[发明专利]一种基于旋流掺混和气态燃料持续燃烧的热射流发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及动力装置燃烧室点火领域，具体是一种基于旋流掺混和气态燃料持续燃烧的热射流发生装置。

背景技术

动力装置的燃烧室，作为将燃料化学能转化为热能的部件，可靠的点火技术是关键，传统的点火方式一般采用电嘴点火，把输入的交流电压信号通过升压整流变换成直流脉动电流，对储能电容充电，当电容器充满时，放电电流经放电管、扼流圈、高压屏蔽电缆等传输至点火枪半导体电嘴，形成高能电弧火花点燃混气。

随着电嘴技术的发展与完善，电嘴能提供的能量越来越高，可以高达12～20焦耳，但这仅是电容器的储存能量，并不是电嘴的放电能量，大部分的电能消耗在了线路上，实际用于放电点火的能量只有储存能量的1%左右，这只是一个很小的能量，通常可以满足传统动力装置燃烧室等压燃烧的点火要求，而对一些非定常的等容燃烧发动机，如脉冲爆震发动机（PDE），电嘴虽然可以点燃爆震室的可燃混气，最终在爆震室内形成爆震燃烧，但波震波的触发通常通过缓燃向爆震转捩（DDT）的方式间接实现，研究表明，火焰加速过程对初始点火条件与边界条件的变化具有相当的敏感性，初始点火能量越大，能够促使火焰更快地传播，快速完成DDT的转捩过程，缩短DDT距离，有利于减轻发动机的总体重量。此时电嘴的点火能量显得不能满足缩短DDT的要求，必须探索具有更高能量的点火方式，热射流通过电嘴点燃预燃室内的混气，预先产生高温射流，间接点燃燃烧室的混气，具有更高的点火能量，成为PDE发动机缩短DDT距离的有效途径之一。另外当电嘴用于点燃碳氢燃料时，富油混气的燃烧容易在电嘴的电极表面产生积炭，影响电嘴工作的可靠性。

目前电嘴点火的频率约在几十到几百赫兹的范围之内，但针对一些更为特殊的发动机，如内燃波转子发动机（WRCE），其燃烧过程发生在波转子通道中，通常一个波转子具有几十个波转子通道，转子的转速约为2000～4000rpm，这要求点火源的点火频率高达几千赫兹，传统的电嘴间隙点火的方式显然不能满足点火频率的需要，必须采用连续的热射流点火的方式，且波转子通道内存在复杂波系的运动，这对热射流发生装置提出了更高的要求，要求其具有一定的抗扰动能力。

西北工业大学发明的名为“一种脉冲爆震发动机射流点火装置”的中国专利，申请号为：201210092779.5，包括引流管、射流管、混合室等结构，主要思想是通过小能量提高主爆管中的点火能量，爆震管中来流混气分别通过引流管和混合室与射流管之间的间隙进入射流管，并在射流管中燃烧后进入爆震室进行点火。这是一种间歇式的热射流，其工作频率与主爆震管中的工作频率相同。美国专利“Method of Prechamber-torch ignition in internal combustion engines”，专利号为：US3230939A，该发明在燃烧室周围布置一环形腔体，向环形腔体中填充可燃混气，并通过安装在环形腔体壁面上的的电极点燃混气，混气燃烧后通过喷管喷入到主燃烧室点燃主燃烧室的混气。该方案提供较高的点火能量，适用于大多数的燃气涡轮发动机燃烧室。但是其点火能量仍然不能满足一些特殊场合，如脉冲爆震发动机（PDE）的需要，并且下游主燃烧室的扰动会影响点火装置，装置的稳定性得不到保障。

发明内容

本发明为了解决现有点火技术不足，提供了一种基于旋流掺混和气态燃料持续燃烧的热射流发生装置，提高了点火能量，有利于促进火焰快速传播，并解决了电嘴点火和现有间歇工作的热射流工作频率低的问题。

本发明包括供气系统、燃烧室、冷却装置及喷管，燃烧室一端连接有喷管，另一端通过带中心通孔的连接法兰与供气系统相连；

其中燃烧室为燃烧室侧壁面、燃烧室下游壁面和燃烧室上游壁面包围成的腔室，燃烧室侧壁面上布置有环腔结构，环腔内侧均匀布置若干切向孔；燃烧室上游壁面上开有一个与连接法兰中心通孔大小位置相对应的通孔以及若干倾斜孔，电嘴座穿过上述两个通孔插入燃烧室内；燃烧室下游壁面上开有圆孔，喷管通过圆孔与燃烧室连接。

供气系统包括空气管路、第一燃料管路和第二燃料管路三条管路，空气管路包括空气总管，空气总管连接有若干空气支管，空气支管穿过连接法兰和燃烧室上游壁面，通过倾斜孔与燃烧室内腔连通；第一燃料管路包括第一燃料总管和若干燃料支管，第一燃料总管通过若干燃料支管与空气支管连接，燃料与空气混合后共同进入燃烧室；第二燃料管路穿过燃烧室侧壁面上的环腔，通过环腔内的切向孔与燃烧室内腔连通。