CN216868540U - 球形进气式粉末燃料供给装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种球形进气式粉末燃料供给装置。所述球形进气式粉末燃料供给装置包括粉箱直段端盖、设于所述粉箱直段端盖一端的粉箱后端盖、相对于所述粉箱后端盖设于所述粉箱直段端盖另一端的锥形流化筒套盖，以及设于所述粉箱直段端盖内的平板刚性活塞，所述粉箱直段端盖、所述平板刚性活塞以及所述锥形流化筒套盖围合而成的空间为用于容纳粉末燃料的流化室，所述流化室内设有球形出气室和设于所述球形出气室上的直段流化气供气管，所述直段流化气供气管上远离所述球形出气室的一端经由所述锥形流化筒套盖伸出至外界，所述粉箱后端盖上开设有驱动气体进气孔和法兰孔。本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置流化性能较好。

Description

球形进气式粉末燃料供给装置

技术领域

本实用新型涉及粉末发动机、粉末冲压发动机以及粉末火箭发动机等航空航天动力技术领域，主要涉及一种球形进气式粉末燃料供给装置。

背景技术

粉末发动机是以金属粉末（镁、铝等）为燃料、以液体或粉末或气体为氧化剂的一类新型发动机。由于粉末燃料为颗粒状，能够实现燃料的供给可调和流量的灵活调节，从而让发动机具备多脉冲启停点火和推力可调控等优点，使得粉末发动机能够更好的适用于航天推进以及宇宙探测等领域，正逐渐获得广泛的关注和研究。目前通过调配不同的燃料与氧化剂，国内外已发展出了许多种粉末发动机类型，如用于导弹系统的粉末燃料冲压发动机、铝/高氯酸铵粉末火箭发动机和用于火星探测和月球开发的镁/二氧化碳粉末发动机、铝/氧气火箭发动机，以及用于超高速鱼雷的粉末燃料水冲压发动机等。以上所述，不同类型的粉末发动机均存在一个共性问题：如何实现粉末燃料的充分流化以及均匀输送。

目前粉末燃料供给装置主要分为两类：电机驱动式粉末供给系统和气压驱动活塞式粉末供给系统。在电机驱动式中，导杆的功率转调性能较差，相比之下，气压驱动活塞式粉末供给系统更为简便高效，工作原理是在粉箱直段中增添平板刚性活塞结构，活塞在驱动气体压力的作用下不断向前运动，推动流化室内粉末向前运动，再加上收敛段处流化气卷吸的作用，粉末燃料被输出粉箱，流入燃烧室。在上述气压驱动活塞式粉末供给系统中，流化气的进气方式为环缝进气或环孔进气，而环缝或环孔分布在锥形收敛段的表面上，相比表面进气，粉箱内部通入流化气能够更好的使粉末与流化气进行掺混流化。另一方面，粉末流化性能的好坏直接决定了粉末燃料的输送稳定性能，进而影响粉末发动机的燃烧性能。

由此来看，为实现粉末燃料的高效流化并适用于实际工程应用中，很有必要解决因进气方式的原因而导致流化性能较低的问题。在气压驱动活塞式粉末供给系统中平板刚性活塞推动粉末向前运动，流化气卷吸粉末颗粒输出粉箱，颗粒能否在流化气的卷吸作用下充分流化，进而实现高效流化并提高输送稳定性也就成为了主要问题。

实用新型内容

基于此，为解决粉末燃料在粉箱内的流化性能问题，提供一种球形进气式粉末燃料供给装置。

本实用新型提供一种球形进气式粉末燃料供给装置，包括粉箱直段端盖、设于所述粉箱直段端盖一端的粉箱后端盖、相对于所述粉箱后端盖设于所述粉箱直段端盖另一端的锥形流化筒套盖，以及设于所述粉箱直段端盖内的平板刚性活塞，所述粉箱直段端盖、所述平板刚性活塞以及所述锥形流化筒套盖围合而成的空间为用于容纳粉末燃料的流化室，所述流化室内设有球形出气室和设于所述球形出气室上的直段流化气供气管，所述直段流化气供气管上远离所述球形出气室的一端经由所述锥形流化筒套盖伸出至外界，所述粉箱后端盖上开设有驱动气体进气孔和法兰孔，所述锥形流化筒套盖的内表面上设有圆台流化盖。

进一步的，所述圆台流化盖具有内敛形喉道。

进一步的，所述球形出气室的球面上均匀分布有多个流化气出气孔。

进一步的，所述粉箱后端盖通过双头螺柱和所述粉箱直段端盖连接，所述双头螺柱通过螺母紧固，所述双头螺柱和所述螺母之间设有弹簧垫圈。

进一步的，所述粉箱后端盖和所述粉箱直段端盖的连接处夹设有第一O型橡胶密封圈和第二O型橡胶密封圈，所述粉箱直段端盖和所述平板刚性活塞之间夹设有第三O型橡胶密封圈，所述粉箱直段端盖和所述锥形流化筒套盖之间夹设有第四O型橡胶密封圈。

进一步的，所述圆台流化盖通过圆柱销和所述锥形流化筒套盖连接。

进一步的，所述驱动气体入口的设置数量为4-6个，多个所述驱动气体入口均匀布置在所述粉箱后端盖的端盖面上。

进一步的，所述直段流化气供气管邻近于所述圆台流化盖和所述锥形流化筒套盖的头部位置，并通过焊接方式固定连接。

本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置，球形出气室处于锥形收敛段内，此时流入粉箱的流化气能够更大范围的与粉末燃料接触，并且能充分流入粉箱直段内的颗粒床层，在相同动能流化气条件下，由于颗粒间存在阻力作用，从锥形收敛段表面流入的气相作用范围较小，而本实用新型也更好的克服了气相作用范围小的问题。其次，本实用新型在设计时也考虑了颗粒自重问题，球形出气室的位置可由直段流化气供气管的长度调节，在粉末流化过程中，由于颗粒自重，容易在粉箱和锥形收敛段底部堆积，流化气对堆积的颗粒床层影响较弱，可通过改变直段流化气供气管的长度使流化气与底部粉末燃料充分接触，从而避免了因堆积问题影响粉末燃料的流化性能，直段流化气供气管长度的灵活调节解决了此问题。另外，本实用新型所设计的球形出气室中流化气的出口大小可根据颗粒粒径以及装填率的不同而事先调节，防止因颗粒粒径较小，流化气出口较大而流入球形出气室，也防止因颗粒粒径较大，流化气出口较小而阻塞流化气出口。通过本实用新型所设计的球形进气式粉末燃料供给装置可解决传统气压驱动式活塞供给装置因进气方式的原因而影响颗粒稳定输送问题，主要表现为颗粒流化不充分，堆积的颗粒无法充分受到流化气的卷吸作用等，将该粉末供给装置应用在工程中，前景十分广阔。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置的结构示意图；

图2为本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置的活塞运动过程以及粉末流化过程的工作示意图；

图3为本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置的直段流化气供气管的结构示意图；

图4为本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置的球形出气室的结构示意图。

图示说明：1-驱动气体进气孔、2-粉箱后端盖、3-第一O型橡胶密封圈、4-第二O型橡胶密封圈、5-螺母、6-弹簧垫圈、7-双头螺柱、8-粉箱直段端盖、9-第三O型橡胶密封圈、10-平板刚性活塞、11-粉末燃料、12-第四O型橡胶密封圈、13-圆台流化盖、14-锥形流化筒套盖、15-直段流化气供气管、16-圆柱销、17-球形出气室。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1-图4，本实用新型提供了一种球形进气式粉末燃料供给装置，包括粉箱直段端盖8、设于所述粉箱直段端盖一端的粉箱后端盖2、相对于所述粉箱后端盖设于所述粉箱直段端盖另一端的锥形流化筒套盖14，以及设于所述粉箱直段端盖内的平板刚性活塞10，所述粉箱直段端盖、所述平板刚性活塞以及所述锥形流化筒套盖围合而成的空间为用于容纳粉末燃料11的流化室，所述流化室内设有球形出气室17和设于所述球形出气室上的直段流化气供气管15，所述直段流化气供气管上远离所述球形出气室的一端经由所述锥形流化筒套盖伸出至外界，所述粉箱后端盖上开设有驱动气体进气孔1和法兰孔，所述锥形流化筒套盖的内表面上设有圆台流化盖13。

在一个实施方式中，所述圆台流化盖具有内敛形喉道。具体的，所述粉箱直段端盖包括螺纹孔和垫圈槽，所述平板刚性活塞包括垫圈槽和倒角，所述圆台流化盖包括焊接孔、圆柱销孔以及内敛形喉道，所述锥形流化筒套盖包括法兰孔、焊接孔以及圆柱销孔。

在一个实施方式中，所述球形出气室的球面上均匀分布有多个流化气出气孔。

在一个实施方式中，所述粉箱后端盖通过双头螺柱7和所述粉箱直段端盖连接，所述双头螺柱通过螺母5紧固，所述双头螺柱和所述螺母之间设有弹簧垫圈6。

在一个实施方式中，所述粉箱后端盖和所述粉箱直段端盖的连接处夹设有第一O型橡胶密封圈3和第二O型橡胶密封圈4，所述粉箱直段端盖和所述平板刚性活塞之间夹设有第三O型橡胶密封圈9，所述粉箱直段端盖和所述锥形流化筒套盖之间夹设有第四O型橡胶密封圈12。

在一个实施方式中，所述圆台流化盖通过圆柱销16和所述锥形流化筒套盖连接。

在一个实施方式中，所述驱动气体入口的设置数量为4-6个，多个所述驱动气体入口均匀布置在所述粉箱后端盖的端盖面上。

在一个实施方式中，所述直段流化气供气管邻近于所述圆台流化盖和所述锥形流化筒套盖的头部位置，并通过焊接方式固定连接。

其中，所述粉箱后端盖与粉箱直段端盖通过双头螺柱连接固定，在螺柱处增设螺母和弹簧垫圈用来拧紧和防松，并用O型橡胶密封圈密封，目的是防止驱动气泄出驱动室。此外，所述锥形流化筒套盖和所述粉箱直段端盖通过双头螺柱连接固定，在螺柱处增设螺母和弹簧垫圈用来拧紧和防松，并用O型橡胶密封圈密封，目的是防止流化气泄出流化室。

所述球形出气室除焊接孔外，球面上均匀分布流化气出气孔，并与所述直段流化气供气管通过焊接方式固定连接。所述圆台流化盖出口处设计为内敛形喉道，是为了控制最小粉末输出量。

所述平板刚性活塞嵌入所述粉箱直段端盖内，并用O型橡胶密封圈密封，目的是为了防止驱动气进入流化室，流化气进入驱动室。所述平板刚性活塞包括无倒角面和倒角面，其中不含倒角端面与驱动气体接触，通过气压驱动活塞向前运动。含倒角端面与粉末燃料接触，用于向前推送粉末燃料。

本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置，以解决粉末发动机工作过程中粉箱内燃料因无法充分受到气体流化作用而导致粉末不稳定输送问题。所述粉末供给装置包括粉箱后端盖、粉箱直段端盖、平板刚性活塞、直段供气管、球形出气室、圆台流化盖以及锥形流化筒套盖。所述粉箱后端盖、粉箱直段端盖以及锥形流化筒套盖之间采用基孔制并用双头螺柱紧固连接，共同组成了粉末储箱。所述粉箱后端盖设有驱动气体进气孔，用于驱动活塞向前运动。所述粉箱直段端盖平滑，用于活塞的平稳运动。所述平板刚性活塞嵌入粉箱直段端盖内，其中含倒角面与粉末接触，不含倒角面与驱动气体接触，用于向前推送粉末燃料。所述圆台流化盖头部处设计收缩喉道。所述直段供气管与球形出气室共同组成球形进气装置，且与锥形流化筒套盖和圆台流化盖通过焊接连接，用于球形进气装置的固定。本实用新型的工作原理：通过粉箱后端盖处的供气孔通入驱动气体，该气体流入驱动室，在气压作用下驱动活塞向前运动，活塞的运动推送粉末向前填补，同时球形进气装置向粉箱锥形收敛段内通入流化气，用于卷吸流化粉末，并经过内敛形喉道输出粉箱。相比环缝进气以及环孔进气方式，球形进气装置可向粉末床层四周通入流化气，能够更充分地与粉末接触，由此避免了因粉末燃料堆积而无法充分被流化气体掺混流化的问题。

具体的，本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置，所述的粉箱后端盖、粉箱直段端盖、圆台流化盖以及锥形流化筒套盖形成了一个完成的粉末燃料储箱，金属粉末储存其中；所述粉箱后端盖上设有驱动气体进气孔和用于连接的法兰孔；所述粉箱直段端盖在前后均设有螺纹孔，用于前后端盖的固定；所述圆台流化盖以及锥形流化筒套盖组成前端盖，在该两个端盖头部处设有焊接孔，其中锥形流化筒套盖设有与粉箱直段端盖相连的法兰孔以及与圆台流化盖定位的圆柱销孔，圆台流化盖头部处设有内敛形喉道；所述直段流化气供气管与球形出气室通过焊接连接，布置在锥形收敛段中心位置。所述平板刚性活塞嵌入粉箱直段端盖内。

其中，所述粉箱后端盖的驱动气体进口壁面必须光滑、进口面积相同，并均匀分布，数量为4-6个，进气方向垂直粉箱后端盖流入驱动室，以防止因设计因素导致驱动气体进气流量发生变化导致驱动室气压不均而引起活塞的不稳定；

其中，所述粉箱后端盖设有法兰孔，粉箱直段端盖设有螺纹孔，数量为4个，二者通过双头螺柱固定连接。为防止驱动气体泄出驱动室引起气压不均，两端盖之间用O型橡胶密封圈密封。为防止端盖松动在螺柱处增设弹簧垫圈。

其中，所述圆台流化盖以及锥形流化筒套盖，二者通过圆柱销孔定位，且在该两个端盖头部设有焊接孔，用于直段流化气供气管的固定。锥形流化筒套盖上设有法兰孔，与粉箱直段端盖通过双头螺柱进行连接固定。为防止流化气泄出流化室，将锥形流化筒套盖和粉箱直段端盖通过O型橡胶密封圈密封。

其中，所述活塞形状为平板形，以使颗粒受到均匀的活塞推力。同时活塞包含有倒角面和无倒角面，其中有倒角端面与粉末燃料接触，用于向前推送粉末燃料；不含倒角端面与驱动气体接触，通过气压驱动活塞向前运动。由于嵌入粉箱直段端盖内，为防止驱动气体进入流化室，流化气进入驱动室，将平板刚性活塞和粉箱直段端盖通过O型橡胶密封圈密封。

其中，所述球形出气室布置在锥形收敛段中心位置，与直段供气管通过焊接孔连接固定，除焊接孔外，球形表面均匀分布流化气出气孔。

其中，所述球形出气室中球面上的流化气出口面积和数量、球形出气室的大小以及直段流化气供气管的长度和位置可以根据粉箱实际尺寸大小、粉末装填率以及粉末颗粒粒径所设定，但球形出气室应始终处于锥形收敛段内。

为防止驱动气体和流化气体发生泄气现象，所述粉箱后端盖2、粉箱直段端盖8、锥形流化筒套盖14以及平板刚性活塞10之间采用O型橡胶密封圈密封。所述粉箱后端盖2包括驱动气体进气孔1和法兰孔；所述驱动气体进气孔1的进气方向是垂直粉箱后端盖2进入驱动室。所述粉箱直段端盖8包括螺纹孔和垫圈槽；所述圆台流化盖13包括圆柱销孔、焊接孔以及内敛形喉道；所述锥形流化筒套盖14包括圆柱销孔、焊接孔以及法兰孔。所述圆台流化盖13以及锥形流化筒套盖14之间采用圆柱销16定位。所述粉末燃料11装填于粉箱之中。所述平板刚性活塞10嵌入粉箱直段端盖8内。所述直段流化气供气管15和球形出气室17共同组成球形进气装置，并通过焊接固定在圆台流化盖13和锥形流化筒套盖14的头部位置附近。

在一个实施方式中，所述粉箱后端盖2中设有法兰孔4个，分别布置在粉箱后端盖2周围，上方布置2个，下方布置2个，呈中心对称分布。

所述粉箱后端盖2中设有驱动气体进气孔1，其数量为4-6个，所设进气孔面积相同，且垂直粉箱后端盖2面进气，并均匀布置在粉箱后端盖2中端盖面上。

所述粉箱直段端盖8两端设有螺纹孔8个，粉箱直段端盖8的前端面和后端面分别布置4个螺纹孔，其布置分布与粉箱后端盖2中法兰孔和锥形流化筒套盖14后部法兰孔一一对应，粉箱直段端盖8的前后端面上方各布置2个，下方各布置2个，呈中心对称分布。

所述锥形流化筒套盖14中设有法兰孔4个，分别布置在锥形流化筒套盖14后部周围，上方布置2个，下方布置2个，呈中心对称分布。

所述平板刚性活塞10的数量为1个，嵌入粉箱直段端盖8内，且平板刚性活塞10面与粉箱直段端盖8面垂直布置。

所述圆台流化盖13和锥形流化筒套盖14的数量各为1个，二者通过圆柱销16定位，且为防止锥形流化筒套盖14脱落，采用螺柱固定。

所述圆台流化盖13与粉箱直段端盖8之间的连接角度可以是120°、135°、145°、150°或160°。

所述直段流化气供气管15和球形出气室17的数量各为1个，二者通过焊接连接，并共同组成球形进气装置，为防止因球形进气装置的位置而影响流化气流入粉箱的过程，故将球形进气装置通过1个焊接孔固定在圆台流化盖13和锥形流化筒套盖14头部位置附近处。

所述球形出气室17上的流化气出气孔的数量12-20个不等，并均匀分布在球面上。

所述O型橡胶密封圈（3、4、9、12）的数量为10-20个不等，其数量根据实际工程情况确定，主要用在粉箱后端盖2、粉箱直段端盖8、锥形流化筒套盖14以及平板刚性活塞10之间，布置方式为周向布置，作用是防止驱动气和流化气泄气，但在平板刚性活塞10和粉箱直段端盖8之间布置的O型橡胶密封圈数量不宜过多，防止二者之间因摩擦力过大影响活塞的平稳运动。

本实用新型提供的球形进气式粉末燃料供给装置，具体工作过程为：首先将平板刚性活塞10放置在靠近粉箱后端盖2处，之后将粉末燃料11装填入粉末储箱内。通过粉箱后端盖2上的驱动气体进气孔1通入驱动气体，驱动气体流入驱动室，在驱动压力作用下，平板刚性活塞逐渐向前运动，同时通入流化气，流化气经过直段流化气供气管15向球形出气室17供气，通过球形出气室周围的流化气出口流入粉箱，并与粉箱内的粉末燃料掺混流化，形成的气固两相流经过圆台流化盖13中的内敛形喉道输出粉箱。

本实用新型的球形进气式粉末燃料供给装置，球形出气室处于锥形收敛段内，此时流入粉箱的流化气能够更大范围的与粉末燃料接触，并且能充分流入粉箱直段内的颗粒床层，在相同动能流化气条件下，由于颗粒间存在阻力作用，从锥形收敛段表面流入的气相作用范围较小，而本实用新型也更好的克服了气相作用范围小的问题。其次，本实用新型在设计时也考虑了颗粒自重问题，球形出气室的位置可由直段流化气供气管的长度调节，在粉末流化过程中，由于颗粒自重，容易在粉箱和锥形收敛段底部堆积，流化气对堆积的颗粒床层影响较弱，可通过改变直段流化气供气管的长度使流化气与底部粉末燃料充分接触，从而避免了因堆积问题影响粉末燃料的流化性能，直段流化气供气管长度的灵活调节解决了此问题。另外，本实用新型所设计的球形出气室中流化气的出口大小可根据颗粒粒径以及装填率的不同而事先调节，防止因颗粒粒径较小，流化气出口较大而流入球形出气室，也防止因颗粒粒径较大，流化气出口较小而阻塞流化气出口。通过本实用新型所设计的球形进气式粉末燃料供给装置可解决传统气压驱动式活塞供给装置因进气方式的原因而影响颗粒稳定输送问题，主要表现为颗粒流化不充分，堆积的颗粒无法充分受到流化气的卷吸作用等，将该粉末供给装置应用在工程中，前景十分广阔。

上述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种球形进气式粉末燃料供给装置，其特征在于：包括粉箱直段端盖、设于所述粉箱直段端盖一端的粉箱后端盖、相对于所述粉箱后端盖设于所述粉箱直段端盖另一端的锥形流化筒套盖，以及设于所述粉箱直段端盖内的平板刚性活塞，所述粉箱直段端盖、所述平板刚性活塞以及所述锥形流化筒套盖围合而成的空间为用于容纳粉末燃料的流化室，所述流化室内设有球形出气室和设于所述球形出气室上的直段流化气供气管，所述直段流化气供气管上远离所述球形出气室的一端经由所述锥形流化筒套盖伸出至外界，所述粉箱后端盖上开设有驱动气体进气孔和法兰孔，所述锥形流化筒套盖的内表面上设有圆台流化盖。

2.如权利要求1所述的球形进气式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述圆台流化盖具有内敛形喉道。

3.如权利要求2所述的球形进气式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述球形出气室的球面上均匀分布有多个流化气出气孔。

4.如权利要求3所述的球形进气式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述粉箱后端盖通过双头螺柱和所述粉箱直段端盖连接，所述双头螺柱通过螺母紧固，所述双头螺柱和所述螺母之间设有弹簧垫圈。

5.如权利要求4所述的球形进气式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述粉箱后端盖和所述粉箱直段端盖的连接处夹设有第一O型橡胶密封圈和第二O型橡胶密封圈，所述粉箱直段端盖和所述平板刚性活塞之间夹设有第三O型橡胶密封圈，所述粉箱直段端盖和所述锥形流化筒套盖之间夹设有第四O型橡胶密封圈。

6.如权利要求5所述的球形进气式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述圆台流化盖通过圆柱销和所述锥形流化筒套盖连接。

7.如权利要求6所述的球形进气式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述驱动气体入口的设置数量为4-6个，多个所述驱动气体入口均匀布置在所述粉箱后端盖的端盖面上。

8.如权利要求7所述的球形进气式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述直段流化气供气管邻近于所述圆台流化盖和所述锥形流化筒套盖的头部位置，并通过焊接方式固定连接。

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