CN203604065U - 一种无催化床的中等浓度过氧化氢/煤油燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，是針对现有技术使用高浓度过氧化氢的使用性不好及使用低浓度过氧化氢的比冲低而提出。该燃烧室有二击式气液喷注器，将引入的70％-79％过氧化氢分解产物同煤油雾化混合并随之燃烧。有70％-79％过氧化氢有进有出的再生冷却通道，冷却燃烧室各段内壁。该燃烧室使用安全性高、腐蚀性小、大部分地区一年四季都能用和价格低的推进剂，具有燃烧温度低、技术难度小、使用寿命长、工作可靠性高、比冲尚可和密度比冲高、火箭导弹推进皆宜等优点。主要用于火箭导弹领域的泵压式火箭发动机、舰艇等动力装置、快速清除路面冰雪装置和热力清除海上石油污染装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及过氧化氢／煤油燃烧室(推力室)。
背景技术
以高浓度过氧化氢作为氧化剂和煤油作为燃料的液体推进剂燃烧室已发展六十余年。过氧化氢浓度从开始的80％增加到现在的90％-98％。90％-98％过氧化氢的价格贵和安全性不够高，冰点-11.5℃-2.5℃偏高，催化分解温度高达740℃-946℃，与煤油燃烧温度2450℃-2660℃也高。90％-98％过氧化氢／煤油燃烧室因比冲较高和密度比冲很高而适用于挤压式火箭发动机和泵压式火箭发动机，但还有技术难度大、工作寿命短、不适宜导弹推进等缺点，实际应用不广不多。
本人提出的“催化分解低浓度过氧化氢反应器和燃烧室及其应用”发明专利(CN102658066A)，使用低浓度40％-70％过氧化氢，价格便宜和安全性高，冰点低至-56℃--40℃，催化分解温度低至135℃-340℃，与柴油或煤油的燃烧温度比1000℃-2000℃低，有以民用为主、军民用结合的多用途。该燃烧室是一种有催化床的低浓度过氧化氢／煤油燃烧室，由于密度比冲较高及能用低浓度过氧化氢分解产物增压储箱，适用于挤压式火箭发动机，但比冲低不适宜泵压式火箭发动机。
发明内容
针对高浓度过氧化氢／煤油燃烧室使用价格贵、安全性不够高、冰点偏高、分解温度和与煤油燃烧温度高的90％-98％过氧化氢，存在技术难度大、工作寿命短、不适宜导弹推进、实际应用不广不多等缺点，还针对低浓度过氧化氢／煤油燃烧室使用比冲低的40％-70％过氧化氢，不适宜泵压式火箭发动机，为了使过氧化氢／煤油燃烧室成本较低、安全性高、大部分地区一年四季都能用、分解温度和燃烧温度低、技术难度小、工作寿命长和在火箭导弹领域的应用较多并能用到民用等其它领域，本实用新型提供新型的一种中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室。
本实用新型的燃烧室使用中等浓度70％-79％过氧化氢，价格较低，安全性高，腐蚀性小，冰点-40℃-25℃和沸点125℃-131℃，大部分地区一年四季 都能用。分解温度267℃-485℃及与煤油的燃烧温度1958℃-2228℃都较低。这种过氧化氢有工业级和航天级两种产品。工业级是指游离酸、不挥发物、总碳、硝酸盐等杂质含量符合中华人民共和国国家标准GB1616-2003要求，价格便宜。航天级是杂质含量低得多的高纯度过氧化氢，有经认可的生产企业标准，其价格数倍于工业级。根据不同用途的经济性要求和不同的燃料品种，酌情选用工业级或航天级产品。
本实用新型的燃烧室使用三种煤油燃料之一：航天煤油、航空煤油或自燃煤油。民用项目也可用加油站供应的价廉柴油代煤油。航天煤油是中国航天系统专用的常温密度0.83g／cm3的煤油。航空煤油是3号喷气燃料或2号喷气燃料。自燃煤油是与70％以上浓度过氧化氢自燃的低毒含煤油混合燃料。本人提出的“一种与70％-98％过氧化氢自燃的四组分系燃料”发明专利(CN102863994A)，给出了一类自燃煤油的配方。
本实用新型的无催化床燃烧室，由头部和身部组成。头部的喷注器盘上面均匀布置多个喷注中等浓度过氧化氢分解产物的气喷孔和与其轴线相交的喷注煤油的液喷孔，构成二击式气液喷注器。这种喷注器使推进剂组元雾化混合好，保证燃烧均匀完全。燃烧室混合比一般取70％-79％过氧化氢与煤油的化学计算量混合比10.26-9.09，燃烧产物为二氧化碳和水蒸汽。根据热力清除海上石油污染需要，燃烧室需取富氧混合比，燃烧产物还有氧气。由于燃料流量相对小，液喷孔直径也小，有助于燃料雾化细微和取得高燃烧效率。
本实用新型的无催化床燃烧室，身部各段内壁和外壁之间有各段夹层通道，让作为再生冷却剂的70％-79％过氧化氢从中流过，对各段内壁进行冷却。冷却后热的液体过氧化氢送至反应器催化分解成含氧气和水蒸汽的气体或还含少量液态水的气液流，经驱动低压比涡轮后全部进入燃烧室与煤油雾化混合，再由设置在燃烧室头部中央的电火花塞点火后燃烧。
当使用航天级70％-79％过氧化氢作为氧化剂和选用自燃煤油作为燃料时，才可以不设置电火花塞。相应的燃烧室头部结构需做一些改变，燃烧室身部结构则保持不变。
本实用新型的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，是对低浓度过氧化氢／煤油燃烧室及高浓度过氧化氢／煤油燃烧室的良好折衷，吸收了其各自的优点，克服了它们的主要缺点。
与低浓度过氧化氢／煤油燃烧室相比，本实用新型的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室的使用性差一些，但仍属使用性好或较好。燃烧温度提高一些，加上无催化床而与反应器、涡轮泵等配套使用，消除了涡轮排气损失，把比冲低变 为比冲尚可，密度比冲由较高变为高。适宜火箭导弹领域用途多的泵压式火箭发动机，并能用作舰艇等动力装置。因排气温度高、速度快和含水蒸汽少，用作快速清除路面冰雪装置的除冰雪效果更好些。另外，富氧混合比燃烧室因为排气温度高和含氧多，用作热力清除海上石油污染装置的除油污效果更隹。
与现有的航天用高浓度过氧化氢／煤油燃烧室相比，本实用新型的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室有较低燃烧温度，技术难度小，使用寿命长、工作可靠性高和火箭导弹推进皆宜。过氧化氢浓度由90％-98％降低到70％-79％，冰点和价格都降低较多，安全性高，腐蚀性小，大部分地区一年四季都能用，使用性好或较好。用于泵压式火箭发动机，可扩大应用范围和增加使用次数。
附图说明
图1是本实用新型一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室结构示意图。
图2是图1燃烧室取消电火花塞后的头部结构示意图。
图1和图2都是轴对称剖面图。
具体实施方式
图1和图2是本实用新型的两个优选实施例。
如图1所示，本实用新型一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，由头部和身部组成，头部包括电火花塞1、安装座2、锥盖3、反应产物导入管4、喷注器盘5、燃料导入管6和盖板7，身部包括盖板8、过氧化氢导出管9、集液环10、圆柱段外壁11、圆柱段内壁12、收敛段外壁13、收敛段内壁14、扩散段外壁15、扩散段内壁16、过氧化氢导入管17、集合器18、尾环19、加强环20和连接环21，除电火花塞1外的各零件均焊接固定。
本实用新型一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，头部喷注器盘5上均布的轴向气喷孔22和斜的液喷孔23构成70％-79％过氧化氢分解产物同煤油的二击式气液喷注器，身部的过氧化氢导入管17、集合器18、扩散段夹层通道26、收敛段夹层通道25、圆柱段夹层通道24、集液环10和过氧化氢导出管9构成70％-79％过氧化氢有进有出的再生冷却通道。
本实用新型一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，头部喷注器盘5上斜的液喷孔23直径0.5-1.0mm，孔的数目与轴向气喷孔22数目相同，两种孔的中心线相交，夹角为30°-60°。
本实用新型一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，头部电火花塞1螺接固定在安装座2的下部中央，电火花塞1的端面与安装座2的下端面和喷注器盘5的下部喷注器面齐平。
如图2所示，本实用新型一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，头部安装座2取消了安装电火花塞的部位而成为安装座2A，喷注器盘5的中心孔改为一个轴向气喷孔22而成为喷注器盘5A。
Claims (4)
1.一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，由头部和身部组成，头部包括电火花塞(1)、安装座(2)、锥壳(3)、反应产物导入管(4)、喷注器盘(5)、燃料导入管(6)和盖板(7)，身部包括盖板(8)、过氧化氢导出管(9)、集液环(10)、圆柱段外壁(11)、圆柱段内壁(12)、收敛段外壁(13)、收敛段内壁(14)、扩散段外壁(15)、扩散段内壁(16)、过氧化氢导入管(17)、集合器(18)、尾环(19)、加强环(20)和连接环(21)，除电火花塞(1)外的各零件均焊接固定，其特征在于：所述的头部喷注器盘(5)上均布的轴向气喷孔(22)和斜的液喷孔(23)构成70％-79％过氧化氢分解产物同煤油的二击式气液喷注器，所述的身部过氧化氢导入管(17)、集合器(18)、扩散段夹层通道(26)、收敛段夹层通道(25)、圆柱段夹层通道(24)、集液环(10)和过氧化氢导出管(9)构成70％-79％过氧化氢有进有出的再生冷却通道。
2.如权利要求1所述的一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，其特征在于：所述的头部喷注器盘(5)上斜的液喷孔(23)直径0.5-1.0mm，孔的数目与轴向气喷孔(22)数目相同，两种孔的中心线相交，夹角为30°-60°。
3.如权利要求1所述的一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，其特征在于：所述的头部电火花塞(1)螺接固定在安装座(2)的下部中央，电火花塞(1)的端面与安装座(2)的下端面和喷注器盘(5)的下部喷注器面齐平。
4.如权利要求1所述的一种无催化床的中等浓度过氧化氢／煤油燃烧室，其特征在于：所述的头部安装座(2)取消了下部安装电火花塞(1)的部位而成为安装座(2A)，喷注器盘(5)的中心孔改为一个轴向气喷孔(22)而成为喷注器盘(5A)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140521 |