CN211314405U - 一种气体燃料点火器 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种气体燃料点火器，包括燃料管道组件、助燃剂管道组件和燃烧室；燃料管道组件包括导电的燃料喷嘴，助燃剂管道组件包括绝缘的助燃剂喷嘴和导电的外壳，燃料喷嘴外表面同轴套接助燃剂喷嘴，在助燃剂喷嘴外表面前段上设置螺纹，助燃剂喷嘴与外壳通过螺纹连接，且助燃剂喷嘴后段与外壳之间具有间隙，燃料喷嘴的末端完全位于外壳内；助燃剂喷嘴的末端端面与燃料喷嘴的末端端面不在同一个平面上，外壳、燃料喷嘴及助燃剂喷嘴共同形成供助燃剂活化的空腔；外壳与外接电源的负极相连，燃料喷嘴与外接电源的正极相连；助燃剂进入外壳与助燃剂喷嘴之间的间隙；上述的空腔及燃料喷嘴末端均与燃烧室相通。该点火器能实现燃料喷注和点火一体化。

Description

一种气体燃料点火器

技术领域

本实用新型涉及燃烧推进器的点火设备技术领域，特别涉及一种气体燃料点火器。

背景技术

随着航天技术的发展，液体的燃烧推进器由于安全性和高性能得到广泛重视；点火器作为燃烧推进器的重要组成部分，点火器结构的合理设置决定了航空发射的成败。目前常见的点火器普遍是将点火与燃料喷注这两部分结构分开设计，即火花塞设置在燃烧室的位置，分别将燃料和助燃剂通入燃烧室中，再通过活化塞进行点火，存在点火效率低等缺陷。

文献《气氧/甲烷与气氢喷注器燃料特性对比研究》公开了一种火炬式点火器，氧化剂和燃料通过点火器头部的小尺寸同轴剪切喷注器进入点火室，然后由高能火花塞引燃；该点火器先在转接头的位置通入燃料和氧化剂，燃料和氧化剂进入点火室内后再被点燃，点火效率较低，而且燃料和助燃剂在转接头的位置不能充分混合，造成浪费能源。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种气体燃料点火器。

本实用新型解决所述技术问题采用的方案是，提供一种气体燃料点火器，包括燃料管道组件、助燃剂管道组件和燃烧室；所述燃料管道组件包括导电的燃料喷嘴，助燃剂管道组件包括绝缘的助燃剂喷嘴和导电的外壳，燃料喷嘴一端同轴连接燃料供给部分，燃料喷嘴外表面同轴套接助燃剂喷嘴，在助燃剂喷嘴外表面前段上设置螺纹，后段直径小于外壳内径，助燃剂喷嘴与外壳通过螺纹连接，且助燃剂喷嘴后段与外壳之间具有间隙，燃料喷嘴的末端完全位于外壳内；助燃剂喷嘴的末端端面与燃料喷嘴的末端端面不在同一个平面上，外壳、燃料喷嘴及助燃剂喷嘴三者之间形成供助燃剂活化的空腔；外壳与外接电源的负极相连，燃料喷嘴与外接电源的正极相连；助燃剂进入外壳与助燃剂喷嘴之间的间隙；上述的空腔及燃料喷嘴末端均与燃烧室相通。

所述助燃剂喷嘴后段尾部设置有与外壳的内壁接触的螺旋槽。

所述燃料喷嘴的末端端面与外壳的末端端面平齐。

所述燃料喷嘴与助燃剂喷嘴之间通过螺纹连接。

所述燃料管道组件包括第一焊嘴、第一压力探测器、第一压力转接头、第一转接管、燃料音速喷嘴、第一接头和导电的燃料喷嘴；所述助燃剂管道组件包括第二焊嘴、第二压力探测器、第二压力转接头、第二转接管、第二螺帽、助燃剂音速喷嘴、第二接头、绝缘的助燃剂喷嘴和导电的外壳；

第一焊嘴的一端通过第一压力转接头与第一转接管的一端密封连接；第一压力探测器焊接在第一压力转接头的外壁上，第一压力探测器的探测端插入第一压力转接头的流道内；第一转接管的末端与燃料音速喷嘴的入口端相连，燃料音速喷嘴的出口端穿过第一接头的一端，伸入第一接头内，第一接头的另一端焊接在燃料喷嘴的入口端；

所述第二焊嘴的出口端通过第二压力转接头与第二转接管的一端密封连接；第二压力探测器焊接在第二压力转接头的外壁上，第二压力探测器的探测端插入第二压力转接头的流道内；第二转接管的另一端与助燃剂音速喷嘴的入口端连接，助燃剂音速喷嘴的出口端穿过第二接头的一端，伸入第二接头内；外壳套装在助燃剂喷嘴上，助燃剂喷嘴套装在燃料喷嘴上，燃料喷嘴的末端完全位于外壳内，燃料喷嘴与外壳的通孔同轴线；助燃剂喷嘴的末端端面与燃料喷嘴的末端端面不在同一个平面上，使外壳与燃料喷嘴在靠近末端的位置共同形成环形空腔；助燃剂喷嘴外壁的中部开有环形的凹槽，凹槽与外壳的内壁之间形成容纳助燃剂的空间；第二接头的另一端穿过外壳的侧壁，伸入凹槽内；助燃剂喷嘴在末端凹槽的区域设有与外壳的内壁接触的螺旋槽；

所述燃烧室具有用于燃烧内腔，燃烧室的一端与外壳的末端连接，环形空腔与燃烧室的内腔相通；燃烧室探测器固定在燃烧室的外壁上，燃烧室探测器的探测端穿过燃烧室的管壁，伸入燃烧室的内腔中。

所述燃料管道组件还包括第一螺帽，第一螺帽套装在第一转接管的末端和第一接头上，对第一转接管、燃料音速喷嘴和第一接头三者进行加固和密封。

所述助燃剂管道组件还包括第二螺帽套装在第二转接管和第二接头上，使助燃剂音速喷嘴位于第二螺帽内，对第二转接管、助燃剂音速喷嘴和第二接头三者进行加固和密封。

所述外壳呈圆柱形，内部开有由直孔和圆锥孔构成的通孔，圆锥孔位于外壳的末端，圆锥孔向外壳末端的方向渐缩，圆锥孔收口的口径大于燃料喷嘴末端的外径。

所述燃料喷嘴上还套装有橡胶密封圈，用于紧固燃料喷嘴和助燃剂喷嘴。

所述燃料喷嘴和外壳分别采用不锈钢制成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型在外壳与燃料喷嘴之间设置电弧点火，在喷注燃料和助燃剂的同时就能点火，实现燃料喷注和点火一体化，燃料喷嘴与外壳的通孔同轴线，可以实现燃料和助燃剂的同轴喷注，两种气体的流动方向相同，气体扩散得慢，燃烧更加充分；助燃剂喷注时在经过环形空腔的位置就被活化，与气体燃料相遇即可点火，提高了点火效率；助燃剂喷嘴的末端设有螺旋槽，助燃剂在经过螺旋槽时形成旋流，减缓助燃剂的流速，使气体燃料与助燃剂充分接触，燃烧更加充分。

本实用新型采用电弧点火代替传统的设置在燃烧室进行引燃的火花塞，与明火点燃相比具有更高的点火成功率和安全系数。

外壳、助燃剂喷嘴和燃料喷嘴之间均采用螺纹连接方式，组装和拆卸方便，调节助燃剂喷嘴插入外壳中的长度更加方便。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的整体结构沿轴线的剖视图；

图3为本实用新型的助燃剂管道组件沿轴线的剖视图；

图4为本实用新型的助燃剂管道组件的整体结构示意图；

图5为本实用新型的助燃剂管道组件的爆炸示意图；

图6为本实用新型的助燃剂管道组件沿轴线的剖视图；

图7为本实用新型的助燃剂管道组件的整体结构示意图；

图8为本实用新型的助燃剂管道组件的爆炸示意图；

附图标记说明：1-凹槽，2-环形空腔，3-外壳，4-橡胶密封圈，5-燃烧室，6-第一焊嘴，7-第一压力探测器，8-第一压力转接头，9-第一转接管，10-第一螺帽，11-第一密封垫圈，12-燃料音速喷嘴，13-第一接头，14-燃料喷嘴，15-第二焊嘴，16-第二压力探测器，17-第二压力转接头，18-第二转接管，19-第二螺帽，20-第二密封垫圈，21-助燃剂音速喷嘴，22-第二接头，23-助燃剂喷嘴，24-燃烧室探测器，25-螺旋槽。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型做进一步说明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本实用新型提供了一种气体燃料点火器(参见图1-8)，包括燃料管道组件、助燃剂管道组件和燃烧室5；

所述燃料管道组件包括第一焊嘴6、第一压力探测器7、第一压力转接头8、第一转接管9、燃料音速喷嘴12、第一接头13和导电的燃料喷嘴14；所述助燃剂管道组件包括第二焊嘴15、第二压力探测器16、第二压力转接头17、第二转接管18、第二螺帽19、助燃剂音速喷嘴21、第二接头22、绝缘的助燃剂喷嘴23和导电的外壳3；

第一焊嘴6的一端通过第一压力转接头8与第一转接管9的一端密封连接，第一焊嘴6的另一端用于通入气体燃料；第一压力探测器7焊接在第一压力转接头8的外壁上，第一压力探测器7的探测端插入第一压力转接头8的流道内，用于测量燃料的流动压力；第一转接管9的末端与燃料音速喷嘴12的入口端相连，燃料音速喷嘴12的出口端穿过第一接头13的一端，伸入第一接头13内，分别通过燃料音速喷嘴12的轴肩和第一密封垫圈11对燃料音速喷嘴12进行轴向限位，燃料音速喷嘴12与第一转接管9以及第一接头13连接的位置均设有第一密封垫圈11；第一接头13的另一端焊接在燃料喷嘴14的入口端，燃料喷嘴14与外接电源的正极相连；

所述第二焊嘴15的出口端通过第二压力转接头17与第二转接管18的一端密封连接，第二焊嘴15的入口端用于通入助燃剂；第二压力探测器16焊接在第二压力转接头17的外壁上，第二压力探测器16的探测端插入第二压力转接头17的流道内，用于测量助燃剂的流动压力；第二转接管18的另一端与助燃剂音速喷嘴21的入口端连接，助燃剂音速喷嘴21的出口端穿过第二接头22的一端，伸入第二接头22内，分别通过助燃剂音速喷嘴21的轴肩和第二密封垫圈20对助燃剂音速喷嘴21进行轴向限位，助燃剂音速喷嘴21与第二转接管18和第二接头22连接的位置均设有第二密封垫圈20；所述外壳3呈圆柱形，内部开有由直孔和圆锥孔构成的通孔，圆锥孔位于外壳3的末端，圆锥孔向外壳3末端的方向渐缩，圆锥孔收口的口径大于燃料喷嘴14末端的外径；助燃剂喷嘴23穿过外壳3的直孔与外壳3螺纹连接，助燃剂喷嘴23套装在燃料喷嘴14上通过螺纹连接，燃料喷嘴14的末端完全位于外壳3内，燃料喷嘴14与外壳3的通孔同轴线；助燃剂喷嘴23的末端端面与燃料喷嘴14的末端端面不在同一个平面上，使外壳3与燃料喷嘴14在靠近末端的位置共同形成环形空腔2；外壳3与外接电源的负极相连，外壳3与燃料喷嘴14在环形空腔2的位置通电形成电弧，用于点火；助燃剂喷嘴23能相对于外壳3旋进旋出，调节助燃剂喷嘴23伸入外壳3中的长度，调节燃料喷嘴14与外壳3在靠近末端位置的相对距离，进而调节电弧长度；助燃剂喷嘴23外壁的中部开有环形的凹槽1，凹槽1与外壳3的内壁之间形成容纳助燃剂的空间；第二接头22的另一端穿过外壳3的侧壁，伸入凹槽1内，通入助燃剂；助燃剂喷嘴23在凹槽1末端的区域设有与外壳3的内壁接触的螺旋槽25，使助燃剂在经过螺旋槽25时形成旋流，使气体燃料与助燃剂充分混合；

所述燃烧室5呈管状，具有用于气体燃料燃烧的内腔；燃烧室5的一端与外壳3的末端螺纹连接，环形空腔2与燃烧室5的内腔相通；燃烧室探测器24固定在燃烧室5的外壁上，燃烧室探测器24的探测端穿过燃烧室5的管壁，伸入燃烧室5的内腔中，用于检测燃烧状况以及燃烧时的烟气成分。

所述燃料管道组件还包括第一螺帽10，第一螺帽10套装在第一转接管9的末端和第一接头13上，通过第一转接管9末端的轴肩对第一螺帽10进行轴向限位，对第一转接管9、燃料音速喷嘴12和第一接头13三者进行加固和密封。

所述助燃剂管道组件还包括第二螺帽19套装在第二转接管18和第二接头22上，使助燃剂音速喷嘴21位于第二螺帽19内，且通过第二转接管18末端的轴肩对第二螺帽19进行轴向限位，对第二转接管18、助燃剂音速喷嘴21和第二接头22三者进行加固和密封。

所述燃料喷嘴14上还套装有橡胶密封圈4，用于紧固燃料喷嘴14和助燃剂喷嘴23。

所述燃料喷嘴14和外壳3分别采用不锈钢制成，在高温纯氧的恶劣条件下相比别的金属材料被氧化时间更长；助燃剂喷嘴23采用聚四氟乙烯制成，具有良好的介电性能。

所述燃烧室5出口的内径小于入口的内径，达到汇聚火焰的效果。

所述燃料音速喷嘴12和助燃剂音速喷嘴21均采用拉瓦尔喷嘴，用于调节气体流量，流量的大小可以根据燃烧的当量比计算，不同燃料燃烧的当量比不同，因此用于不同燃料的点火时燃料音速喷嘴12和助燃剂音速喷嘴21的喉部直径不同；该点火器能用于氢气、一氧化碳、甲烷等燃料的点火，点燃甲烷和氧气时，燃料音速喷嘴12的喉部直径为0.4mm，助燃剂音速喷嘴21的喉部直径为0.5mm，环形空腔2径向上的厚度为1mm。

所述燃烧室探测器24的型号为testo 350；第一压力探测器7和第二压力探测器16均采用4-20mA的压力变送器，精度为0-0.6MPA。

本实用新型的工作原理及过程是：

气体燃料从第一焊嘴6通入，依次经过第一压力转接头8、第一转接管9、燃料音速喷嘴12、第一接头13和燃料喷嘴14，最后进入燃烧室5中；助燃剂从第二焊嘴15通入，依次经过第二压力转接头17、第二转接管18、助燃剂音速喷嘴21和第二接头22，进入凹槽1中，然后经过螺旋槽25进入环形空腔2中；外壳3与燃料喷嘴14在环形空腔2的位置形成电弧，使助燃剂在环形空腔2中被活化为等离子体，即可点燃气体燃料；助燃剂经过螺旋槽25时形成旋流，使气体燃料与助燃剂充分混合；

环形空腔2沿轴向的深度会改变形成电弧的大小，从而改变助燃剂被电弧活化的程度和电弧的稳定性，当需要改变助燃剂的活化程度或者电弧稳定性的时候，只需要拧动助燃剂喷嘴23便可以直接调节燃料喷嘴14末端与助燃剂喷嘴23末端之间的相对距离，进而改变环形空腔2的深度；

当点火工况为富燃时，首先通入气体燃料，使气体燃料充满整个燃料管道组件；然后对外壳3与燃料喷嘴14通电，使外壳3与燃料喷嘴14在环形空腔2的位置形成电弧；待电火花稳定后，通入助燃剂，使得助燃剂在燃料喷嘴14末端与气体燃料相遇；在电弧的引燃下点燃混合气体实现点火，在点火实现的同时关闭电源，熄灭电火花；在点火完成之后，首先关闭助燃剂阀门，待火焰熄灭，最后关闭气体燃料阀门。

当点火工况为富氧时，首先对燃料喷嘴14和外壳3通电，使外壳3与燃料喷嘴14在环形空腔2的位置形成电弧；待电火花稳定后，打开助燃剂阀门，使得进入助燃剂管道组件；然后打开气体燃料阀门，使气体燃料与助燃剂在燃料喷嘴14相遇；在电弧的引燃下点燃混合气体实现点火，在点火实现的同时关闭电源，熄灭电火花；在点火完成之后，首先关闭气体燃料阀门，待火焰熄灭，最后关闭助燃剂阀门。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种气体燃料点火器，包括燃料管道组件、助燃剂管道组件和燃烧室；其特征在于，所述燃料管道组件包括导电的燃料喷嘴，助燃剂管道组件包括绝缘的助燃剂喷嘴和导电的外壳，燃料喷嘴一端同轴连接燃料供给部分，燃料喷嘴外表面同轴套接助燃剂喷嘴，在助燃剂喷嘴外表面前段上设置螺纹，后段直径小于外壳内径，助燃剂喷嘴与外壳通过螺纹连接，且助燃剂喷嘴后段与外壳之间具有间隙，燃料喷嘴的末端完全位于外壳内；助燃剂喷嘴的末端端面与燃料喷嘴的末端端面不在同一个平面上，外壳、燃料喷嘴及助燃剂喷嘴三者之间形成供助燃剂活化的空腔；外壳与外接电源的负极相连，燃料喷嘴与外接电源的正极相连；助燃剂进入外壳与助燃剂喷嘴之间的间隙；上述的空腔及燃料喷嘴末端均与燃烧室相通。

2.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述助燃剂喷嘴后段尾部设置有与外壳的内壁接触的螺旋槽。

3.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述燃料喷嘴的末端端面与外壳的末端端面平齐。

4.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述燃料喷嘴与助燃剂喷嘴之间通过螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述燃料管道组件包括第一焊嘴、第一压力探测器、第一压力转接头、第一转接管、燃料音速喷嘴、第一接头和导电的燃料喷嘴；所述助燃剂管道组件包括第二焊嘴、第二压力探测器、第二压力转接头、第二转接管、第二螺帽、助燃剂音速喷嘴、第二接头、绝缘的助燃剂喷嘴和导电的外壳；

第一焊嘴的一端通过第一压力转接头与第一转接管的一端密封连接；第一压力探测器焊接在第一压力转接头的外壁上，第一压力探测器的探测端插入第一压力转接头的流道内；第一转接管的末端与燃料音速喷嘴的入口端相连，燃料音速喷嘴的出口端穿过第一接头的一端，伸入第一接头内，第一接头的另一端焊接在燃料喷嘴的入口端；

所述第二焊嘴的出口端通过第二压力转接头与第二转接管的一端密封连接；第二压力探测器焊接在第二压力转接头的外壁上，第二压力探测器的探测端插入第二压力转接头的流道内；第二转接管的另一端与助燃剂音速喷嘴的入口端连接，助燃剂音速喷嘴的出口端穿过第二接头的一端，伸入第二接头内；外壳套装在助燃剂喷嘴上，助燃剂喷嘴套装在燃料喷嘴上，燃料喷嘴的末端完全位于外壳内，燃料喷嘴与外壳的通孔同轴线；助燃剂喷嘴的末端端面与燃料喷嘴的末端端面不在同一个平面上，使外壳与燃料喷嘴在靠近末端的位置共同形成环形空腔；助燃剂喷嘴外壁的中部开有环形的凹槽，凹槽与外壳的内壁之间形成容纳助燃剂的空间；第二接头的另一端穿过外壳的侧壁，伸入凹槽内；助燃剂喷嘴在末端凹槽的区域设有与外壳的内壁接触的螺旋槽；

所述燃烧室具有用于燃烧内腔，燃烧室的一端与外壳的末端连接，环形空腔与燃烧室的内腔相通；燃烧室探测器固定在燃烧室的外壁上，燃烧室探测器的探测端穿过燃烧室的管壁，伸入燃烧室的内腔中。

6.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述燃料管道组件还包括第一螺帽，第一螺帽套装在第一转接管的末端和第一接头上，对第一转接管、燃料音速喷嘴和第一接头三者进行加固和密封。

7.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述助燃剂管道组件还包括第二螺帽套装在第二转接管和第二接头上，使助燃剂音速喷嘴位于第二螺帽内，对第二转接管、助燃剂音速喷嘴和第二接头三者进行加固和密封。

8.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述外壳呈圆柱形，内部开有由直孔和圆锥孔构成的通孔，圆锥孔位于外壳的末端，圆锥孔向外壳末端的方向渐缩，圆锥孔收口的口径大于燃料喷嘴末端的外径。

9.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述燃料喷嘴上还套装有橡胶密封圈，用于紧固燃料喷嘴和助燃剂喷嘴。

10.根据权利要求1所述的气体燃料点火器，其特征在于，所述燃料喷嘴和外壳分别采用不锈钢制成。

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