一种互击式空气氢气火炬点火器制造技术

本发明专利技术属于燃烧和点火技术领域，公开了一种互击式空气氢气火炬点火器。互击式空气氢气火炬点火器的燃烧室为筒体；燃烧室的前端通过法兰盘固定喷注器，喷注器上设置氢气喷嘴；中段设置有上下对称的火花塞安装座，火花塞安装座内分别插入火花塞，火花塞外接点火柜；后段连接测压接头；后端插入传火杆；氢气喷嘴、喷注器、燃烧室和传火杆的水平中心轴线上设置前后贯通的气流通道。互击式空气氢气火炬点火器增强了空气与氢气的掺混，通过调节氢气和空气当量比控制燃气温度，实现可靠点火；采用空气和氢气燃烧组织模式，实现长时间工作；通过气膜冷却环缝，延长工作时间；传火杆采用高温合金，实现火炬点火器的长时间工作和重复工作。实现火炬点火器的长时间工作和重复工作。实现火炬点火器的长时间工作和重复工作。

【技术实现步骤摘要】
一种互击式空气氢气火炬点火器


[0001]本专利技术属于燃烧和点火
，具体涉及一种互击式空气氢气火炬点火器。

技术介绍

[0002]液体火箭发动机、空气加热器等燃烧设备均需要考虑可靠点火问题。常用的点火方式包括火药点火、电火花点火和火炬点火器点火。火药点火结构简单、工作可靠，但只能一次性使用，对于需要重复使用、长期运行的地面燃烧加热设备显然不适用。电火花点火也是一种便捷的点火方式，但点火能量偏低，对于大流量的燃烧设备点火可靠性难以保证。而火炬点火器具有点火可靠性高、可重复使用、使用方便等诸多优点，因此被广泛应用于液体火箭发动机、燃烧空气加热器的点火。火炬点火器一般采用气态或液态燃料，前者一般是氢气、甲烷等，后者大多为酒精、煤油等。
[0003]提高火炬点火器本身的点火可靠性，同时提高点火能量，火炬点火器的氧化剂可选择氧气。氧气氢气火炬点火器通常采用同轴剪切式喷注结构，构型简单，可靠性高。氧化剂选择氧气，喷注器无需考虑复杂的构型即能满足可靠点火的需求，但是氧气氢气的火焰温度高达3000K以上，火炬点火器只能工作几百毫秒，如此短的工作时间无法确保燃烧装置成功点火；且燃烧装置中火炬点火器的安装位置通常比较狭小，也不便于在火炬点火器上增加冷却结构。同时氧气是非常危险的助燃气体，使用氧气极大增加了供应系统的危险性。
[0004]如果采用空气作为氧化剂，则火炬点火器产生的燃气温度可控制在2000K以内，不采取冷却措施的情况下火炬点火器工作时间能延长至5s，足以确保燃烧装置的可靠点火。但是同轴剪切式喷嘴无法保证气态燃料与空气充分掺混，点火稳定性无法保证。以空气和氢气组合为例，氢气与静止空气恰当混合的情况下，所需的点火温度为530
°
C~590
°
C，很多采用同轴剪切喷注或壁面喷注的空气氢气火炬点火器点火困难，工作稳定性差。
[0005]气液燃烧组织模式的火炬点火器通常采用气液同轴离心式喷注结构，虽然通过合理地设计喷嘴结构能够实现液态燃料的燃烧，但是液态燃料燃烧过程涉及雾化、蒸发、掺混的复杂过程，点火可靠性和燃烧稳定性均较差。液态燃料模式容易产生震荡燃烧，极大的威胁设备安全，这是至今尚未解决的世界性难题。
[0006]综上所述，以氧气为氧化剂的火炬点火器虽然点火可靠、点火能量高，但是工作时间短，危险性高；液态燃料的点火可靠性和燃烧稳定性问题又难以解决，当前，亟需发展一种能够可靠点火和稳定工作的互击式空气氢气火炬点火器。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够长时间稳定工作的互击式空气氢气火炬点火器，较好地解决了气态燃料与空气的掺混燃烧问题，能够长时间稳定工作。
[0008]本专利技术的互击式空气氢气火炬点火器，其特点是，所述的互击式空气氢气火炬点火器的燃烧室为筒体；燃烧室的前端设置有法兰盘Ⅰ，通过法兰盘Ⅰ固定喷注器，喷注器外接氢气喷嘴，氢气喷嘴上设置氢气入口；燃烧室的中段设置有上下对称的火花塞安装座，火花
塞安装座内分别插入火花塞，火花塞外接点火柜；燃烧室的后段连接测压接头；燃烧室的后端设置有法兰盘Ⅱ，燃烧室的后端还插入传火杆；氢气嘴、氢气入口、喷注器、燃烧室和传火杆同水平中心轴线，水平中心轴线上设置前后贯通的气流通道，燃烧室中段和后段的气流通道为燃烧腔；火花塞安装座的竖直中心轴线与喷注器后端面之间的距离为燃烧腔内径的1.0倍~1.2倍；喷注器为台阶圆柱体，从前至后依次为法兰盘Ⅲ、圆柱段Ⅰ、圆柱段Ⅱ和圆柱段Ⅲ，喷注器的法兰盘Ⅲ与燃烧室的法兰盘Ⅰ外径相同、端面匹配；圆柱段Ⅰ与燃烧室内腔过渡配合；圆柱段Ⅱ的直径小于燃烧室的气流通道直径，圆柱段Ⅱ与燃烧室内壁之间的空腔为空气腔，空气腔连通空气入口；圆柱段Ⅲ的直径小于燃烧室的气流通道直径，圆柱段Ⅲ与燃烧室之间设计环缝间隙，圆柱段Ⅲ与燃烧室之间的环缝间隙构成气膜冷却环缝，气膜冷却环缝连通空气腔，从空气入口进入空气腔的高压空气通过气膜冷却环缝进入燃烧腔，在燃烧腔内壁上形成空气气膜；喷注器后段水平中心轴线上的气流通道为收扩通道，收扩通道从前至后依次为收缩段、等直段和扩张段，扩张段的扩张角范围为20
°
~30
°
，扩张段上设置有与空气腔连通的沿周向均匀分布的空气喷注孔，空气喷注孔与水平中心轴线之间的夹角为30
°
~60
°
；高压空气从空气入口进入空气腔，通过空气喷注孔进入扩张段，从氢气入口进入的高压氢气通过气流通道进入扩张段，高压空气和高压氢气具有相对的径向速度，在扩张段内相互撞击，实现掺混，形成可燃混气，火花塞点燃可燃混气，形成高温燃气；高压空气通过气膜冷却环缝和空气喷注孔的喷注压降范围为0.1MPa~1MPa；传火杆的气流通道为收缩通道，收缩通道从前至后依次为收缩段和等直段；高温燃气经收缩通道喷出；所述的互击式空气氢气火炬点火器的高压空气和高压氢气的当量比为0.8~2.0，火焰温度范围为2000K~2400K；互击式空气氢气火炬点火器的传火杆插入待点火燃烧装置，通过固定在燃烧室末端的法兰盘Ⅲ上的螺栓与待点火燃烧装置固定连接。
[0009]进一步地，所述的点火柜将220V交流电转换为10kV高压电输出给火花塞。
[0010]进一步地，所述的喷注器的法兰盘Ⅲ与燃烧室的法兰盘Ⅰ的接触端面上设置有密封圈。
[0011]进一步地，所述的燃烧室的材质为不锈钢。
[0012]进一步地，所述的高压空气的压力范围为7MPa~15MPa，流量范围为90~200g/s；高压氢气的压力范围为9MPa~15MPa，流量范围为2~10g/s。
[0013]进一步地，所述的传火杆的材料为高温合金，牌号为GH3128或者GH3230中的一种。
[0014]进一步地，所述的传火杆通过焊接方式固定。
[0015]本专利技术的互击式空气氢气火炬点火器的喷注器采用收扩通道，收扩通道的优点一是能够提高高压氢气的喷注速度，增强高压氢气与高压空气的剪切作用；二是使得高压氢气具有径向速度，提高了高压氢气与高压空气的掺混效率。在扩张段均布的空气喷注孔的数量和内径根据空气流量确定，保证高压空气的喷注压降范围为0.1MPa~1MPa之间；高压空气的喷注方向与高压氢气的夹角范围为30
°
~60
°
，使得高压氢气与高压空气具有相对的径向速度，相互撞击，大大增强高压氢气与高压空气的掺混作用。收扩通道形成的互击式同轴剪切喷嘴，保证了高压氢气与高压空气充分掺混，在燃烧室中形成可燃混气，降低了对点火
能量的要求。
[0016]本专利技术的互击式空气氢气火炬点火器在喷注器与燃烧室之间设计气膜冷却环缝，气膜冷却环缝能够避免燃烧室被高温燃气烧蚀，气膜冷却环缝的宽度根据高压空气流量确定，保证高压空气的喷注压降范围为0.1MPa~1MPa；一部分空气通过气膜冷却环缝进入燃烧室，在燃烧腔内壁上形成空气气膜，能够有效减小燃烧室内的高温燃气与燃烧腔内壁之间的传热，使得燃烧室采用普通不锈钢即可实现较长时间工作而不被烧蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种互击式空气氢气火炬点火器，其特征在于，所述的互击式空气氢气火炬点火器的燃烧室（3）为筒体；燃烧室（3）的前端设置有法兰盘Ⅰ，通过法兰盘Ⅰ固定喷注器（2），喷注器（2）外接氢气喷嘴，氢气喷嘴上设置氢气入口（1）；燃烧室（3）的中段设置有上下对称的火花塞安装座（4），火花塞安装座（4）内分别插入火花塞（5），火花塞（5）外接点火柜；燃烧室（3）的后段连接测压接头（8）；燃烧室（3）的后端设置有法兰盘Ⅱ，燃烧室（3）的后端还插入传火杆（6）；氢气嘴、氢气入口（1）、喷注器（2）、燃烧室（3）和传火杆（6）同水平中心轴线，水平中心轴线上设置前后贯通的气流通道，燃烧室（3）中段和后段的气流通道为燃烧腔；火花塞安装座（4）的竖直中心轴线与喷注器（2）后端面之间的距离为燃烧腔内径的1.0倍~1.2倍；喷注器（2）为台阶圆柱体，从前至后依次为法兰盘Ⅲ、圆柱段Ⅰ、圆柱段Ⅱ和圆柱段Ⅲ，喷注器（2）的法兰盘Ⅲ与燃烧室（3）的法兰盘Ⅰ外径相同、端面匹配；圆柱段Ⅰ与燃烧室（3）内腔过渡配合；圆柱段Ⅱ的直径小于燃烧室（3）的气流通道直径，圆柱段Ⅱ与燃烧室（3）内壁之间的空腔为空气腔，空气腔连通空气入口（7）；圆柱段Ⅲ的直径小于燃烧室（3）的气流通道直径，圆柱段Ⅲ与燃烧室（3）之间设计环缝间隙，圆柱段Ⅲ与燃烧室（3）之间的环缝间隙构成气膜冷却环缝，气膜冷却环缝连通空气腔，从空气入口（7）进入空气腔的高压空气通过气膜冷却环缝进入燃烧腔，在燃烧腔内壁上形成空气气膜；喷注器（2）后段水平中心轴线上的气流通道为收扩通道，收扩通道从前至后依次为收缩段、等直段和扩张段，扩张段的扩张角范围为20
°
~30
°
，扩张段上设置有与空气腔连通的沿周向均匀分布的空气喷注孔（9），空气喷注孔（9）与水平中心轴线之间的夹角为30

【专利技术属性】
技术研发人员：胡悦，康忠涛，任虹宇，王振锋，陈晨曦，蒲旭阳，袁磊，方昕昕，陶治，蒋俊，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所，
类型：发明
国别省市：