一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构及设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种蒸汽发生装置结构及其设计方法，具体涉及一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构及设计方法，解决现有蒸汽发生装置内壁冷却不可靠导致的燃烧室壁烧蚀

【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构及设计方法


[0001]本专利技术涉及一种蒸汽发生装置结构及其设计方法，具体涉及一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构及设计方法
。

技术介绍

[0002]在发动机高空模拟试车时，将发动机安装于真空舱内，可采用真空机组
、
空气引射
、
蒸汽引射等方式实现真空舱内的抽真空
。
其中蒸汽引射具有引射能力强的特点，可用于大推力发动机的高空模拟试车
。
[0003]蒸汽引射所用动力蒸汽由蒸汽发生装置产生，在蒸汽发生装置设计过程中，蒸汽发生装置内壁冷却没有一个可供参考的标准流程，冷却水量取值与所需水量往往偏差较大，需经过大量的热点火调试验证，调试过程会出现某些位置冷却不到导致的燃烧室烧蚀及爆炸故障，或由于水量过大导致蒸汽温度达不到设计值的现象
。
若调试后更改孔径重新加工蒸汽发生装置再次组织调试，容易导致大量人力
、
物力的浪费
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有蒸汽发生装置内壁冷却不可靠导致的燃烧室壁烧蚀
、
工作不稳定的技术问题，而提供一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构及设计方法
。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构，其特殊之处在于：包括头部的喷注盘
、
与喷注盘连接的身部；
[0007]喷注盘用于与外部的燃料和氧化剂连接；喷注盘沿径向从外到内依次设置有多圈喷注孔；
[0008]身部用于与外部冷却水连接；身部包括从前至后依次连接的燃烧室和掺混室；燃烧室用于将燃料和氧化剂充分燃烧；掺混室用于将燃料
、
氧化剂和冷却水充分掺混后形成蒸气；
[0009]燃烧室沿轴向设置有多个冷却环带；
[0010]掺混室沿轴向设置有多个掺混喷注环带
。
[0011]进一步地，所述靠近喷注盘最外圈的喷注孔为燃料喷注孔，次外圈的喷注孔为氧化剂喷注孔，喷注盘上其余圈喷注孔为燃料喷注孔
,
或氧化剂喷注孔
,
或燃料喷注孔和氧化剂喷注孔交叉设置
。
[0012]进一步地，所述冷却环带为3个，3个冷却环带为沿轴向依次设置的第一冷却环带
、
第二冷却环带与第三冷却环带
。
[0013]进一步地，所述掺混喷注环带为1个，掺混喷注环带与身部轴线的夹角为
45
°
。
[0014]进一步地，所述喷注孔为5圈；
[0015]掺混喷注环带为斜孔喷注或喷水棒喷注
。
[0016]同时，本专利技术还提供了一种基于上述一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构的设计方
法
,
其特殊之处在于，包括以下步骤：头部的喷注盘冷却和身部冷却；
[0017]喷注盘冷却包括以下步骤：
[0018]A1)
喷注盘的燃烧介质排布；燃烧介质包括燃料和氧化剂；
[0019]喷注盘的最外圈采用燃料，次外圈采用氧化剂；
[0020]A2)
喷注盘各分区的流量分配；
[0021]定义边区为喷注盘外壁向内延伸至喷注盘半径5～
10
％的区间；
[0022]设边区混合比与化学当量比偏差大于等于
30
％，最外圈流量密度大于等于
60kg/(s
·
m2)
，最外圈喷嘴排列密度大于等于
0.25
个
/cm2，计算边区混合比与化学当量比偏差
、
最外圈流量密度及最外圈喷嘴排列密度，完成喷注盘各分区的流量分配；
[0023]身部冷却包括以下步骤：
[0024]B1)
对身部的冷却环带的冷却长度进行赋值，并计算冷却环带的冷却水量；
[0025]B2)
根据冷却水量校核冷却环带的有效冷却长度；
[0026]B3)
判断步骤
B1)
中，冷却环带的冷却长度与步骤
B2)
中所得的有效冷却长度的差别是否小于等于2％；若是，则停止计算，否则返回步骤
B1)
，直至得到冷却水量及冷却环带的有效冷却长度
。
[0027]进一步地，步骤
A2)
中，所述计算边区混合比与化学当量比偏差
、
最外圈流量密度及最外圈喷嘴排列密度具体为：
[0028]A2.1、
通过下式计算各分区的混合比
k
：
[0029]k
＝
q
o
/q
f
[0030]式中：
q
o
为氧化剂流量，单位为
kg/s
；
q
f
为燃料流量，单位为
kg/s
；
[0031]根据上式可得边区混合比与化学当量比偏差；
[0032]A2.2、
通过下式计算各分区的流量密度
r
s
：
[0033]r
s
＝
(q
o*
+q
f*
)/A
*
[0034]式中：
q
o*
为该分区内氧化剂质量流量，单位为
kg/s
；
q
f*
为该分区内燃料质量流量；
A*
为该分区的面积，单位为
m2；
[0035]由上式可得最外圈的流量密度；
[0036]A2.3、
通过下式计算各分区的喷嘴排列密度
r
z
：
[0037]r
z
＝
q
*z
/A
*
[0038]式中：
q
*z
为该分区的喷嘴数，单位为个；
[0039]由上式可得最外圈的喷嘴排列密度，完成喷注盘各分区的流量分配
。
[0040]进一步地，步骤
B1)
具体为：
[0041]对身部冷却环带的冷却长度
L1赋值，并按照下式计算冷却环带的冷却水量：
[0042][0043]式中：
q
cj
为冷却环带的冷却水量，单位为
kg/s
；
q
rq
为边区燃料的流量，单位为
kg/s
；
R
为燃烧室内壁直径，单位为
m
；
R
bq
为边区的内径，单位为
m
；
k
bq
为边区的混合比；
k
h
为混合比的修正系数；
k
d
为燃烧介质的化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构，其特征在于：包括头部的喷注盘
(1)、
与喷注盘
(1)
连接的身部
(2)
；所述喷注盘
(1)
用于与外部的燃料和氧化剂连接；喷注盘
(1)
沿径向从外到内依次设置有多圈喷注孔
(11)
；所述身部
(2)
用于与外部冷却水连接；身部
(2)
包括从前至后依次连接的燃烧室
(21)
和掺混室
(22)
；燃烧室
(21)
用于将燃料和氧化剂充分燃烧；掺混室
(22)
用于将燃料
、
氧化剂和冷却水充分掺混后形成蒸气；所述燃烧室
(21)
沿轴向设置有多个冷却环带；所述掺混室
(22)
沿轴向设置有多个掺混喷注环带
(221)。2.
根据权利要求1所述的一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构，其特征在于：所述靠近喷注盘
(1)
最外圈的喷注孔
(11)
为燃料喷注孔，次外圈的喷注孔
(11)
为氧化剂喷注孔，喷注盘
(1)
上其余圈喷注孔
(11)
为燃料喷注孔
,
或氧化剂喷注孔
,
或燃料喷注孔和氧化剂喷注孔交叉设置
。3.
根据权利要求1或2所述的一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构，其特征在于：所述冷却环带为3个，3个冷却环带为沿轴向依次设置的第一冷却环带
(211)、
第二冷却环带
(212)
与第三冷却环带
(213)。4.
根据权利要求1所述的一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构，其特征在于：所述掺混喷注环带
(221)
为1个，掺混喷注环带
(221)
与身部
(2)
轴线的夹角为
45
°
。5.
根据权利要求4所述的一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构，其特征在于：所述喷注孔
(11)
为5圈；所述掺混喷注环带
(221)
为斜孔喷注或喷水棒喷注
。6.
一种基于权利要求1‑5任一所述的一种蒸汽发生装置燃烧室冷却结构的设计方法
,
其特征在于，包括以下步骤：头部的喷注盘
(1)
冷却和身部
(2)
冷却；所述喷注盘
(1)
冷却包括以下步骤：
A1)
喷注盘
(1)
的燃烧介质排布；所述燃烧介质包括燃料和氧化剂；所述喷注盘
(1)
的最外圈采用燃料，次外圈采用氧化剂；
A2)
喷注盘
(1)
各分区的流量分配；定义边区为喷注盘
(1)
外壁向内延伸至喷注盘
(1)
半径5～
10
％的区间；设边区混合比与化学当量比偏差大于等于
30
％，最外圈流量密度大于等于
60kg/(s
·
m2)
，最外圈喷嘴排列密度大于等于
0.25
个
/cm2，计算边区混合比与化学当量比偏差
、
最外圈流量密度及最外圈喷嘴排列密度，完成喷注盘
(1)
各分区的流量分配；所述身部
(2)
冷却包括以下步骤：
B1)
对身部
(2)
的冷却环带的冷却长度进行赋值，并计算冷却环带的冷却水量；
B2)
根据冷却水量校核冷却环带的有效冷却长度；
B3)
判断步骤
B1)
中，所述冷却环带的冷却长度与步骤
B2)
中所得的有效冷却长度的差别是否小于等于2％；若是，则停止计算，否则返回步骤
B1)
，直至得到冷却水量及冷却环带的有效冷却长度
。7.
根据权利要求6所述的一种蒸汽发生装置燃烧室设计方法
,
其特征在于，步骤
A2)
中，所述计算边区混合比与化学当量比偏差
、
最外圈流量密度及最外圈喷嘴排列密度具体为：
A2.1、
通过下式计算各分区的混合比
k
：
k
＝
q
o
/q
f
式中：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李民民，于军，何小军，周献齐，吴飞飞，李宇，宋家豪，王栋，张信，李刚，张腾飞，廖云鹏，李冠儒，张啸宇，曹红伟，王广涛，赵帆，吕伟前，
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：