一種基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，包括供氣系統(tǒng)、燃燒室、冷卻裝置及噴管，燃燒室一端連接有噴管，另一端通過(guò)連接法蘭與供氣系統(tǒng)相連。冷卻裝置套于燃燒室外，與燃燒室之間形成冷卻通道。氧化劑和氣態(tài)燃料分別經(jīng)過(guò)空氣支路和燃料支路沿切向進(jìn)入燃燒室，氣流所產(chǎn)生的旋流使燃料與氧化劑之間充分摻混，安裝在連接法蘭上的電嘴點(diǎn)燃混氣，由于氣態(tài)燃料點(diǎn)火極限較低，電嘴可以以較低的點(diǎn)火能量和工作頻率點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)摻混好的燃混氣，混氣在燃燒室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的高溫燃?xì)獬蔀闊嵘淞鼽c(diǎn)火源，間接實(shí)現(xiàn)具有較高點(diǎn)火能量、持續(xù)工作的點(diǎn)火源。
【專利說(shuō)明】一種基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動(dòng)力裝置燃燒室點(diǎn)火領(lǐng)域，具體是一種基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)力裝置的燃燒室，作為將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的部件，可靠的點(diǎn)火技術(shù)是關(guān)鍵，傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式一般采用電嘴點(diǎn)火，把輸入的交流電壓信號(hào)通過(guò)升壓整流變換成直流脈動(dòng)電流，對(duì)儲(chǔ)能電容充電，當(dāng)電容器充滿時(shí)，放電電流經(jīng)放電管、扼流圈、高壓屏蔽電纜等傳輸至點(diǎn)火槍半導(dǎo)體電嘴，形成高能電弧火花點(diǎn)燃混氣。
[0003]隨著電嘴技術(shù)的發(fā)展與完善，電嘴能提供的能量越來(lái)越高，可以高達(dá)12?20焦耳，但這僅是電容器的儲(chǔ)存能量，并不是電嘴的放電能量，大部分的電能消耗在了線路上，實(shí)際用于放電點(diǎn)火的能量只有儲(chǔ)存能量的1%左右，這只是一個(gè)很小的能量，通?？梢詽M足傳統(tǒng)動(dòng)力裝置燃燒室等壓燃燒的點(diǎn)火要求，而對(duì)一些非定常的等容燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，如脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(PDE)，電嘴雖然可以點(diǎn)燃爆震室的可燃混氣，最終在爆震室內(nèi)形成爆震燃燒，但波震波的觸發(fā)通常通過(guò)緩燃向爆震轉(zhuǎn)捩(DDT)的方式間接實(shí)現(xiàn)，研究表明，火焰加速過(guò)程對(duì)初始點(diǎn)火條件與邊界條件的變化具有相當(dāng)?shù)拿舾行裕跏键c(diǎn)火能量越大，能夠促使火焰更快地傳播，快速完成DDT的轉(zhuǎn)捩過(guò)程，縮短DDT距離，有利于減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的總體重量。此時(shí)電嘴的點(diǎn)火能量顯得不能滿足縮短DDT的要求，必須探索具有更高能量的點(diǎn)火方式，熱射流通過(guò)電嘴點(diǎn)燃預(yù)燃室內(nèi)的混氣，預(yù)先產(chǎn)生高溫射流，間接點(diǎn)燃燃燒室的混氣，具有更高的點(diǎn)火能量，成為PDE發(fā)動(dòng)機(jī)縮短DDT距離的有效途徑之一。另外當(dāng)電嘴用于點(diǎn)燃碳?xì)淙剂蠒r(shí)，富油混氣的燃燒容易在電嘴的電極表面產(chǎn)生積炭，影響電嘴工作的可靠性。
[0004]目前電嘴點(diǎn)火的頻率約在幾十到幾百赫茲的范圍之內(nèi)，但針對(duì)一些更為特殊的發(fā)動(dòng)機(jī)，如內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)(WRCE)，其燃燒過(guò)程發(fā)生在波轉(zhuǎn)子通道中，通常一個(gè)波轉(zhuǎn)子具有幾十個(gè)波轉(zhuǎn)子通道，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速約為2000?4000rpm，這要求點(diǎn)火源的點(diǎn)火頻率高達(dá)幾千赫茲，傳統(tǒng)的電嘴間隙點(diǎn)火的方式顯然不能滿足點(diǎn)火頻率的需要，必須采用連續(xù)的熱射流點(diǎn)火的方式，且波轉(zhuǎn)子通道內(nèi)存在復(fù)雜波系的運(yùn)動(dòng)，這對(duì)熱射流發(fā)生裝置提出了更高的要求，要求其具有一定的抗擾動(dòng)能力。
[0005]西北工業(yè)大學(xué)發(fā)明的名為“一種脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)射流點(diǎn)火裝置”的中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)枮?201210092779.5，包括引流管、射流管、混合室等結(jié)構(gòu)，主要思想是通過(guò)小能量提高主爆管中的點(diǎn)火能量，爆震管中來(lái)流混氣分別通過(guò)引流管和混合室與射流管之間的間隙進(jìn)入射流管，并在射流管中燃燒后進(jìn)入爆震室進(jìn)行點(diǎn)火。這是一種間歇式的熱射流，其工作頻率與主爆震管中的工作頻率相同。美國(guó)專利“Method of Prechamber-torch ignition ininternal combustion engines”,專利號(hào)為:US3230939A,該發(fā)明在燃燒室周圍布置一環(huán)形腔體，向環(huán)形腔體中填充可燃混氣，并通過(guò)安裝在環(huán)形腔體壁面上的的電極點(diǎn)燃混氣，混氣燃燒后通過(guò)噴管噴入到主燃燒室點(diǎn)燃主燃燒室的混氣。該方案提供較高的點(diǎn)火能量，適用于大多數(shù)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。但是其點(diǎn)火能量仍然不能滿足一些特殊場(chǎng)合，如脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(PDE)的需要，并且下游主燃燒室的擾動(dòng)會(huì)影響點(diǎn)火裝置，裝置的穩(wěn)定性得不到保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有點(diǎn)火技術(shù)不足，提供了一種基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，提高了點(diǎn)火能量，有利于促進(jìn)火焰快速傳播，并解決了電嘴點(diǎn)火和現(xiàn)有間歇工作的熱射流工作頻率低的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明包括供氣系統(tǒng)、燃燒室、冷卻裝置及噴管，燃燒室一端連接有噴管，另一端通過(guò)帶中心通孔的連接法蘭與供氣系統(tǒng)相連；
[0008]其中燃燒室為燃燒室側(cè)壁面、燃燒室下游壁面和燃燒室上游壁面包圍成的腔室，燃燒室側(cè)壁面上布置有環(huán)腔結(jié)構(gòu)，環(huán)腔內(nèi)側(cè)均勻布置若干切向孔；燃燒室上游壁面上開有一個(gè)與連接法蘭中心通孔大小位置相對(duì)應(yīng)的通孔以及若干傾斜孔，電嘴座穿過(guò)上述兩個(gè)通孔插入燃燒室內(nèi)；燃燒室下游壁面上開有圓孔，噴管通過(guò)圓孔與燃燒室連接。
[0009]供氣系統(tǒng)包括空氣管路、第一燃料管路和第二燃料管路三條管路，空氣管路包括空氣總管，空氣總管連接有若干空氣支管，空氣支管穿過(guò)連接法蘭和燃燒室上游壁面，通過(guò)傾斜孔與燃燒室內(nèi)腔連通；第一燃料管路包括第一燃料總管和若干燃料支管，第一燃料總管通過(guò)若干燃料支管與空氣支管連接，燃料與空氣混合后共同進(jìn)入燃燒室；第二燃料管路穿過(guò)燃燒室側(cè)壁面上的環(huán)腔，通過(guò)環(huán)腔內(nèi)的切向孔與燃燒室內(nèi)腔連通。
[0010]所述的噴管從進(jìn)口方向到噴管出口方向依次分為擴(kuò)張段、收縮段以及等面積段三個(gè)部分，其中收縮段安裝于燃燒室下游壁面的圓孔內(nèi)，擴(kuò)張段與收縮段相接的地方設(shè)有喉道。
[0011]噴管的喉道面積為
【權(quán)利要求】
1.一種基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，其特征在于:包括供氣系統(tǒng)(I)、燃燒室(2)、冷卻裝置及噴管(4)，燃燒室(2) —端連接有噴管(4)，另一端通過(guò)帶中心通孔的連接法蘭(6)與供氣系統(tǒng)(I)相連，燃燒室(2)外套有冷卻裝置； 其中燃燒室(2)為燃燒室側(cè)壁面(11)、燃燒室下游壁面(12)和燃燒室上游壁面(14)包圍成的腔室，燃燒室側(cè)壁面(11)上布置有環(huán)腔(13)結(jié)構(gòu)，環(huán)腔(13)內(nèi)側(cè)均勻布置若干切向孔(15);燃燒室上游壁面(14)上開有一個(gè)與連接法蘭(6)中心通孔大小位置相對(duì)應(yīng)的通孔(17)以及若干傾斜孔(16)，電嘴座(10)穿過(guò)上述兩個(gè)通孔插入燃燒室內(nèi)；燃燒室下游壁面(12)上開有圓孔(18)，噴管(4)通過(guò)圓孔(18)與燃燒室(2)連接； 供氣系統(tǒng)(I)包括空氣管路(7)、第一燃料管路(8)和第二燃料管路(9)三條管路，空氣管路(7)包括空氣總管(7a)，空氣總管(7a)連接有若干空氣支管(7b)，空氣支管(7b)穿過(guò)連接法蘭(6)和燃燒室上游壁面(14)，通過(guò)傾斜孔(16)與燃燒室(2)內(nèi)腔連通；第一燃料管路(8 )包括第一燃料總管(8a)和若干燃料支管(Sb )，第一燃料總管(8a)通過(guò)若干燃料支管(8b)與空氣支管(7b)連接，燃料與空氣混合后共同進(jìn)入燃燒室(2);第二燃料管路(9)穿過(guò)燃燒室側(cè)壁面(11)上的環(huán)腔(13)，通過(guò)環(huán)腔(13)內(nèi)的切向孔(15)與燃燒室(2)內(nèi)腔連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，其特征在于:所述的噴管(4)從進(jìn)口方向到噴管出口(33)方向依次分為擴(kuò)張段(29)、收縮段(27)以及等面積段(30)三個(gè)部分，其中收縮段(27)安裝于燃燒室下游壁面(12)的圓孔(18)內(nèi)，擴(kuò)張段(23)與收縮段(27)相接的地方設(shè)有喉道(28)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，其特征在于:所述的噴管的喉道(28)面積為式中
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，其特征在于:噴管出口(33)面積為
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，其特征在于:噴管(4)開有螺孔(32)，螺孔(32)和燃燒室下游壁面(12)上的螺紋孔(19)通過(guò)螺釘連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，其特征在于:所述的冷卻裝置(5)包括冷卻裝置側(cè)壁面(20)和冷卻裝置下游壁面(21)，冷卻裝置側(cè)壁面(20 )底端連接有法蘭(22 )，法蘭(22 )與連接法蘭(6 )連接；噴管(4)上設(shè)有凸起(31)部分，冷卻裝置下游壁面(21)上開有與凸起(31)相對(duì)應(yīng)的環(huán)形凹槽(26);冷卻裝置側(cè)壁面(20 )開有進(jìn)氣端口( 24)和排氣端口( 25 );冷卻裝置側(cè)壁面(20 )與燃燒室側(cè)壁面(11)之間以及兩個(gè)法蘭之間的空隙形成冷卻通道(3 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，其特征在于:四條空氣支管(7b)與連接法蘭(6)之間呈30°夾角，即氣流方向與燃燒室中心軸線之間夾角為60°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于旋流摻混和氣態(tài)燃料持續(xù)燃燒的熱射流發(fā)生裝置，其特征在于:噴管(4)與燃燒室下游壁 面(12)之間采用銅環(huán)(41)進(jìn)行密封。
【文檔編號(hào)】F02K9/95GK103835837SQ201410084262
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】李建中, 鞏二磊, 韓啟祥, 何小民, 尚偉, 劉博強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)