[发明专利]一种基于蓄热式加热器的预热系统使用方法

说明书

本发明公开的一种基于蓄热式加热器的预热系统，可用于蓄热阵最大预热温度为1900K的蓄热式加热器的预热系统设计。预热系统包括:预热燃烧器、助燃空气进气管路、天然气进气管路、预热燃气排放管路、高压空气管路、膜片保护管路。预热燃烧器内点燃天然气和空气混合物，产生高温燃气；助燃空气进气管路提供过量的助燃空气，另预留氧气接口；天然气进气管路提供适量的天然气；高温燃气预热后，从预热燃气排气管道排出，预热燃气排气管道采用引射掺混方式以降低排放燃气的温度；预热过程由高压空气管路和膜片保护管路提供少量高压冷空气冷却加热器。

技术领域

本发明涉及超燃冲压发动机地面实验技术领域，具体地说，涉及一种蓄热式加热器的超燃冲压发动机燃烧室试验系统领域。

背景技术

目前，发达国家开始采用蓄热式加热器用于超燃冲压发动机地面实验，其中加热器的预热方式大多数为高温燃气预热。此类加热器可为超燃冲压发动机地面试验提供高温“纯净”空气，使试验可以进行更高马赫数的飞行试验，极大促进了超燃冲压发动机的试验研究。美国流体动力工程公司Channel-9风洞中的空心砖型蓄热式加热器预热方式采用丙烷燃烧加热与电加热并行方式，可进行马赫数7至14的气动推力试验；日本宇航院RJTF风洞中的空心砖型蓄热式加热器采用高温燃气预热。可进行马赫数4、6、8的飞行试验；法国空间局S4高超声速下吹式风洞中的氧化铝卵石床蓄热式加热器采用丙烷/空气燃烧的高温燃气来预热，可进行马赫数6.4～10范围的风洞试验任务。截至目前，国内还没有用于高超声速风洞的蓄热式加热器，更没有用于此类加热器的预热燃烧系统。

预热燃烧器技术是蓄热式加热器系统的关键技术问题，需要实现预热燃烧器在预热和加热器工作这两种差别比较大的状态下的安全可靠对接，确保天然气等燃料完全燃烧和获得稳定的燃气气流，燃料完全燃烧可避免加热器内产生“污染”气体，保证加热器出口为“纯净”气体。预热过程中既要高温快速加热蓄热砖，又要避免蓄热阵的初始预热温度型斜率超过其最大允许值。预热系统既要设计成不同流量燃烧，又要有严格的冷却措施，以保证加热器的性能达到要求。

发明内容

本发明为解决蓄热式加热器的预热问题所采用的预热系统包括:预热燃烧器、助燃空气进气管路、天然气进气管路、预热燃气排放管路、高压空气管路、膜片保护管路、高温快速蝶阀。

预热燃烧器(图2)主要包括助燃空气进气口、天然气进气口、喷嘴和火花塞等主要部件组成。助燃空气进气口焊接在加热器顶部法兰面上，通过法兰与管道连接，在助燃空气进气口处布置一组旋风叶片，使天然气和助燃空气充分混合，减少火焰长度。天然气进气管穿过助燃空气进气口喷射入加热器，在天然气进气管道下方，依次布置点火器、火检仪、压力传感器、温度传感器。点火器选择电火花塞点燃小火炬，用小火炬点燃燃烧器，火检仪用于检查天然气是否点燃、燃烧是否停止，保障设备能够安全运行；

在预热燃烧器进气管路上配置文氏流量计和涡街流量计，准确可靠地测量预热燃烧器的空气流量，确定预热燃烧器的燃气温度。另在助燃空气进气管路配置气动双位蝶阀，采用蝶阀的开度来调节助燃空气流量。助燃空气进气管路配置鼓风机1个，空气滤清器、气动双位蝶阀、文氏流量计、气动球阀各1个，压力表1个，差压传感器2个，助燃空气管路上预留氧气接口，可在加热温度2200K状态下采用补氧燃烧的技术；天然气进气管路配置手动截止阀、手动排气阀、天然气滤清器、电动减压阀、文氏流量计、气动球阀各1个，压力表1个，差压传感器2个；

预热燃气排放管路(图3)初始段管内浇注一层隔热材料，其后连接一个高温高压球阀，之后用一个鼓风机采用引射的方式抽吸燃气一方面可以使燃气顺利排除，另一方面通过参混冷空气以降低排放燃气的温度，有利于保护排放管道。预热燃气排放管路包括初始隔热管段、电动高温高压球阀1个、温度传感器1个、引射参混系统、参混尾气排放管段；