阅读说明：本技术 多组分气体混合器、燃烧室点火装置及火炬点火系统 (Multi-component gas mixer, combustion chamber ignition device and torch ignition system ) 是由 王晓飞 王剑 李欣源 于 2019-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了多组分气体混合器、燃烧室点火装置及火炬点火系统,其中,多组分气体混合器,包括：氧化剂管道和氧化剂腔,氧化剂管道一端与氧化剂气源相连、另一端与氧化剂腔相连,氧化剂腔上设有多个喷孔；燃料管道和燃料腔,燃料管道置于氧化剂管道内,燃料腔置于氧化剂腔内；燃料管道一端与燃料气源相连、另一端与燃料腔相连,燃料腔上设有多个喷孔；燃料通过燃料管道输送至燃料腔内,经燃料腔的喷孔输送至氧化剂腔内；氧化剂通过氧化剂管道输送至氧化剂腔内,与燃料混合均匀后从氧化剂腔的喷孔喷出。本发明的混合器的结构实现多组分气体的均匀混合,解决了现有技术中存在的因气流速度较高,导致的混合不充分和点火可靠性低的问题。(The invention discloses a multi-component gas mixer, a combustion chamber ignition device and a torch ignition system, wherein the multi-component gas mixer comprises: the device comprises an oxidant pipeline and an oxidant cavity, wherein one end of the oxidant pipeline is connected with an oxidant gas source, the other end of the oxidant pipeline is connected with the oxidant cavity, and a plurality of spray holes are formed in the oxidant cavity; the fuel pipeline is arranged in the oxidant pipeline, and the fuel cavity is arranged in the oxidant cavity; one end of the fuel pipeline is connected with a fuel gas source, the other end of the fuel pipeline is connected with a fuel cavity, and a plurality of spray holes are formed in the fuel cavity; the fuel is conveyed into the fuel cavity through the fuel pipeline and conveyed into the oxidant cavity through the spray hole of the fuel cavity; the oxidant is conveyed into the oxidant cavity through the oxidant pipeline and is uniformly mixed with the fuel and then is sprayed out from the spray hole of the oxidant cavity. The structure of the mixer provided by the invention realizes uniform mixing of multi-component gas, and solves the problems of insufficient mixing and low ignition reliability caused by high gas flow velocity in the prior art.)

多组分气体混合器、燃烧室点火装置及火炬点火系统

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机点火技术领域，具体涉及多组分气体混合器、燃烧室点火装置及火炬点火系统。

背景技术

火炬式点火装置是液体火箭发动机上常用的点火装置之一，火炬式点火装置本身就是一个小燃烧室，多种组分通过喷嘴进入燃烧室混合，安装在燃烧室内部的电火花塞放电产生电火花将混合组分点燃，燃烧产生的高温燃气气流点燃主燃烧室或者燃气发生器中的燃料，具有快速启动和可重复启动的优点；因此，在液体火箭发动机和地面试验设备中得到了广泛的应用。

目前，火炬式点火器大多采用气-气燃烧方案，如气氧/气氢、气氧/甲烷等；但对于出口流速要求较高的气相组分，目前的火炬点火装置还存在组分混合不充分的问题，点火可靠性受到影响。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供多组分气体混合器、燃烧室点火装置及火炬点火系统。

本发明第一目的在于提供一种多组分气体混合器，包括：

氧化剂管道和氧化剂腔，所述氧化剂管道一端与氧化剂气源相连、另一端与所述氧化剂腔相连，所述氧化剂腔上设有多个喷孔；

燃料管道和燃料腔，所述燃料管道置于所述氧化剂管道内，所述燃料腔置于所述氧化剂腔内；所述燃料管道一端与燃料气源相连、另一端与所述燃料腔相连，所述燃料腔上设有多个喷孔；

燃料通过所述燃料管道输送至燃料腔内，经所述燃料腔的喷孔输送至所述氧化剂腔内；氧化剂通过所述氧化剂管道输送至氧化剂腔内，与所述燃料混合均匀后从所述氧化剂腔的喷孔喷出。

作为本发明的进一步改进，所述氧化剂管道包括氧化剂第一管道、氧化剂第二管道和氧化剂管路转接头；

所述氧化剂第二管道一端与氧化剂气源相连、另一端通过所述氧化剂管路转接头与所述氧化剂第一管道一端相连，所述氧化剂第一管道另一端与所述氧化剂腔相连。

作为本发明的进一步改进，所述燃料管道包括燃料第一管道和燃料第二管道；

所述氧化剂管路转接头设有供所述燃料第二管道穿过的定位支撑孔；

所述燃料第二管道一端与燃料气源相连、另一端穿过所述定位支撑孔与所述燃料第一管道一端相连，所述燃料第一管道另一端与所述燃料腔相连。

作为本发明的进一步改进，所述氧化剂第一管道与所述氧化剂腔为一体式结构，所述燃料第一管道与所述燃料腔为一体式结构。

作为本发明的进一步改进，所述氧化剂第一管道上设有氧化剂管道定位槽，所述燃料第一管道上相对应所述氧化剂管道定位槽设有燃料管道定位凸台；

通过所述氧化剂管道定位槽与燃料管道定位凸台的配合，实现所述氧化剂第一管道和氧化剂腔与所述燃料第一管道和燃料腔之间的安装定位。

作为本发明的进一步改进，所述氧化剂腔和燃料腔均为球形腔，所述氧化剂腔上喷孔的开口方向与氧化剂流动方向一致，所述燃料腔上喷孔的开口方向与氧化剂流动方向相反。

本发明第二目的在于提供一种燃烧室点火装置，包括：燃烧室、至少一个电火花塞和至少一个多组分气体混合器；

所述电火花塞和多组分气体混合器均安装在所述燃烧室上，所述电火花塞产生的电火花将所述多组分气体混合器喷出的混合气在所述燃烧室的燃烧腔内燃烧。

作为本发明的进一步改进，还包括喷管；

所述喷管安装在所述燃烧室尾部，用于加速高温燃气。

本发明第三目的在于提供一种火炬点火系统，包括：氮气吹除系统、氧化剂供应系统、燃料供应系统和燃烧室点火装置；

所述氮气吹除系统产生的氮气、所述氧化剂供应系统产生的氧化剂通过三通管与所述燃烧室点火装置的氧化剂管道相连；

所述燃料供应系统产生的燃料与所述燃烧室点火装置的燃料管道相连。

作为本发明的进一步改进，

所述氮气吹除系统包括氮气瓶组，所述氮气瓶组与所述三通管之间的管路上安装有氮气减压阀、氮气过滤器和氮气电磁阀；

所述氧化剂供应系统包括氧化剂气瓶组，所述氧化剂气瓶组与所述三通管之间的管路上安装有氧化剂减压阀、氧化剂过滤器、氧化剂流量计、氧化剂电磁阀和氧化剂止回阀；

所述燃料供应系统包括燃料气瓶组，所述燃料气瓶组与燃料管道之间的管路上安装有燃料减压阀、燃料过滤器、燃料流量计、燃料电磁阀和燃料止回阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过将燃料管道置于氧化剂管道内，燃料腔置于氧化剂腔内；使燃料从燃料腔的喷孔喷出后与氧化剂腔内的氧化剂充分混合后，从氧化剂腔的喷孔喷入燃烧室；上述混合器的结构实现多组分气体的均匀混合，解决了现有技术中存在的因气流速度较高，导致的混合不充分和点火可靠性低的问题；

本发明燃料流体与氧化剂流体的流动方向相反，可以更加充分的混合燃料和氧化剂；

本发明通过设计氮气吹除系统，点火结束后，关闭氧化剂供应系统和燃料供应系统，同时打开氮气吹除系统，使用氮气将管道中的氧化剂吹除，防止火焰在火炬混合器内部燃烧；吹除完成后关闭氮气吹除系统。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的多组分气体混合器的结构示意图；

图2为图1的A-A结构示意图；

图3为图1中混合器头部的结构示意图；

图4为图1中氧化剂管路转接头的结构示意图；

图5为本发明一种实施例公开的燃烧室点火装置的结构示意图；

图6为本发明一种实施例公开的火炬点火系统的结构示意图。

图中：

1、氧化剂腔；2、燃料腔；3、氧化剂第一管道；4、燃料第一管道；5、燃料管道定位凸台；6、氧化剂管道定位槽；7、氧化剂管路转接头；8、定位支撑孔；9、氧化剂第二管道；10、燃料第二管道；11、电火花塞；12、燃烧室；13、氮气瓶组；14、氮气减压阀；15、氮气过滤器；16、氮气电磁阀；17、氧化剂气瓶组；18、氧化剂减压阀；19、氧化剂过滤器；20、氧化剂流量计；21、氧化剂电磁阀；22、氧化剂止回阀；23、燃料气瓶组；24、燃料减压阀；25、燃料过滤器；26、燃料流量计；27、燃料电磁阀；28、燃料止回阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实施例1：

本发明提供一种多组分气体混合器，包括：氧化剂管道和氧化剂腔，氧化剂管道一端与氧化剂气源相连、另一端与氧化剂腔相连，氧化剂腔上设有多个喷孔；燃料管道和燃料腔，燃料管道置于氧化剂管道内，燃料腔置于氧化剂腔内；燃料管道一端与燃料气源相连、另一端与燃料腔相连，燃料腔上设有多个喷孔；燃料通过燃料管道输送至燃料腔内，经燃料腔的喷孔输送至氧化剂腔内；氧化剂通过氧化剂管道输送至氧化剂腔内，与燃料混合均匀后从氧化剂腔的喷孔喷出。本发明的混合器的结构实现多组分气体的均匀混合，解决了现有技术中存在的因气流速度较高，导致的混合不充分和点火可靠性低的问题。

具体的：

如图1-4所示，本发明提供一种多组分气体混合器，包括：氧化剂腔1、燃料腔2、氧化剂第一管道3、燃料第一管道4、燃料管道定位凸台5、氧化剂管道定位槽6、氧化剂管路转接头7、定位支撑孔8、氧化剂第二管道9和燃料第二管道10；其中：

本发明的氧化剂第二管道9的进气口与氧化剂气源相连、出气口与氧化剂管路转接头7的第二管道接口相连，管路转接头7的第一管道接口与氧化剂第一管道3的进气口相连，氧化剂第一管道3的出气口与氧化剂腔1相连，氧化剂腔1上设有多个喷孔。进一步，氧化剂第二管道9、氧化剂第一管道3与转接头7的管道接口之间为密封可拆卸式连接；进一步，氧化剂第一管道3与氧化剂腔1之间为一体式结构；进一步，氧化剂腔1为球形腔，氧化剂腔上喷孔的开口方向与氧化剂流动方向一致。

使用时，氧化剂气源内的氧化剂依次经氧化剂第二管道9、氧化剂管路转接头7、氧化剂第一管道3、氧化剂腔1后，从氧化剂腔1的喷孔处喷出。

本发明的燃料第一管道4置于氧化剂第一管道3内，燃料腔2置于氧化剂腔1内，氧化剂管路转接头7设有供燃料第二管道10穿过的定位支撑孔8，定位支撑孔8、第一管道接口、第二管道接口构成T型三通结构，且定位支撑孔8与第一管道接口同轴设置。其中，燃料第二管道10的进气口与燃料气源相连、出气口穿过定位支撑孔8与燃料第一管道4的进气口相连，并在燃料第一管道4与燃料第二管道10的连接处进行密封，定位支撑孔8对燃料第一管道4和燃料第二管道10起到定位和支撑作用；燃料第一管道4的出气口与燃料腔2相连，燃料腔2上设有多个喷孔。进一步，燃料第一管道4与燃料腔2为一体式结构；进一步，燃料腔2为球形腔，燃料腔2上喷孔的开口方向与氧化剂流动方向相反；由于燃料流体与氧化剂流体的流动方向相反，因此，可以更加充分的混合。进一步，为了实现燃料第一管道4的另一点定位支撑，本发明在氧化剂第一管道3上设有氧化剂管道定位槽6，燃料第一管道4上相对应氧化剂管道6定位槽设有燃料管道定位凸台5；通过氧化剂管道定位槽6与燃料管道定位凸台5的配合，实现氧化剂第一管道4与燃料第一管道3之间的安装定位。

使用时，燃料气源内的燃料依次经燃料第二管道10、燃料第一管道4、燃料腔2后，从燃料腔2的喷孔处喷入氧化剂腔1内，与氧化剂腔1内的燃料混合均匀后从氧化剂腔的喷孔喷出。

如图5所示，本发明提供一种燃烧室点火装置，包括：燃烧室21、至少一个电火花塞11和至少一个上述多组分气体混合器；其中：

电火花塞11和多组分气体混合器均安装在燃烧室12上，电火花塞放置在燃烧室顶部，将从多组分气体混合器流出的混合气体在燃烧室12的燃烧腔内点燃，产生的高温燃气从燃烧瓶尾部高速喷出。

如图6所示，本发明提供一种火炬点火系统，包括：氮气吹除系统、氧化剂供应系统、燃料供应系统和上述燃烧室点火装置；其中：

本发明氮气吹除系统产生的氮气、氧化剂供应系统产生的氧化剂通过三通管与燃烧室点火装置的氧化剂管道相连；燃料供应系统产生的燃料与燃烧室点火装置的燃料管道相连。

具体的：

本发明的氮气吹除系统包括氮气瓶组13、氮气减压阀14、氮气过滤器15和氮气电磁阀16，氮气瓶组13与三通管之间的管路上安装有氮气减压阀14、氮气过滤器15和氮气电磁阀16。

本发明的氧化剂供应系统包括氧化剂气瓶组17、氧化剂减压阀18、氧化剂过滤器19、氧化剂流量计20、氧化剂电磁阀21和氧化剂止回阀22，氧化剂气瓶组17与三通管之间的管路上安装有氧化剂减压阀18、氧化剂过滤器19、氧化剂流量计20、氧化剂电磁阀21和氧化剂止回阀22。

本发明的燃料供应系统包括燃料气瓶组23、燃料减压阀24、燃料过滤器25、燃料流量计26、燃料电磁阀27和燃料止回阀28，燃料气瓶组23与燃料管道之间的管路上安装有燃料减压阀24、燃料过滤器25、燃料流量计26、燃料电磁阀27和燃料止回阀28。

使用时，高压氧化剂气瓶组17和高压燃料气瓶23组用于储存氧化剂和燃料，从相应储罐中流出的氧化剂和燃料依次经过对应的过滤器、流量计、电磁阀和止回阀分别进入火炬混合器中的氧化剂第二管道9和燃料第二管道10完成混合，并在燃烧室点火装置中燃烧，产生高温燃气。高压氮气瓶组13中的氮气经过氮气减压阀、氮气过滤器和氮气电磁阀连接到氧化剂管路中。开始点火时，将氧化剂电磁阀和燃料电磁阀打开，保持氮气电磁阀为关闭状态。点火结束后，关闭氧化剂电磁阀和燃料电磁阀，同时打开氮气电磁阀，使用氮气将氧化剂吹除，防止火焰在火炬混合器内部燃烧；吹除完成后关闭氮气电磁阀。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。