一种气体旋流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，公开了一种气体旋流式空气氢气火炬点火器。气体旋流式空气氢气火炬点火器包括从上至下顺序连接的封头、集气环和燃烧室，封头和燃烧室通过法兰盘的螺栓组件固定连接，集气环装夹在封头和燃烧室之间，燃烧室的末端连接传火杆；集气环内套装喷嘴安装座，喷嘴安装座内通过螺纹匹配安装喷嘴，喷嘴的中心轴线上设置有氢气流道，氢气流道与封头的氢气入口上下贯通；集气环连接空气入口和测压接头；燃烧室上设置左右对称的火花塞安装座，各火花塞安装座分别插入火花塞，火花塞外接点火柜。气体旋流式空气氢气火炬点火器通过氢气直流、空气旋流的喷嘴，增强了空气与氢气的掺混，解决了工况宽范围变化时的可靠点火问题。的可靠点火问题。的可靠点火问题。

【技术实现步骤摘要】
一种气体旋流式空气氢气火炬点火器


[0001]本专利技术属于燃烧和点火
，具体涉及一种气体旋流式空气氢气火炬点火器。

技术介绍

[0002]火炬点火器具有点火能量高、可重复使用、点火可靠性高等诸多优点，是一种广泛应用于液体火箭发动机、燃气发生器和空气加热器的点火装置。从现有技术成果来看，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]对于氧化剂为氧气的火炬点火器，氧气与气态燃料能够快速掺混形成可燃混气，容易被火花塞点燃，但是高压氧气是及其危险的助燃气体，火炬点火器的氧气供应系统存在很大的危险性；此外，氧气与气态燃料燃烧后的火焰温度很高，不利于火炬点火器的长时间工作，现有的采用氧气的火炬点火器工作时间一般不超过几百毫秒，火炬点火器的短时间工作无法保证待燃烧装置（液体火箭发动机、燃气发生器和空气加热器等）的可靠点火。
[0004]而液态燃料燃烧过程涉及雾化、掺混、燃烧，喷注器设计较为复杂，与气态燃料相比点火较为困难，工作稳定性较差。并且液态燃料容易产生振荡燃烧，会激发液体火箭发动机、空气加热器的不稳定燃烧，直接威胁设备的稳定工作。
[0005]当前，亟需发展一种采用燃料与空气燃烧、实现可靠点火、长时间工作的气体旋流式空气氢气火炬点火器。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种气体旋流式空气氢气火炬点火器，采用燃料与空气燃烧，实现可靠点火，能够长时间工作。
[0007]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器，其特点是，所述的气体旋流式空气氢气火炬点火器包括从上至下顺序连接的封头、集气环和燃烧室，封头和燃烧室通过法兰盘的螺栓组件固定连接，集气环装夹在封头和燃烧室之间，燃烧室的末端焊接连接传火杆；集气环内套装喷嘴安装座，喷嘴安装座内通过螺纹匹配安装喷嘴，喷嘴的中心轴线上设置有氢气流道，氢气流道与封头的氢气入口上下贯通；集气环连接空气入口和测压接头；燃烧室上设置有左右对称的火花塞安装座，各火花塞安装座内分别插入火花塞，火花塞外接点火柜；封头、氢气入口、喷嘴、喷嘴安装座、集气环和燃烧室同竖直中心轴线；空气入口和测压接头同水平中心轴线；喷嘴为管体，从上至下依次为圆柱段Ⅰ、螺纹段、锥段和圆柱段Ⅱ，圆柱段Ⅰ与氢气入口接通，螺纹段设置有与喷嘴安装座的内螺纹相匹配的外螺纹，锥段为螺纹段和圆柱段Ⅱ之间的过渡段，圆柱段Ⅱ上设置有空气旋流器，空气旋流器的旋流方向与螺纹段的外螺纹一致；圆柱段Ⅱ的末端封闭，沿周向设置有均匀排列的若干个氢气喷孔，各氢气喷孔的中心轴线为水平线，喷嘴末端与火花塞中心轴线之间的距离为1.0倍~1.2倍的燃烧室的内径；
传火杆的气流通道为收缩通道，收缩通道从上至下依次为收缩段和等直段；高压氢气从氢气入口进入喷嘴，经氢气喷孔喷出，高压氢气的流量的变化范围为1g/s~5g/s，喷注压降范围为0.1MPa~1MPa；高压冷空气从空气入口进入集气环，经空气旋流器旋转喷出；在喷嘴圆柱段Ⅱ的末端，高压氢气和高压冷空气旋流混合，形成可燃混气，火花塞点燃可燃混气，形成高温燃气，高温燃气经传火杆的收缩通道喷出；同时，高压冷空气在燃烧室内壁形成冷却燃烧室的气膜，降低燃烧室内壁的温度；所述的气体旋流式空气氢气火炬点火器将传火杆插入待点火燃烧装置，通过燃烧室末端的法兰盘，采用螺栓连接方式固定在待点火燃烧装置上。
[0008]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。
[0009]进一步地，所述的封头与集气环之间通过紫铜垫密封。
[0010]进一步地，所述的燃烧室的材质为不锈钢。
[0011]进一步地，所述的高压冷空气的压力范围为7MPa~15MPa，流量范围为90g/s~200g/s；高压氢气的压力范围为9MPa~15MPa，流量范围为2g/s~10g/s。
[0012]进一步地，所述的传火杆材料为高温合金，牌号为GH3128或者GH3230中的一种。
[0013]进一步地，所述的传火杆通过焊接方式固定在燃烧室的末端，喷嘴安装座通过焊接方式固定在集气环的内腔。
[0014]进一步地，所述的空气旋流器的旋流数大于0.6，旋流通道角度大于45
°
。
[0015]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器中的集气环夹装在封头和燃烧室之间，封头和燃烧室通过法兰盘的螺栓连接，安装方便；喷嘴与喷嘴安装座之间通过螺纹活动连接，方便更换不同参数的喷嘴；喷嘴安装座与集气环之间焊接连接，确保氢气和空气相互隔绝；传火杆焊接连接在燃烧室的末端，确保安装可靠。
[0016]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器的高压氢气由氢气入口进入喷嘴内部的竖直气流通道，通过喷嘴末端的若干个均布的氢气喷孔喷入燃烧室，氢气喷孔的数量和直径根据氢气流量确定，保证氢气流量的变化范围为2g/s~10g/s，氢气喷注压降在0.1MPa~1MPa之间。
[0017]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器的高压冷空气从空气入口进入集气环，再通过旋流通道进入燃烧室，旋流空气在燃烧室内与中心喷注的氢气充分掺混，形成可燃混气，有效提高了点火可靠性并能够实现宽范围点火；同时，旋流空气喷入燃烧室后，在燃烧室壁面形成冷却气膜，保证燃烧室壁面不被高温燃气烧蚀。
[0018]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器中的空气旋流器的旋流方向与喷嘴的螺纹方向一致，能够保证空气进入旋流通道产生使喷嘴旋紧的力。同时，为了保证高压冷空气和高压氢气的有效掺混，空气旋流器的旋流数应大于0.6，旋流通道角度大于45
°
。
[0019]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器的将传火杆插入待点火燃烧装置，通过燃烧室末端的法兰盘，采用螺栓连接方式固定在待点火燃烧装置上，安装快捷方便。
[0020]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器的传火杆材料为高温合金GH3128（或GH3230），保证火炬点火器可实现长时间工作。传火杆的气流通道为收缩通道，能够提高火炬点火器燃烧室室压，保证氢气充分燃烧，提升火炬点火器燃烧效率及燃气出口温度均匀性。
[0021]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器通过氢气喷孔控制氢气流量及喷注压
力，流量控制精度高，能够实现当量比在0.8~2.0范围内的可靠点火。
[0022]本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器具有以下特点：1.采用氢气和空气点火，降低了供应管路的安全风险，并可实现5s左右的长时间工作；2.采用旋流喷嘴，增强了氢气与空气的掺混效果，提高了点火可靠性，并且能够形成冷却燃烧室的气膜，避免烧蚀；3.能够实现空气和氢气的当量比在0.8~2.0范围内的可靠点火，工作范围宽；4.结构简单，集气环、喷嘴均可更换；5.火炬点火器与待燃烧装置通过螺栓连接，拆装方便；6.引燃火炬点火器的火花塞为常用民用产品，通用性强、简单可靠。
[0023]简而言之，本专利技术的气体旋流式空气氢气火炬点火器，通过氢气直流、空气旋流的喷嘴，有效增强了空气与氢气的掺混，解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体旋流式空气氢气火炬点火器，其特征在于，所述的气体旋流式空气氢气火炬点火器包括从上至下顺序连接的封头（1）、集气环（5）和燃烧室（7），封头（1）和燃烧室（7）通过法兰盘的螺栓组件固定连接，集气环（5）装夹在封头（1）和燃烧室（7）之间，燃烧室（7）的末端焊接连接传火杆（9）；集气环（5）内套装喷嘴安装座（4），喷嘴安装座（4）内通过螺纹匹配安装喷嘴（3），喷嘴（3）的中心轴线上设置有氢气流道，氢气流道与封头（1）的氢气入口（2）上下贯通；集气环（5）连接空气入口（6）和测压接头（10）；燃烧室（7）上设置有左右对称的火花塞安装座（8），各火花塞安装座（8）内分别插入火花塞，火花塞外接点火柜；封头（1）、氢气入口（2）、喷嘴（3）、喷嘴安装座（4）、集气环（5）和燃烧室（7）同竖直中心轴线；空气入口（6）和测压接头（10）同水平中心轴线；喷嘴（3）为管体，从上至下依次为圆柱段Ⅰ、螺纹段、锥段和圆柱段Ⅱ，圆柱段Ⅰ与氢气入口（2）接通，螺纹段设置有与喷嘴安装座（4）的内螺纹相匹配的外螺纹，锥段为螺纹段和圆柱段Ⅱ之间的过渡段，圆柱段Ⅱ上设置有空气旋流器，空气旋流器的旋流方向与螺纹段的外螺纹一致；圆柱段Ⅱ的末端封闭，沿周向设置有均匀排列的若干个氢气喷孔（11），各氢气喷孔（11）的中心轴线为水平线，喷嘴（3）末端与火花塞中心轴线之间的距离为1.0倍~1.2倍的燃烧室（7）的内径；传火杆（9）的气流通道为收缩通道，收缩通道从上至下依次为收缩段和等直段；高压氢气从氢气入口（2）进入喷嘴（3），经氢气喷孔（11）喷出，高压氢气的流量的变化范围为1g/s~5g/s，喷注压降范围为0.1MPa~1MPa；高压冷空气从空气入口（6）进入集气环（5），...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡悦，陈晨曦，康忠涛，任虹宇，王振锋，蒲旭阳，袁磊，方昕昕，蒋俊，刘洪志，
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
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