CN116499690A - 一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高超声速高温风洞试验技术领域，公开了一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置及使用方法。燃料***防夹气装置包括高压燃料供应罐、高压供应管路隔离阀、高点放气支路和末端回流支路；高压燃料供应罐通过燃料供应管道向加热器供高压燃料；在燃料供应管道的高点设置高点放气支路，在燃料供应管道的低点设置末端回流支路。使用方法包括顺序开展的真空抽气工作流程、燃料加注工作流程、高点放气和回流工作流程。燃料***防夹气装置及使用方法通过在燃料***上增加支路，最大限度的排出燃料供应管道内夹杂的不溶气体，增强了燃料***的稳定性和可靠性，实现了燃料***的流量精确供应，保障了大功率高压燃烧加热器的使用安全。
Description
技术领域
本发明属于高超声速高温风洞试验技术领域，具体涉及一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置及使用方法。
背景技术
复现高超声速飞行器真实飞行条件的气流总温，开展高超声速飞行器发动机试验、机体推进一体化试验和大面积热结构试验，需要高超声速高温风洞，高超声速高温风洞通常采用大功率高压燃烧加热器，属于燃烧型风洞。高超声速高温风洞运行时，高压燃料与高压空气和液氧的混合物在大功率高压燃烧加热器内燃烧加热后形成高温高压气流，通过高超声速喷管膨胀加速形成高速射流，高速射流对安装在试验段内的发动机、飞行器或热结构部件开展空气动力学试验。
燃料***为高超声速高温风洞的主要子***之一，主要用来提供高超声速高温风洞运行必备的燃料。燃料***由低压存储***和高压供应***两部分组成，高压供应***通过高压氮气对高压储罐内的燃料增压，高压储罐向燃烧加热器提供试验所需的流量和压力的异丁烷燃料，高压储罐的工作压力高达35MPa。
大功率高压燃烧加热器采用气液燃烧原理，氧化剂为气态，燃料为液态。液态燃料经过雾化后与氧化剂反应燃烧，燃料在管道内的持续输运和喷嘴的雾化机理决定管道内的液态燃料不能有不容性气体，否则，不容性气体会影响管道内燃料稳定供应和燃烧加热器性能，甚至出现加热器不点火或爆燃现象。所以，防止燃料***夹气是保证高超声速高温风洞正常运行的基础，也是保障高超声速高温风洞安全运行的先行技术条件。
当前，亟需发展一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置及使用方法。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置的使用方法，用以排除高超声速高温风洞中燃料***的燃料夹气的危害。
本发明的用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置，其特点是，所述的燃料***防夹气装置包括高压燃料供应罐、高压供应管路隔离阀、高点放气支路和末端回流支路；高压燃料供应罐通过燃料供应管道向加热器提供高压燃料；在燃料供应管道的高点设置高点放气支路，在燃料供应管道的低点设置末端回流支路。
进一步地，所述的高压燃料供应罐为加热器提供燃料；高压燃料供应罐的上游通过高压氮气阀连接高压氮气***，下游通过燃料供应管道连接加热器；高压燃料供应罐的工作压力最高为35MPa。
进一步地，所述的高压供应管路隔离阀包括位于燃料供应管道上游的高压燃料供应罐根阀，高压燃料供应罐根阀设置在高压燃料供应罐的出口端；还包括位于燃料供应管道下游的燃料供应管路主阀，燃料供应管路主阀设置在加热器的入口端。
进一步地，所述的高点放气支路高于燃料供应管道的弯头和变径设备，包括若干个并联的高点放气支路；各高点放气支路设置独立的高点放气隔离阀，各高点放气支路的下端分别连接燃料供应管道，各高点放气支路的上端合并成出口端，出口端连接末端回流支路的下游；
高点放气支路和高点放气隔离阀的压力等级相同；高点放气支路内部的气体流动方向朝上；高点放气隔离阀采用高压球阀。
进一步地，所述的末端回流支路通过回流支路隔离阀连接在燃料供应管路主阀的上游，末端回流支路的下游与高点放气支路的出口端连接，末端回流支路的出口端设置回流隔离阀；
回流隔离阀、末端回流支路、回流支路隔离阀与燃料供应管道的压力等级相同；末端回流支路内部的气体流动方向朝下；回流支路隔离阀采用高压球阀。
本发明的用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置的使用方法，
包括顺序开展的真空抽气工作流程、燃料加注工作流程、高点放气和回流工作流程；
S10.真空抽气工作流程；
S11.关闭燃料***防夹气装置所有的阀门；
S12.将加热器抽真空；
S13.关闭高压燃料供应罐根阀，打开燃料供应管路主阀，将高压燃料供应罐根阀和燃料供应管路主阀之间的燃料供应管道至少抽真空2次；
S14.关闭燃料供应管路主阀；
S20.燃料加注流程；
S21.打开高压氮气阀，向高压燃料供应罐中增压0.8MPa；
S22.打开高压燃料供应罐根阀，向燃料供应管道填充高压燃料30s；
S23.打开回流支路隔离阀、回流隔离阀，进行回流溢流操作，将燃料供应管道末端的多余气体通过回流排放的方式排放，排放完毕后关闭回流支路隔离阀；
S30.高点放气和回流流程；
S31.打开高压氮气阀，向高压燃料供应罐中增压1MPa，同时打开各高点放气隔离阀、回流支路隔离阀和回流隔离阀，将淤积在拐角、死区以及高点的气体通过溢流的方式经回流隔离阀排出；
S32.关闭各高点放气隔离阀、回流支路隔离阀和回流隔离阀；
S33.重复S31、S32至少5次。
本发明的用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置及使用方法是在燃烧型风洞的基本原理和燃料***特性分析的基础上提出的，通过在燃料***上增加支路，最大限度的排出燃料供应管道中夹杂的不溶气体，增强了燃料***的稳定性和可靠性，实现了燃料***的流量精确供应，保障了大功率高压燃烧加热器的使用安全，为高超声速高温风洞的燃料***提供了安全、经济和高性能的燃料***防夹气解决方案。
附图说明
图1为本发明的用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置的结构示意图。
图中，1.高压氮气阀；2.高压燃料供应罐；3.高压燃料供应罐根阀；4.燃料供应管道；5.高点放气隔离阀Ⅰ；6.高点放气隔离阀Ⅱ；7.高点放气支路；8.燃料供应管路主阀；9.加热器；10.回流支路隔离阀；11.末端回流支路；12.回流隔离阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1：
如图1所示，本实施例的用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置包括高压燃料供应罐2、高压供应管路隔离阀、高点放气支路7和末端回流支路11；高压燃料供应罐2通过燃料供应管道4向加热器9提供高压燃料；在燃料供应管道4的高点设置高点放气支路7，在燃料供应管道4的低点设置末端回流支路11。
进一步地，所述的高压燃料供应罐2为加热器9提供燃料；高压燃料供应罐2的上游通过高压氮气阀1连接高压氮气***，下游通过燃料供应管道4连接加热器9；高压燃料供应罐2的工作压力最高为35MPa。
进一步地，所述的高压供应管路隔离阀包括位于燃料供应管道4上游的高压燃料供应罐根阀3，高压燃料供应罐根阀3设置在高压燃料供应罐2的出口端；还包括位于燃料供应管道4下游的燃料供应管路主阀8，燃料供应管路主阀8设置在加热器9的入口端。
进一步地，所述的高点放气支路7高于燃料供应管道4的弯头和变径设备，包括若干个并联的高点放气支路7；各高点放气支路7设置独立的高点放气隔离阀，各高点放气支路7的下端分别连接燃料供应管道4，各高点放气支路7的上端合并成出口端，出口端连接末端回流支路11的下游；
高点放气支路7和高点放气隔离阀的压力等级相同；高点放气支路7内部的气体流动方向朝上；高点放气隔离阀采用高压球阀。
进一步地，所述的末端回流支路11通过回流支路隔离阀10连接在燃料供应管路主阀8的上游，末端回流支路11的下游与高点放气支路7的出口端连接，末端回流支路11的出口端设置回流隔离阀12；
回流隔离阀12、末端回流支路11、回流支路隔离阀10与燃料供应管道4的压力等级相同；末端回流支路11内部的气体流动方向朝下；回流支路隔离阀10采用高压球阀。
本实施例的用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置的使用方法，包括顺序开展的真空抽气工作流程、燃料加注工作流程、高点放气和回流工作流程；
S10.真空抽气工作流程；
S11.关闭燃料***防夹气装置所有的阀门；
S12.将加热器9抽真空；
S13.关闭高压燃料供应罐根阀3，打开燃料供应管路主阀8，将高压燃料供应罐根阀3和燃料供应管路主阀8之间的燃料供应管道4至少抽真空2次；
S14.关闭燃料供应管路主阀8；
S20.燃料加注流程；
S21.打开高压氮气阀1，向高压燃料供应罐2中增压0.8MPa；
S22.打开高压燃料供应罐根阀3，向燃料供应管道4填充高压燃料30s；
S23.打开回流支路隔离阀10、回流隔离阀12，进行回流溢流操作，将燃料供应管道4末端的多余气体通过回流排放的方式排放，排放完毕后关闭回流支路隔离阀10；
S30.高点放气和回流流程；
S31.打开高压氮气阀1，向高压燃料供应罐2中增压1MPa，同时打开各高点放气隔离阀、回流支路隔离阀10和回流隔离阀12，将淤积在拐角、死区以及高点的气体通过溢流的方式经回流隔离阀12排出；
S32.关闭各高点放气隔离阀、回流支路隔离阀10和回流隔离阀12；
S33.重复S31、S32至少5次。
本实施例的并联的高点放气支路7有2条，对应的高点放气隔离阀分别为高点放气隔离阀Ⅰ5、高点放气隔离阀Ⅱ6。高压燃料供应罐2是向加热器9稳定供给燃料的关键设备。在高点放气和回流流程的S31中打开回流支路隔离阀10的目的是增加燃料供应管道4的流动性，提高排气效率。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置，其特征在于，所述的燃料***防夹气装置包括高压燃料供应罐（2）、高压供应管路隔离阀、高点放气支路（7）和末端回流支路（11）；高压燃料供应罐（2）通过燃料供应管道（4）向加热器（9）提供高压燃料；在燃料供应管道（4）的高点设置高点放气支路（7），在燃料供应管道（4）的低点设置末端回流支路（11）。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置，其特征在于，所述的高压燃料供应罐（2）为加热器（9）提供燃料；高压燃料供应罐（2）的上游通过高压氮气阀（1）连接高压氮气***，下游通过燃料供应管道（4）连接加热器（9）；高压燃料供应罐（2）的工作压力最高为35MPa。
3.根据权利要求2所述的一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置，其特征在于，所述的高压供应管路隔离阀包括位于燃料供应管道（4）上游的高压燃料供应罐根阀（3），高压燃料供应罐根阀（3）设置在高压燃料供应罐（2）的出口端；还包括位于燃料供应管道（4）下游的燃料供应管路主阀（8），燃料供应管路主阀（8）设置在加热器（9）的入口端。
4.根据权利要求3所述的一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置，其特征在于，所述的高点放气支路（7）高于燃料供应管道（4）的弯头和变径设备，包括若干个并联的高点放气支路（7）；各高点放气支路（7）设置独立的高点放气隔离阀，各高点放气支路（7）的下端分别连接燃料供应管道（4），各高点放气支路（7）的上端合并成出口端，出口端连接末端回流支路（11）的下游；
高点放气支路（7）和高点放气隔离阀的压力等级相同；高点放气支路（7）内部的气体流动方向朝上；高点放气隔离阀采用高压球阀。
5.根据权利要求4所述的一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置，其特征在于，所述的末端回流支路（11）通过回流支路隔离阀（10）连接在燃料供应管路主阀（8）的上游，末端回流支路（11）的下游与高点放气支路（7）的出口端连接，末端回流支路（11）的出口端设置回流隔离阀（12）；
回流隔离阀（12）、末端回流支路（11）、回流支路隔离阀（10）与燃料供应管道（4）的压力等级相同；末端回流支路（11）内部的气体流动方向朝下；回流支路隔离阀（10）采用高压球阀。
6.一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置的使用方法，其用于权利要求1~权利要求5中的任意一项所述的一种用于大型燃烧风洞的燃料***防夹气装置，其特征在于，所述的使用方法包括顺序开展的真空抽气工作流程、燃料加注工作流程、高点放气和回流工作流程；
S10.真空抽气工作流程；
S11.关闭燃料***防夹气装置所有的阀门；
S12.将加热器（9）抽真空；
S13.关闭高压燃料供应罐根阀（3），打开燃料供应管路主阀（8），将高压燃料供应罐根阀（3）和燃料供应管路主阀（8）之间的燃料供应管道（4）至少抽真空2次；
S14.关闭燃料供应管路主阀（8）；
S20.燃料加注流程；
S21.打开高压氮气阀（1），向高压燃料供应罐（2）中增压0.8MPa；
S22.打开高压燃料供应罐根阀（3），向燃料供应管道（4）填充高压燃料30s；
S23.打开回流支路隔离阀（10）、回流隔离阀（12），进行回流溢流操作，将燃料供应管道（4）末端的多余气体通过回流排放的方式排放，排放完毕后关闭回流支路隔离阀（10）；
S30.高点放气和回流流程；
S31.打开高压氮气阀（1），向高压燃料供应罐（2）中增压1MPa，同时打开各高点放气隔离阀、回流支路隔离阀（10）和回流隔离阀（12），将淤积在拐角、死区以及高点的气体通过溢流的方式经回流隔离阀（12）排出；
S32.关闭各高点放气隔离阀、回流支路隔离阀（10）和回流隔离阀（12）；
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| 王思奇: "小型航模二冲程煤油发动机缸内直喷技术研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑, no. 02, pages 031 - 174 * |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116776453A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-09-19 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种高温风洞设备本体布局方法 |
| CN116776453B (zh) * | 2023-08-25 | 2023-10-24 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种高温风洞设备本体布局方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116499690B (zh) | 2023-09-01 |
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