一种高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统及方法，以解决燃气发生器试验条件下产生的富氧燃气中含有的氮氧化物具有人身危害和环境污染，而目前氮氧化物常用的处理方法，不适用于燃气发生器缩尺件试验的问题。该系统包括偏二甲肼供应系统、与偏二甲肼供应系统相连接的补燃系统、燃气导流系统及冷却水供应系统；补燃系统包括补燃连通管、与补燃连通管相通的偏二甲肼集液环管和周向均匀设置在偏二甲肼集液环管内侧的多个喷注管，喷注管上设置有多个喷注单元。该方法包括1、打开冷却水供应系统；2、启动燃气发生器缩尺件，富氧燃气与偏二甲肼发生反应；3、当燃气发生器缩尺件的工作完成，进行关闭程序。进行关闭程序。进行关闭程序。

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统及方法


[0001]本专利技术涉及补燃发动机的燃气发生器富氧燃气处理方法，具体涉及一种高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统及方法。

技术介绍

[0002]常温推进剂高压补燃发动机包括燃气发生器和补燃推力室，采用“氮氧化物+肼类燃料”推进剂组合。燃气发生器为富氧预燃室，其生成的富氧燃气与补燃推力室中的燃料进行二次燃烧；燃气发生器需在全尺寸发动机研制前开展缩尺件点火试验。燃气发生器缩尺件在额定工况下混合比19，喷管出口燃气温度约1200K，压力约11MPa，流速约600m/s，燃气流量密度可达9500kg/s
·
m2。燃气发生器试验过程生成的燃气中含有大量的氮氧化物，氮氧化物流量约15.8kg/s。因此在燃气发生器缩尺件点火试验过程中，必须对富含氮氧化物的燃气进行处理，以减小燃气中氮氧化物对试验人员身体的危害和对试验区环境的污染。
[0003]目前广泛应用于工程中氮氧化物处理方法包括催化燃烧法、吸附法、冷冻法、洗涤法等。然而，燃气发生器缩尺件试验过程中富氧燃气具有温度高、压力高、流速高、流量密度大等特点，现有的氮氧化物处理装置无法与燃气发生器缩尺件试验过程的工况相匹配。为匹配燃气发生器缩尺件试验时高温高压高速大流量密度的工作环境，需采用一种新的装置和方法用于处理富氧燃气中氮氧化物。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于解决燃气发生器试验条件下产生的富氧燃气中含有的氮氧化物具有人身危害和环境污染，而目前氮氧化物常用的处理方法，不适用于燃气发生器缩尺件试验的问题，提出一种高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统及方法。
[0005]本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统，其特殊之处在于：
[0007]包括用于产生富氧燃气的燃气发生器缩尺件、偏二甲肼供应系统、与偏二甲肼供应系统相连接的补燃系统、燃气导流系统及冷却水供应系统；
[0008]所述偏二甲肼供应系统用于向补燃系统提供偏二甲肼；
[0009]所述补燃系统包括补燃连通管、与补燃连通管相通的偏二甲肼集液环管和周向均匀设置在偏二甲肼集液环管内侧的多个径向的喷注管，所述喷注管的第一端与偏二甲肼集液环管相通且密封连接；所述喷注管上设置有多个喷注单元；
[0010]所述喷注单元为多组二股自击式喷注单元；
[0011]所述二股自击式喷注单元包括设置在喷注管上的两个喷嘴，两个喷嘴间距25
‑
35mm，所述喷嘴的长径比为L
inj
/D
inj
＝2.4～3.0，其中L
inj
为喷嘴延伸方向上的长度，D
inj
为喷嘴的直径；所述二股自击式喷注单元中喷嘴的自击角为45
°
～60
°
；
[0012]所述燃气导流系统包括内筒和外筒，所述内筒包括上端口和下端口，所述上端口用于接收燃气发生器缩尺件产生的富氧燃气，所述下端口用于将富氧燃气传输至补燃系
统；
[0013]所述冷却水供应系统用于对补燃系统和燃气导流系统进行冷却。
[0014]进一步地，所述喷嘴设置在喷注管的管壁下端，喷嘴的喷注方向向下；所述喷嘴采用单组元液体直流喷嘴。
[0015]进一步地，所述喷注管的第一端通过螺纹与偏二甲肼集液环管可拆卸连接；
[0016]所述喷注管与偏二甲肼集液环管的连接位置采用线密封形式进行密封；
[0017]所述喷注管的第二端的端面设置有喷注孔，所述喷注孔径为0.8
‑
1.0mm。
[0018]进一步地，所述燃气导流系统还包括夹层水冷系统；
[0019]所述夹层水冷系统包括内筒和外筒之间形成封闭的夹层空腔、位于外筒下端侧壁与夹层空腔相通的冷却液入口及位于外筒上端侧壁与夹层空腔相通的冷却液出口。
[0020]进一步地，所述偏二甲肼供应系统包括偏二甲肼贮存罐、设置在偏二甲肼贮存罐上的调节阀组件及连接在偏二甲肼贮存罐出口端的偏二甲肼手动总供应阀；沿偏二甲肼传输方向，偏二甲肼手动总供应阀依次连接偏二甲肼气动总供应阀和偏二甲肼初级阀，所述偏二甲肼初级阀与补燃系统的补燃连通管连接；
[0021]进一步地，所述调节阀组件包括偏二甲肼放气阀、偏二甲肼增压阀及安全阀；
[0022]所述偏二甲肼放气阀包括偏二甲肼气动放气阀和偏二甲肼手动放气阀；
[0023]所述偏二甲肼手动总供应阀和偏二甲肼气动总供应阀之间设置有偏二甲肼过滤器和偏二甲肼质量流量计。
[0024]进一步地，所述补燃系统还包括吹除系统，所述吹除系统包括单向阀和偏二甲肼气动吹除阀，所述单向阀可与连通管连通，偏二甲肼气动吹除阀与单向阀连接；所述补燃连通管上设置有偏二甲肼压力传感器；
[0025]所述冷却水供应系统包括通过冷却水管道依次连接的冷却水箱、冷却水手动总供应阀、冷却水增压泵、冷却水气动总供应阀及伸入燃气导流系统内筒的冷却水喷淋装置；所述冷却水增压泵与冷却水气动总供应阀之间的冷却水管道还连接有冷却水回流阀，所述冷却水回流阀与冷却水箱相通，用于形成回流通路。
[0026]进一步地，所述冷却水气动总供应阀的打开腔与冷却水回流阀的关闭腔连通，冷却水气动总供应阀的关闭腔与冷却水回流阀的打开腔连通。
[0027]进一步地，所述燃气发生器缩尺件包括燃烧室、燃料路供应系统及氧化剂路供应系统；
[0028]所述燃料路供应系统包括与燃烧室相通的燃料路产品阀、与燃料路产品阀的一个输入端相接的燃料路初级阀及与燃料路产品阀的另一个输入端相接的燃料路吹除阀；燃料路初级阀与燃料供应组件相接，燃料路吹除阀与燃料路吹除系统相接；
[0029]所述氧化剂路供应系统包括与燃烧室相通的氧化剂路产品阀、与氧化剂路产品阀的一个输入端相接的氧化剂路初级阀及与氧化剂路产品阀的另一个输入端相接的氧化剂路吹除阀；氧化剂路初级阀与氧化剂供应组件相接，氧化剂路吹除阀与氧化剂路吹除系统相接。
[0030]同时，本专利技术还提供一种高温高压高速大流量密度富氧燃气处理方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0031]S1、打开偏二甲肼增压阀、偏二甲肼手动总供应阀、偏二甲肼气动总供应阀、冷却
水手动总供应阀及冷却水气动总供应阀；
[0032]S2、启动燃气发生器缩尺件，燃气发生器缩尺件排出的富氧燃气进入燃气导流系统的内筒，经过夹层水冷系统和冷却水喷淋装置的冷却后，从内筒下端排至补燃系统，启动偏二甲肼初级阀，富氧燃气与偏二甲肼发生反应；
[0033]S3、当燃气发生器缩尺件的工作完成，打开燃料路吹除阀，然后关闭燃料路初级阀，燃料路吹除系统通过燃料路吹除阀对燃料路产品阀后的管道内残余燃料吹除至燃气发生器缩尺件的燃烧室；
[0034]S4、当燃气发生器缩尺件的燃烧室内的室压降低至额定室压的50％后，再关闭氧化剂路初级阀和偏二甲肼初级阀，打开偏二甲肼气动吹除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统，其特征在于：包括用于产生富氧燃气的燃气发生器缩尺件(5)、偏二甲肼供应系统、与偏二甲肼供应系统相连接的补燃系统、燃气导流系统及冷却水供应系统；所述偏二甲肼供应系统用于向补燃系统提供偏二甲肼；所述补燃系统包括补燃连通管、与补燃连通管相通的偏二甲肼集液环管(201)和周向均匀设置在偏二甲肼集液环管(201)内侧的多个径向的喷注管(205)，所述喷注管(205)的第一端与偏二甲肼集液环管(201)相通且密封连接；所述喷注管(205)上设置有多个喷注单元；所述喷注单元为多组二股自击式喷注单元；所述二股自击式喷注单元包括设置在喷注管(205)上的两个喷嘴(206)，两个喷嘴(206)间距25
‑
35mm，所述喷嘴(206)的长径比为L
inj
/D
inj
＝2.4～3.0，其中L
inj
为喷嘴(206)延伸方向上的长度，D
inj
为喷嘴(206)的直径；所述二股自击式喷注单元中喷嘴(206)的自击角为45
°
～60
°
；所述燃气导流系统包括内筒(302)和外筒(301)，所述内筒包括上端口和下端口，所述上端口用于接收燃气发生器缩尺件(5)产生的富氧燃气，所述下端口用于将富氧燃气传输至补燃系统；所述冷却水供应系统用于对补燃系统和燃气导流系统进行冷却。2.根据权利要求1所述的高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统，其特征在于：所述喷嘴(206)设置在喷注管(205)的管壁下端，喷嘴(206)的喷注方向向下；所述喷嘴(206)采用单组元液体直流喷嘴。3.根据权利要求2所述的高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统，其特征在于：所述喷注管(205)的第一端通过螺纹与偏二甲肼集液环管(201)可拆卸连接；所述喷注管(205)与偏二甲肼集液环管(201)的连接位置采用线密封形式进行密封；所述喷注管(205)的第二端的端面设置有喷注孔(207)，所述喷注孔(207)径为0.8
‑
1.0mm。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统，其特征在于：所述燃气导流系统还包括夹层水冷系统；所述夹层水冷系统包括内筒(302)和外筒(301)之间形成封闭的夹层空腔、位于外筒(301)下端侧壁与夹层空腔相通的冷却液入口及位于外筒(301)上端侧壁与夹层空腔相通的冷却液出口。5.根据权利要求4所述的高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统，其特征在于：所述偏二甲肼供应系统包括偏二甲肼贮存罐(101)、设置在偏二甲肼贮存罐(101)上的调节阀组件、连接在偏二甲肼贮存罐(101)出口端的偏二甲肼手动总供应阀(102)；沿偏二甲肼传输方向，偏二甲肼手动总供应阀(102)依次连接偏二甲肼气动总供应阀(103)和偏二甲肼初级阀(104)，所述偏二甲肼初级阀(104)与补燃系统的补燃连通管连接。6.根据权利要求5所述的高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统，其特征在于：所述调节阀组件包括偏二甲肼放气阀、偏二甲肼增压阀(108)及安全阀(106)；所述偏二甲肼放气阀包括偏二甲肼气动放气阀(105)和偏二甲肼手动放气阀(107)；
所述偏二甲肼手动总供应阀(102)和偏二甲肼气动总供应阀(103)之间设置有偏二甲肼过滤器(109)和偏二甲肼质量流量计(110)。7.根据权利要求6所述的高温高压高速大流量密度富氧燃气处理系统，其特征在于：所述补燃系统还...

【专利技术属性】
技术研发人员：衡小康，李林永，李民民，党栋，张丽娜，赵明，武振，朱良麒，李宇，王广涛，宋家豪，李仕帅，张啸宇，张鹏，黄鹏辉，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：