一种以乙醇为燃料的单管燃烧室燃气发生器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种以乙醇为燃料的单管燃烧室燃气发生器，包括壳体(1-0)、双油路离心喷嘴(2-0)、等离子点火电嘴(3-0)、定位销(4-0)、火焰筒(5-0)和紧固件，以空气为氧化剂、乙醇为燃料，以双级轴向旋流器与双油路离心喷嘴为头部组合，采用冲击+气膜冷却、多斜孔冷却技术。本实用新型专利技术具有燃气焓值高、点火系统简单、可靠性高、几何尺寸小、重量轻、无需配备冷却水系统、运行成本低、燃烧效率高、使用寿命长的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超燃燃烧室试验设备空气加温系统、负压/真空抽负系统领域， 具体涉及一种以乙醇为燃料的单管燃烧室燃气发生器。
技术介绍
目前，用于超燃燃烧室试验设备空气加温系统、负压/真空抽负系统、激光器压力 恢复系统的燃气发生器主要有： 1)过氧化氢催化分解的单组元燃气发生器：该类燃气发生器的燃气焓值较低，弓丨 射效率不高，过氧化氢价格昂贵，且需要催化剂分解，运行成本较高。 2)低浓度酒精/过氧化氢二组元燃气发生器：该类燃气发生器启动点火比较困 难，等离子点火电嘴难以直接点燃，一般采用预燃室点火器，即首先用等离子点火电嘴点燃 以氧气为氧化剂，酒精为燃料的预燃室，然后再用预燃室喷出的高能量火炬点火；此外以过 氧化氢为氧化剂，过氧化氢需要催化分解，运行成本也比较高。 3)氧气/烃类燃料/水三组元燃气发生器：该类燃气发生器设计有燃烧室和喷雾 降温室，以氧气为氧化剂，水为调温剂，需要制备氧气，增加冷却水喷注调温控制系统，整个 系统比较复杂，运行成本也比较高。 以上燃气发生器的氧化剂与燃料一般采用多组阵列式二组元或三组元同轴式喷 嘴供入燃烧区域，为保证燃烧稳定性，燃烧区域气流速度较低，燃烧室直径较大；燃料与氧 化剂在燃烧区域进行层流或低紊流度燃烧，燃烧速度较低，燃烧室长度较长；燃烧区域壳体 内壁面与火焰直接接触，壳体需要设计水冷夹层并通入高压冷却水冷却。 综上所述，现有燃气发生器存在燃气焓值低，点火系统繁琐、可靠性差，几何尺寸 大，需配备高压冷却水系统，运行成本高等缺点。
技术实现思路
(1)技术目的：本技术解决了现有燃气发生器存在的诸多缺点，具有燃 气焓值高、点火系统简单、可靠性高、几何尺寸小、重量轻、无需配备冷却水系统、运行成本 低、燃烧效率高、使用寿命长等优点。 (2)技术方案：燃气发生器结构如图1所示，主要由壳体（1-0)、双油路离心喷嘴 (2-0)、等离子点火电嘴（3-0)、定位销（4-0)、火焰筒（5-0)、紧固件等组成。 燃气发生器原理如图2所示，压缩空气通过壳体进气扩压段降速恢复部分静压 后通过安装在火焰筒头部的帽罩（5-2)分为两路，一路通过安装在火焰筒头部的旋流器 (5-1)及头部冷却孔进入主燃区，轴向运动的气流受旋流器通道约束产生切向速度，在主燃 区形成两个对称的回流区，经离心喷嘴雾化的乙醇液雾与紊流空气在主燃区内快速混合燃 烧生成高温燃气。另一路进入壳体与火焰筒之间的二股通道，通过火焰筒壁面上的主燃孔 (5-6)、掺混孔（5-8)、冷却孔进入火焰筒，通过主燃孔进入火焰筒的空气射流一部分被卷入 主燃区参与燃烧，另一部分流入火焰筒下游，通过掺混孔进入火焰筒的空气射流与高温燃 气强制掺混，用于调节燃烧室出口温度分布，通过冷却孔进入火焰筒的气流在火焰筒壁面 形成一层均匀的气膜保护层，用于冷却火焰筒壁面，防止壁面烧蚀。 火焰筒结构如图3,4所示，主要由旋流器（5-1)、帽罩（5-2)、头部冷却结构（5-3)、 定位套筒（5-4)、点火电嘴浮动套（5-5)、主燃孔（5-6)、火焰筒壁（5-7)、掺混孔（5-8)组 成。旋流器是火焰筒的重要组成部分，主要作用是在主燃区形成回流区，其结构如图5,6 所示，该旋流器为两级直叶片轴向旋流器，一级与二级之间气流旋转方向相反，一级旋流器 出口带文氏管，二级旋流器出口带套筒。帽罩是一个曲面环形件，与火焰筒之间可用螺钉等 紧固件连接，其作用是增加头部进气压差，减少压力损失。定位套筒是一个带有焊接基座的 圆管，直接焊接在火焰筒外壁面上，其作用是固定火焰筒，采用前部定位，后端自由的固定 方式。主燃孔与掺混孔均带有进气斗，与火焰筒点焊连接，其作用是增加射流深度。 喷嘴主体结构如图7所示，主要由喷嘴壳体（2-1)、旋流芯（2-2)、副喷口（2-3)、主 喷口（2-4)组成。喷嘴壳体结构如图8, 9所示，与进油管焊接，与主喷口螺纹连接，其作用 是形成/隔离主、副油路进油通道。旋流芯结构如图10, 11所示，其作用是使副油路燃料产 生切向速度。副喷口结构如图12, 13所示，其作用是使主油路燃料产生切向速度，同时为副 油路燃料加速喷射通道。主喷口结构如图14, 15所示，其作用是形成主油路燃料加速喷射 通道，主喷口周围均布小孔用于吹除积碳。 本技术主要以空气为氧化剂、乙醇为燃料，以双级轴向旋流器与双油路离心 喷嘴为头部组合，采用冲击+气膜冷却、多斜孔冷却技术，用于上述相关
中的单管 燃烧室燃气发生器。 ⑶技术效果 该燃气发生器以空气为氧化剂，乙醇为燃料，燃气焓值高。空气极易获取，乙醇价 格低廉，解决了该应用领域现有燃气发生器燃气焓值低，运行成本高的缺点。 该燃气发生器通过安装在燃烧室头部的两级轴向旋流器，在主燃区形成2个对称 的回流区，回流区内气流速度比较低，有利于火焰稳定，主燃区紊流度较强，有利于乙醇与 空气快速混合燃烧，提高燃烧效率，采用这种头部结构的燃烧室截面气流平均速度比较高， 远高于现有采用多组阵列式二组元或三组元同轴式头部结构的燃烧室，因此燃烧室直径和 长度均大幅度减小，解决了该应用领域现有燃气发生器几何尺寸大的缺点。 双油路离心喷嘴雾化效果较好，乙醇经离心喷嘴一次雾化后与一、二级旋流器出 口的高速剪切旋转气流相互作用形成二次雾化，二次雾化后的酒精液雾在旋转气流的带动 下沿气流流动轨迹运动，在电嘴附近形成一个易于被高能等离子点火电嘴点燃的燃料与空 气混合微团，采用这种头部组合结构的燃烧室点火可靠性较高，多次试验结果证明点火成 功率接近100 %，解决了该应用领域现有燃气发生器点火可靠性低的缺点。 燃烧室头部采用冲击+气膜冷却，火焰筒壁面采用多斜孔气膜冷却技术，有效降 低了燃烧室热端部件工作温度，试验结果表明火焰筒壁温不超过60(TC，远低于火焰筒材料 GH3039长期允许使用温度850°C，解决了该应用领域现有燃气发生器因喷雾降温或壳体水 冷需要配置冷却水系统，导致系统复杂化的缺点。【附图说明】当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以乙醇为燃料的单管燃烧室燃气发生器，包括：壳体(1‑0)、双油路离心喷嘴(2‑0)、等离子点火电嘴(3‑0)、定位销(4‑0)、火焰筒(5‑0)和紧固件；所述火焰筒(5‑0)，由旋流器(5‑1)、帽罩(5‑2)、头部冷却结构(5‑3)、定位套筒(5‑4)、点火电嘴浮动套(5‑5)、主燃孔(5‑6)、火焰筒壁(5‑7)、掺混孔(5‑8)组成，所述旋流器(5‑1)为两级直叶片轴向旋流器，一级与二级之间气流旋转方向相反，一级旋流器出口带文氏管，二级旋流器出口带套筒，帽罩(5‑2)是一个曲面环形件，与火焰筒之间用紧固件连接，定位套筒(5‑4)是一个带有焊接基座的圆管，直接焊接在火焰筒壁(5‑7)上，其作用是固定火焰筒，采用前部定位，后端自由的固定方式，主燃孔(5‑6)与掺混孔(5‑8)均带有进气斗，与火焰筒(5‑0)点焊连接，增加射流深度；所述双油路离心喷嘴(2‑0)，由喷嘴壳体(2‑1)、旋流芯(2‑2)、副喷口(2‑3)、主喷口(2‑4)组成，喷嘴壳体(2‑1)与进油管焊接，与主喷口(2‑4)螺纹连接，旋流芯(2‑2)用于使副油路燃料产生切向速度，副喷口(2‑3)用于使主油路燃料产生切向速度，同时为副油路燃料加速喷射通道，主喷口(2‑4)周围均匀布置有小孔用于吹除积碳，用于形成主油路燃料加速喷射通道。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗智锋，冯大强，屈成泽，郭隆德，李翠凤，谢璐，
申请(专利权)人：中国燃气涡轮研究院，
类型：新型
国别省市：四川;51