在0.1MPa~1MPa之间。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (4)
1.一种用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环，其特征在于，所述的气膜冷却点火环的主体为点火环（1），点火环（1）装夹在燃烧加热设备的喷注器与加热器之间；
点火环（1）由内环的内壳（6）和外环的外壳（5）组成，外壳（5）上均布有若干个气膜孔（7），内壳（6）和外壳（5）通过环形的盖板（4）连接成整体，内壳（6）和外壳（5）之间设置有与气膜孔（7）连通的环形的气膜冷却环缝；
点火环（1）的周向均布贯穿外壳（5）的气膜冷却管（2），气膜冷却管（2）通过焊接方式固定在气膜冷却管安装孔（9）中；点火环（1）上还设置有若干个火炬点火器（3），火炬点火器（3）通过柱面过渡配合方式插入火炬点火器安装孔（8）并贯穿点火环（1），火炬点火器（3）还通过安装法兰（10）的螺栓组件固定在点火环（1）上；
火炬点火器（3）点燃加热器形成高温燃气，同时，空气从气膜冷却管（2）进入点火环（1），经气膜孔（7）进入气膜冷却环缝，对内壳（6）进行冷却，隔绝加热器的高温燃气与内壳（6）壁面之间的传热，保护火炬点火器（3），避免火炬点火器（3）被高温燃气烧蚀。
2.根据权利要求1所述的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环，其特征在于，所述的气膜冷却环缝的空气喷注压降范围为0.1MPa~1MPa。
3.根据权利要求1所述的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环，其特征在于，所述的火炬点火器（3）的安装面与喷注器之间的距离为20mm。
4.根据权利要求1所述的用于燃烧加热设备的气膜冷却点火环，其特征在于，所述的空气为常温，流量范围为0.5kg/s~2kg/s。
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