CN118935453A - 一种柔和点火的氢燃烧室及点火机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氢能航空技术领域，提供一种柔和点火的氢燃烧室及点火机构，包括火焰筒、点火电嘴、第一供气管和第二供气管，火焰筒上设置有燃烧喷嘴和点火喷嘴，燃烧喷嘴与点火喷嘴均设置多个，多个燃烧喷嘴与多个点火喷嘴沿圆周方向等间距排布，点火喷嘴的喷气口与燃烧喷嘴的喷气口沿第一方向在火焰筒内排列，第一方向为顺时针方向或逆时针方向；本发明将多个点火喷嘴单独使用一个供气管提供氢气，以便于可单独调节其点火时的当量比使得点火时着火稳定安全，在点火喷嘴形成稳定火焰后，对燃烧喷嘴使用另一个供气管道进行供氢，使得燃烧喷嘴经过点火喷嘴形成的稳定点火后的火焰点燃，实现高效稳定、安全可靠的点火及燃烧效果。

Description

一种柔和点火的氢燃烧室及点火机构

技术领域

本发明涉及氢能航空技术领域，尤其涉及一种柔和点火的氢燃烧室及点火机构。

背景技术

目前，航空发动机燃烧室所使用的燃料类型由普通煤油已经发展到众多气态燃料，相比传统煤油燃料，气态燃料尤其是氢气的点火以及燃烧联焰出现了许多问题，例如，氢气点火容易爆燃产生不稳定的震荡或者回火。

但是，已有的技术主要是针对煤油以及甲烷等燃料的点火联焰方式，如何实现氢气柔和平顺的点火、联焰，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种柔和点火的氢燃烧室及点火机构，用以解决现有技术中燃烧室采用的氢气燃料容易存在不稳定点火、联焰的问题。

第一方面，本发明提供一种点火机构，包括：

火焰筒，所述火焰筒上设置有燃烧喷嘴和点火喷嘴，所述燃烧喷嘴与所述点火喷嘴均设置多个，多个所述燃烧喷嘴与多个所述点火喷嘴沿圆周方向等间距排布，所述点火喷嘴的喷气口与所述燃烧喷嘴的喷气口沿第一方向在所述火焰筒内排列，所述第一方向为顺时针方向或逆时针方向；

点火电嘴，设置在所述火焰筒上，所述点火电嘴与所述点火喷嘴的数量相同，每个所述点火电嘴与相邻的所述点火喷嘴的喷气口相对应；

第一供气管，所述第一供气管分别与多个所述点火喷嘴连接，用于对每个所述点火喷嘴提供氢气；

第二供气管，所述第二供气管分别与多个所述燃烧喷嘴连接，用于对每个所述燃烧喷嘴提供氢气。

根据本发明提供的点火机构，所述点火喷嘴至少设置两个，多个所述点火喷嘴沿周向均布在所述火焰筒上。

根据本发明提供的点火机构，所述点火喷嘴至少设置两组，多组所述点火喷嘴沿周向均布在所述火焰筒上，每组所述点火喷嘴包括两个所述点火喷嘴，所述点火电嘴设置在相邻两个所述点火喷嘴之间。

根据本发明提供的点火机构，所述点火喷嘴包括第一壳体、第一喷头、第一氢气通道和空气通道，所述第一壳体穿设并固定在所述火焰筒中，所述第一喷头设置在所述第一壳体位于所述火焰筒内的一端，所述第一喷头设置有第一喷气孔和多个第二喷气孔，多个所述第二喷气孔环绕所述第一喷气孔设置，所述空气通道设置在所述第一壳体内，并与所述第一喷气孔连通，所述第一氢气通道与所述第一喷气孔数量相同，多个所述第一氢气通道均位于所述第一壳体中，所述第一氢气通道的一端与对应的所述第二喷气孔连接，另一端与所述第一供气管连接。

根据本发明提供的点火机构，所述第一喷头与所述第一壳体之间还设置有第一隔离通道，所述第一壳体设置有多个第一气孔，所述第一气孔与所述第一隔离通道连通，用于向所述第一喷头处提供空气。

根据本发明提供的点火机构，所述燃烧喷嘴包括第二壳体、第二喷头和第二氢气通道，所述第二壳体穿设并固定在所述火焰筒中，所述第二喷头设置在所述第二壳体位于所述火焰筒内的一端，所述第二喷头设置有多个第三喷气孔，所述第二氢气通道与所述第三喷气孔数量相同，多个所述第二氢气通道均位于所述第二壳体中，所述第二氢气通道的一端与对应的所述第三喷气孔连接，另一端与所述第二供气管连接。

根据本发明提供的点火机构，所述第二喷头与所述第二壳体之间还设置有第二隔离通道，所述第二壳体设置有多个第二气孔，所述第二气孔与所述第二隔离通道连通，用于向所述第二喷头处提供空气。

根据本发明提供的点火机构，所述第二喷气孔与所述第三喷气孔为直径0.6-1mm的圆孔。

根据本发明提供的点火机构，所述空气通道设置为螺旋通道。

第二方面，本发明还提供一种柔和点火的氢燃烧室，包括如第一方面所描述的点火机构。

本发明提供的一种点火机构，包括火焰筒、点火电嘴、第一供气管和第二供气管，火焰筒上设置有燃烧喷嘴和点火喷嘴，燃烧喷嘴与点火喷嘴均设置多个，多个燃烧喷嘴与多个点火喷嘴沿圆周方向等间距排布，点火喷嘴的喷气口与燃烧喷嘴的喷气口沿第一方向在火焰筒内排列，第一方向为顺时针方向或逆时针方向；如此设置，通过将多个点火喷嘴单独使用一个供气管提供氢气，以便于可单独调节其点火时的当量比使得点火时着火稳定安全，在点火喷嘴形成稳定火焰后，对燃烧喷嘴使用另一个供气管道进行供氢，通过将点火喷嘴的喷气口与燃烧喷嘴的喷气口沿顺时针方向或逆时针方向排列，即，当前喷嘴的喷气口均朝向下一个喷嘴，使得燃烧喷嘴经过点火喷嘴形成的稳定点火后的火焰点燃，从而能够按顺序依次点燃后续的燃烧喷嘴形成联焰，即火焰先由点火喷嘴处的局部着火区域，蔓延到燃烧喷嘴的区域，从而发展到整个燃烧室，形成稳定的点火，而且在点火时不会产生氢气的爆燃现象，整个燃烧室的点火以及联焰更加柔和、平顺，实现高效稳定、安全可靠的点火及燃烧效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的点火机构的俯视图。

图2是本发明实施例提供的点火喷嘴的结构示意图。

图3为图2的局部放大图。

图4是本发明实施例提供的点火喷嘴的剖视图。

图5是本发明实施例提供的燃烧喷嘴的结构示意图。

图6为图5的局部放大图。

图7是本发明实施例提供的燃烧喷嘴的剖视图。

附图标记 ：

1、火焰筒；2、点火喷嘴；21、第一壳体；22、第一喷头；221、第一喷气孔；222、第二喷气孔；23、第一氢气通道；24、空气通道；25、第一隔离通道；26、第一气孔；

3、燃烧喷嘴；31、第二壳体；32、第二喷头；321、第三喷气孔；33、第二氢气通道；34、第二隔离通道；35、第二气孔；

4、点火电嘴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作出创造性劳动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。

下面结合图1-图7描述本发明的一种柔和点火的氢燃烧室及点火机构。

本发明实施例提供一种点火机构，如图1所示，包括：火焰筒1、点火电嘴4、第一供气管和第二供气管。

其中，火焰筒1上设置有燃烧喷嘴3和点火喷嘴2，燃烧喷嘴3与点火喷嘴2均设置多个，多个燃烧喷嘴3与多个点火喷嘴2沿圆周方向等间距排布，点火喷嘴2的喷气口与燃烧喷嘴3的喷气口沿第一方向在火焰筒1内排列，第一方向为顺时针方向或逆时针方向；点火电嘴4设置在火焰筒1上，点火电嘴4与点火喷嘴2的数量相同，每个点火电嘴4与相邻的点火喷嘴2的喷气口相对应；第一供气管分别与多个点火喷嘴2连接，用于对每个点火喷嘴2提供氢气；第二供气管分别与多个燃烧喷嘴3连接，用于对每个燃烧喷嘴3提供氢气。

如此设置，考虑到氢气点火的稳定无爆燃等安全问题，将多个点火喷嘴2单独使用一个供气管提供氢气，以便于可单独调节其点火时的当量比使得点火时着火稳定安全，在点火喷嘴2形成稳定火焰后，对燃烧喷嘴3使用另一个供气管道进行供氢，通过将点火喷嘴2的喷气口与燃烧喷嘴3的喷气口沿顺时针方向或逆时针方向排列，即，当前喷嘴的喷气口均朝向下一个喷嘴，使得燃烧喷嘴3经过点火喷嘴2形成的稳定点火后的火焰点燃，从而能够按顺序依次点燃后续的燃烧喷嘴3形成联焰，即火焰先由点火喷嘴2处的局部着火区域，蔓延到燃烧喷嘴3的区域，从而发展到整个燃烧室，形成稳定的点火，而且在点火时不会产生氢气的爆燃现象，整个燃烧室的点火以及联焰更加柔和、平顺，实现高效稳定、安全可靠的点火及燃烧效果。

在一些实施例中，点火喷嘴2至少设置两个，例如设置两个、三个及三个以上的数量，多个点火喷嘴2沿周向均布在火焰筒1上；例如，如图1所示，点火喷嘴2设置两个，两个点火喷嘴2相对设置，每个点火喷嘴2均负责引燃相同数量的燃烧喷嘴3；或者，点火喷嘴2设置三个，三个点火喷嘴2呈正三角形形状均布在火焰筒1上，相邻两个点火喷嘴2之间的燃烧喷嘴3数量相同。

可选地，点火喷嘴2设置四个，四个点火喷嘴2呈正方形形状均布在火焰筒1上，相邻两个点火喷嘴2之间的燃烧喷嘴3数量相同。

如此设置，能够形成多个局部点火区域，使得每个点火喷嘴2在点燃后，能够沿圆周方向将后续的燃烧喷嘴3按次序点燃，通过将多个点火喷嘴2同时点火，能够缩短所有燃烧喷嘴3点燃所需时间，且整个燃烧室的点火以及联焰更加柔和、平顺，实现高效稳定、安全可靠的点火及燃烧效果。

在另一些实施例中，点火喷嘴2至少设置两组，多组点火喷嘴2沿周向均布在火焰筒1上，每组点火喷嘴2包括两个点火喷嘴2，点火电嘴4设置在相邻两个点火喷嘴2之间；也就是说，点火喷嘴2两两一组，将多组点火喷嘴2沿周向均布在火焰筒1上，相邻两组点火喷嘴2之间的燃烧喷嘴3数量相同。

如此设置，相对于一个点火喷嘴2，同一点火位置采用两个点火喷嘴2，使得点火喷嘴2形成稳定火焰后所产生的能量更大，更容易引燃后续的燃烧喷嘴3，提高了点燃效率，保证了燃烧室被点燃。

参照图2至图4，本实施例中，点火喷嘴2包括第一壳体21、第一喷头22、第一氢气通道23和空气通道24，第一壳体21穿设并固定在火焰筒1上，第一喷头22设置在第一壳体21位于火焰筒1内的一端，第一喷头22设置有第一喷气孔221和多个第二喷气孔222，多个第二喷气孔222环绕第一喷气孔221设置，空气通道24设置在第一壳体21内，并与第一喷气孔221连通，第一氢气通道23与第二喷气孔222数量相同，多个第一氢气通道23均位于第一壳体21中，第一氢气通道23的一端与对应的第二喷气孔222连接，另一端与第一供气管连接。

如此设置，在工作时，首先由第一供气管给两个点火喷嘴2供给氢气，氢气进入第一氢气通道23并从第一喷头22的第二喷气孔222喷出，通过单独引出一股空气经过空气通道24从第一喷头22的中心处的第一喷气孔221喷出，使得此股空气能伴随氢气一起到达点火位置处进行点火，通过调节氢气以及空气气流的喷射速度，使得混合气流在到达点火位置前能充分混合均匀，相对于普通航发燃烧室点火方案，本发明的点火喷嘴2处的氢气与空气混合速度更快更均匀，从而混合充分后的气流能顺利到达点火电嘴4产生的电火花处，使得混合气流被顺利点燃，此外，中心处的空气通道24还有助于防止点火初期由于其它不稳定因素而导致的回火，而且在点火时不会产生氢气爆燃现象，有助于推动其它气态燃料航发燃烧室在点火及组织燃烧方面的方法的实现。

进一步地，第一喷头22与第一壳体21之间还设置有第一隔离通道25，第一壳体21设置有多个第一气孔26，第一气孔26与第一隔离通道25连通，用于向第一喷头22处提供空气。

如此设置，通过在第一壳体21设置多个第一气孔26，将来流的空气从第一气孔26引入至第一喷头22处，使引入的空气可以和第一喷气孔221喷出的空气再混合，有助于提高气体的混合程度，确保气流能稳定燃烧；而且，第一隔离通道25可以将容易烧蚀的喷嘴外壁面和喷嘴里面的结构相隔开，防止喷嘴内部受到高温的影响，提高点火喷嘴2的使用寿命。

参照图5至图7，本实施例中，燃烧喷嘴3包括第二壳体31、第二喷头32和第二氢气通道33，第二壳体31穿设并固定在火焰筒1上，第二喷头32设置在第二壳体31位于火焰筒1内的一端，第二喷头32设置有多个第三喷气孔321，第二氢气通道33与第三喷气孔321数量相同，多个第二氢气通道33均位于第二壳体31中，第二氢气通道33的一端与对应的第三喷气孔321连接，另一端与第二供气管连接。

如此设置，在点火喷嘴2形成稳定点火后，通过第二供气管给燃烧喷嘴3供给氢气，氢气进入第二氢气通道33并从第二喷头32的第三喷气孔321喷出，经点火喷嘴2形成稳定点火后的火焰点燃，通过调节氢气气流的喷射速度，使得当前被引燃的燃烧喷嘴3能够按顺序依次点燃后续的燃烧喷嘴3形成联焰。

进一步地，第二喷头32与第二壳体31之间还设置有第二隔离通道34，第二壳体31设置有多个第二气孔35，第二气孔35与第二隔离通道34连通，用于向第二喷头32处提供空气。

如此设置，通过在第二壳体31设置多个第二气孔35，将来流的空气从第二气孔35引入至第二喷头32处，使引入的空气可以和第三喷气孔321喷出的空气再混合，有助于提高气体的混合程度，确保气流能稳定燃烧；而且，第二隔离通道34可以将容易烧蚀的喷嘴外壁面和喷嘴里面的结构相隔开，防止喷嘴内部受到高温的影响，提高燃烧喷嘴3的使用寿命。

在一些实施例中，第二喷气孔222与第三喷气孔321为直径为0.6-1mm的圆孔。

在一些实施例中，空气通道24设置为螺旋通道，使得空气进入此通道后可以带有一定的旋流，使其与氢气更好的混合，使得点火更加可靠稳定。

本发明还提供了一种柔和点火的氢燃烧室，包括上述的点火机构，由于采用了上述的点火机构，从而具有其所有的优点，不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种点火机构，其特征在于，包括：

火焰筒（1），所述火焰筒（1）上设置有燃烧喷嘴（3）和点火喷嘴（2），所述燃烧喷嘴（3）与所述点火喷嘴（2）均设置多个，多个所述燃烧喷嘴（3）与多个所述点火喷嘴（2）沿圆周方向等间距排布，所述点火喷嘴（2）的喷气口与所述燃烧喷嘴（3）的喷气口沿第一方向在所述火焰筒（1）内排列，所述第一方向为顺时针方向或逆时针方向；

点火电嘴（4），设置在所述火焰筒（1）上，所述点火电嘴（4）与所述点火喷嘴（2）的数量相同，每个所述点火电嘴（4）与相邻的所述点火喷嘴（2）的喷气口相对应；

第一供气管，所述第一供气管分别与多个所述点火喷嘴（2）连接，用于对每个所述点火喷嘴（2）提供氢气；

第二供气管，所述第二供气管分别与多个所述燃烧喷嘴（3）连接，用于对每个所述燃烧喷嘴（3）提供氢气。

2.根据权利要求1所述的点火机构，其特征在于，所述点火喷嘴（2）至少设置两个，多个所述点火喷嘴（2）沿周向均布在所述火焰筒（1）上。

3.根据权利要求1所述的点火机构，其特征在于，所述点火喷嘴（2）至少设置两组，多组所述点火喷嘴（2）沿周向均布在所述火焰筒（1）上，每组所述点火喷嘴（2）包括两个所述点火喷嘴（2），所述点火电嘴（4）设置在相邻两个所述点火喷嘴（2）之间。

4.根据权利要求1所述的点火机构，其特征在于，所述点火喷嘴（2）包括第一壳体（21）、第一喷头（22）、第一氢气通道（23）和空气通道（24），所述第一壳体（21）穿设并固定在所述火焰筒（1）中，所述第一喷头（22）设置在所述第一壳体（21）位于所述火焰筒（1）内的一端，所述第一喷头（22）设置有第一喷气孔（221）和多个第二喷气孔（222），多个所述第二喷气孔（222）环绕所述第一喷气孔（221）设置，所述空气通道（24）设置在所述第一壳体（21）内，并与所述第一喷气孔（221）连通，所述第一氢气通道（23）与所述第一喷气孔（221）数量相同，多个所述第一氢气通道（23）均位于所述第一壳体（21）中，所述第一氢气通道（23）的一端与对应的所述第二喷气孔（222）连接，另一端与所述第一供气管连接。

5.根据权利要求4所述的点火机构，其特征在于，所述第一喷头（22）与所述第一壳体（21）之间还设置有第一隔离通道（25），所述第一壳体（21）设置有多个第一气孔（26），所述第一气孔（26）与所述第一隔离通道（25）连通，用于向所述第一喷头（22）处提供空气。

6.根据权利要求4所述的点火机构，其特征在于，所述燃烧喷嘴（3）包括第二壳体（31）、第二喷头（32）和第二氢气通道（33），所述第二壳体（31）穿设并固定在所述火焰筒（1）中，所述第二喷头（32）设置在所述第二壳体（31）位于所述火焰筒（1）内的一端，所述第二喷头（32）设置有多个第三喷气孔（321），所述第二氢气通道（33）与所述第三喷气孔（321）数量相同，多个所述第二氢气通道（33）均位于所述第二壳体（31）中，所述第二氢气通道（33）的一端与对应的所述第三喷气孔（321）连接，另一端与所述第二供气管连接。

7.根据权利要求6所述的点火机构，其特征在于，所述第二喷头（32）与所述第二壳体（31）之间还设置有第二隔离通道（34），所述第二壳体（31）设置有多个第二气孔（35），所述第二气孔（35）与所述第二隔离通道（34）连通，用于向所述第二喷头（32）处提供空气。

8.根据权利要求6所述的点火机构，其特征在于，所述第二喷气孔（222）与所述第三喷气孔（321）为直径0.6-1mm的圆孔。

9.根据权利要求4所述的点火机构，其特征在于，所述空气通道（24）设置为螺旋通道。

10.一种柔和点火的氢燃烧室，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的点火机构。