一种稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置制造方法及图纸

一种稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置，包括火焰炉和燃烧室，火焰炉中的第一、二气腔设置在炉盘下方，炉盘中心设置有供粉通道，供粉通道穿过炉盘、第二集气腔、第一集气腔伸出火焰炉之外；供粉通道外围的炉盘上布设有混合气体出口，每个混合气体出口对应一导气通道，各导气通道内同轴设置有导气管，导气通道穿过炉盘伸入第二集气腔内，导气管穿过炉盘、第二集气腔伸入到第一集气腔内，导气管内为第一气体通道，导气管外壁与导气通道内壁之间的环形通道为第二气体通道，分别从第一、二气体通道出来的第一、二气体经混合气体出口混合输出进入燃烧室。本发明专利技术能有效改善两种气体的掺混效果，实现更加稳定的燃烧。实现更加稳定的燃烧。实现更加稳定的燃烧。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置


[0001]本专利技术涉及火箭发动机试验设备
，尤其涉及一种稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置。

技术介绍

[0002]镁、铝等金属粉末通常作为固体火箭发动机中的高能添加剂，以提高发动机比冲性能。同时，金属粉末还可以作为一种新型绿色能源，有着广阔的应用前景。铝、镁金属粉末化学性质活泼，不仅可以与氧气发生反应，还可以与弱氧化剂比如水、二氧化碳发生反应放热，适合使用的场景丰富。但是金属粉末的点火条件相较于碳氢燃料更为苛刻，通常需要达到几百甚至上千摄氏度的高温环境，而且在发动机中通常为高压环境。因而在高温高压环境中对金属粉末的点火燃烧特性进行研究的试验装置，对金属粉末的工程使用具有十分重要的理论指导意义。以往对于金属粉末的点火燃烧试验，通常有高能激光点火、激波点火、高温火焰炉点火等方式，其中高温火焰炉点火更能模拟实际的点火环境，但是对高压环境的营造相对更为困难。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置，解决已有装置的火焰不稳定、温度较低和高压环境难以营造的问题。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术提出的技术方案为：
[0005]一种稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置，包括火焰炉和燃烧室；
[0006]火焰炉包括炉盘、第一集气腔、第二集气腔以及供粉通道，第一集气腔、第二集气腔均设置在炉盘下方，炉盘中心设置有供粉通道，供粉通道穿过炉盘、第二集气腔、第一集气腔伸出火焰炉之外；供粉通道外围的炉盘上均匀布设有混合气体出口，每个混合气体出口内对应设置有导气通道，导气通道内同轴设置有导气管，导气通道穿过炉盘伸入到第二集气腔内，导气管穿过炉盘、第二集气腔伸入到第一集气腔内，导气管内为第一气体通道，导气管外壁与导气通道内壁之间的环形通道为第二气体通道，第一集气腔内的第一气体进入第一气体通道，第二集气腔内的第二气体进入第二气体通道，从第一气体通道和第二气体通道出来的第一气体和第二气体经混合气体出口混合输出；
[0007]燃烧室设置在火焰炉的上方；靠近炉盘的燃烧室一侧开设有用于安装火花塞的火花塞接口，燃烧室设有观察窗，远离火焰炉的燃烧室一端设有高压氮气进气阀，通过高压氮气进气阀通入高压氮气实现燃烧室内的高压环境，燃烧室上设置有稳压阀和排气阀。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述第一集气腔为燃料集气腔，第二集气腔为氧化剂集气腔，第一集气腔设有第一进气口，燃气经第一进气口进入第一集气腔。第二集气腔设有第二进气口，氧化剂(如空气)经第二进气口进入第二集气腔。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，还包括用于冷却炉盘的水冷结构。进一步地，所述水冷
结构包括水冷腔，所述水冷腔设置在炉盘产生高温火焰区的正下方，水冷腔联通进水口和出水口。进水口设置在水冷腔的下方侧壁上，水冷腔的出水口从炉盘一侧引出。为了进一步提升冷却效果，位于水冷腔中的炉盘下侧面开设有冷却槽，以增大冷却面积，加强对炉盘的冷却效果。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，水冷腔的下方依次设置有第二集气腔、第一集气腔，水冷腔和第二集气腔之间设置有第一密封结构，第二集气腔和第一集气腔之间设置有第二密封结构，通过第一密封结构、第二密封结构实现水冷腔与第二集气腔、第二集气腔与第一集气腔之间的密封性，解决导气通道以及供粉通道而带来的密封问题。第一密封结构为密封板，密封板实现水冷腔与导气通道以及供粉通道之间的密封，避免水冷腔中的冷却水进入到第二集气腔中。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，火焰炉为分体设置结构，包括炉盘以及炉体，炉盘与炉体密封连接，水冷腔、第二集气腔、第一集气腔设置在炉盘下方的炉体内，炉体由多个炉体单元首尾密封连接而成。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，供粉通道为金属粉末的供粉通道，供粉通道包括保护管和供粉管，供粉管为耐高温陶瓷管，供粉管设置在保护管内。进一步地，炉盘处，供粉通道中的保护管位于炉盘上表面以下，供粉管穿出炉盘伸至燃烧室，供粉管其顶端出粉口位置处的燃烧室侧壁上开设有观察窗。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，燃烧室内设置有透明石英观察管，透明石英观察管位于炉盘上方，使得炉盘产生的火焰位于透明石英观察管内。透明石英观察管避免了通入的高压氮气流对火焰流场造成不稳定影响，同时限制金属颗粒在管内运动，有利于对金属颗粒燃烧现象的观测。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，还包括多个热电偶，各热电偶穿过燃烧室侧壁以及透明石英观察管侧壁对其不同高度位置进行温度测量。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0016]现有技术中的供气方式，氧化剂和燃料气路是通过多孔介质分开的，可能有的地方氧化剂和燃气混合充分，而有的地方混合效果不好，有的地方气流速度快，有的地方气流速度相对慢一点，不能保证每个气孔都混合均匀，这就容易使得火焰不稳定。本专利技术中导气管内为第一气体通道，导气管外壁与导气通道内壁之间的环形通道为第二气体通道，这样气路固定，每个孔的流速、流量都是一样的，混合效果稳定，形成的火焰就会稳定得多。因此，本专利技术火焰炉能有效改善燃气和氧化剂气体的掺混效果，实现更加稳定的燃烧，火焰温度也显著提高。
[0017]本专利技术中设计了冷却炉盘的水冷结构，水冷结构能保证炉盘上表面不被烧蚀，使得试验装置更加可靠。
[0018]本专利技术中的燃烧室加压方式是通过给燃烧室内充高压氮气创造高压环境，能实现宽压力工况下的试验，稳压阀能保证燃烧室内压力稳定。
[0019]在燃烧室内增设透明石英观察管保证了高压氮气气流不会对火焰流场造成较大影响，也使金属颗粒的运动范围限制在透明石英观察管内，更有利于对金属颗粒燃烧现象的观测。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术一实施例的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术一实施例其火焰炉的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术一实施例其火焰炉的剖视图
[0024]图4是本专利技术一实施例其燃烧室的侧视图；
[0025]图5是本专利技术一实施例其燃烧室的后视图；
[0026]图6是本专利技术一实施例其燃烧室的剖视图；
[0027]图中标号：
[0028]1、炉盘；2、上炉体；3、下炉体；4、供粉管；5、出水口；6、进水口；7、第二进气口；8、第一进气口；9、多孔隔离板；10、固定螺栓孔；11、水冷腔；12、第二集气腔；13、第一集气腔；14、保护管；15、导气管；16、导气通道；17、冷却槽；18、密封板；19、混合气体出口；20、方形压板；21、方形玻璃；22、稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置，包括火焰炉和燃烧室，其特征在于：火焰炉包括炉盘、第一集气腔、第二集气腔以及供粉通道，第一集气腔、第二集气腔均设置在炉盘下方，炉盘中心设置有供粉通道，供粉通道穿过炉盘、第二集气腔、第一集气腔伸出火焰炉之外；供粉通道外围的炉盘上均匀布设有混合气体出口，每个混合气体出口内对应设置有导气通道，导气通道内同轴设置有导气管，导气通道穿过炉盘伸入到第二集气腔内，导气管穿过炉盘、第二集气腔伸入到第一集气腔内，导气管内为第一气体通道，导气管外壁与导气通道内壁之间的环形通道为第二气体通道，第一集气腔内的第一气体进入第一气体通道，第二集气腔内的第二气体进入第二气体通道，从第一气体通道和第二气体通道出来的第一气体和第二气体经混合气体出口混合输出；燃烧室设置在火焰炉的上方；靠近炉盘的燃烧室一侧开设有用于安装火花塞的火花塞接口，燃烧室设有观察窗，远离火焰炉的燃烧室一端设有高压氮气进气阀，通过高压氮气进气阀通入高压氮气实现燃烧室内的高压环境，燃烧室上设置有稳压阀和排气阀。2.根据权利要求1所述的稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置，其特征在于：所述第一集气腔为燃料集气腔，第二集气腔为氧化剂集气腔，第一集气腔设有第一进气口，燃气经第一进气口进入第一集气腔；第二集气腔设有第二进气口，氧化剂经第二进气口进入第二集气腔。3.根据权利要求1或2所述的稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置，其特征在于：还包括用于冷却炉盘的水冷结构。4.根据权利要求3所述的稳定工作的高温高压环境金属粉末点火燃烧试验装置，其特征在于：所述水冷结构包括水冷腔，所述水冷腔设置在炉盘产生高温火焰区的正下方，水冷腔联通进水口和出水口...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽君，冯运超，夏智勋，杨涛，马立坤，李明泰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：