[实用新型]空气/氧气/甲烷三组元燃烧空气加热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃烧空气加热器，特别涉及空气/氧气/甲烷三组元燃烧空气加热器，可应用于超燃直连试验台及其它燃烧装置，多种需要提供高温燃气或高温模拟空气的场所。

背景技术

燃烧空气加热器是进行超燃冲压发动机直连试验的关键设备，其性能好坏直接关系到模型发动机的实验成败。目前国内外主要采用电弧加热或燃烧加热等方式对空气进行加热，以模拟高速来流。采用电弧加热，需要配备专用电站提供巨大电流，设备投资和实验费用较高。而采用燃烧加热方式，虽然对空气有轻微污染，但低廉的设备投资和实验费用使长时间、多批次大量的热试车成为可能。目前随着超音速冲压发动机研究工作的不断深入，如何获得高参数(即高马赫数、高焓、高温和高压)状态的直连式试验是一个挑战。

在直连式试验台上研究飞行马赫数为7时所对应的燃烧室在超音速气流环境中的燃料喷射、混合、点火、燃烧过程等特性。为完成这一研究工作，直连式试验台空气加热器的设计成为一个关键。如何能很好的组织空气、氧气、甲烷三组元进行稳定高效的燃烧是很多科研院所急需的设备。同时在工业领域如何能提供高压高温的燃气也是很多冶炼行业，特别是雾化热分解技术急需解决的技术难题。

发明内容

为了克服现有燃烧空气加热器不能大范围调节的技术问题，本实用新型提供一种可调节的空气/氧气/甲烷三组元燃烧空气加热器，流量在1：10范围内变化时，能够点火可靠，燃烧稳定，具有燃烧效率高，温度可控，流量大范围调节等特点。

本实用新型的技术解决方案为：

空气/氧气/甲烷三组元燃烧空气加热器，包括固定连接的头部组件和身部组件，所述头部组件包括空气接头1、氧气接头2、甲烷接头3、可调针锥8、预燃室9、燃烧室14以及依次固定连接的1#板4、2#板5、3#板6和4#板7；

所述1#板4、2#板5、3#板6以及4#板7均包括位于中心的中心孔和以及位于中心孔对称两侧的外导流孔，所述1#板4、2#板5、3#板6以及4#板7的中心孔依次形成中心流道，所述外导流孔依次连通形成外流道；

所述空气接头设置在1#板4的一侧与1#板4上其中一个外导流孔连通，所述氧气接头设置在1#板4的另一侧与1#板4上另一个外导流孔连通，所述甲烷接头3固定在1#板4上；

所述2#板5上设置有分流孔，所述分流孔用于连通2#板5上的外导流孔和中心孔；

所述预燃室固定在4#板7上，所述预燃室9与中心流道连通，所述预燃室位于身部组件内；

所述可调针锥8位于中心流道内，所述可调针锥包括针锥81、调节螺母82、甲烷喷嘴83以及设置在甲烷喷嘴83上的多个甲烷喷口84，所述甲烷喷嘴的一端与甲烷接头3连接，所述针锥套装在甲烷喷嘴上，所述针锥81通过调节螺母82与1#板4连接。

上述预燃室包括依次连接的直线段和突扩段，所述直线段与4#板7连接。

上述身部组件包括身部外壁10、身部内壁11和水冷法兰12，所述身部内壁11采用水冷。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、本实用新型的空气/氧气/甲烷三组元燃烧空气加热器，借鉴层板喷注器的设计理念，以板片组合形式形成气流通道。

2、本实用新型采用针栓喷注器的设计思想，在一次气的喷口设计了一个可调节针锥，甲烷通过可调节针锥和燃气管形成的喷口与一次气成90度喷射，撞击混合后进入预燃室燃烧。通过可调节针锥的移动可同时改变一次气喷口面积和甲烷喷口面积，从而保证一次气流量变化时，一次气在喷口的流动速度始终为一稳定值，并且和甲烷始终保持某一恰当的混合比和动量比，保证预混气的点火和燃烧，并可实现流量的大范围变化。燃烧室设计了预燃室，在预燃室中设计了突扩面，突扩面后设有两个电点火器，有利于点火和火焰稳定。

3、采用本实用新型的三组元燃烧空气加热器，工作范围宽，在大范围变工况时可实现稳定燃烧，燃气温度高达2600K。

4、本实用新型的身部燃烧室采用气冷和水冷相结合方案，实现燃烧室可靠冷却。

附图说明

图1是本实用新型的空气/氧气/甲烷三组元燃烧空气加热器结构图；

图2是本实用新型的可调节针锥结构图；

其中附图标记为：1-空气接头，2-氧气接头，3-甲烷接头，4-1#板，5-2#板，6-3#板，7-4#板，8-可调针锥，9-预燃室，10-身部外壁，11-身部内壁，12-水冷法兰，13-点火器，14-燃烧室。

具体实施方式