一种用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置的制作方法

本发明属于发动机试验技术领域，尤其涉及一种用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置。

背景技术：

进行发动机加力燃烧室全状态试验时，需要了解燃烧室出口在点火过程中的动态燃烧过程和燃烧情况。现有的冷却保护装置在加力燃烧室全状态运行时无法保证自身及其内部仪器的安全。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置，通过安装在其内部的观测仪器可以直接观察加力燃烧室出口在点火过程中的动态燃烧过程和燃烧情况，在加力燃烧室全状态工作时，确保冷却保护装置自身及其内部仪器的安全。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置，包括壳体、盖板、观察窗压盖及透视件，壳体与盖板采用螺栓固定连接；

所述壳体上具有凸出于所述盖板的冷却水进口、冷却水出口、线缆引出口、腔内进气口、腔内出气口以及冷却气进口，壳体内部具有与冷却水进口和冷却水出口连通的冷却水管路、与线缆引出口连通的线缆管路、与腔内进气口和腔内出气口连通的腔内管路、与冷却气进口连通的冷却气管路以及与腔内管路连通的安装平台，线缆管路与安装平台之间设有挡板，壳体侧面设有观察口，观察口与安装平台连通，观察窗压盖与透视件安装于所述观察口处且均与壳体固定，观察窗压盖上设有透气孔，冷却气进口通过冷却气管路连通至透气孔。

进一步地，所述观察口为圆形口。

进一步地，观察窗压盖在透视件的外侧，即观察窗压盖为远离安装平台的一侧。

进一步地，所述透视件为石英玻璃。

进一步地，所述透气孔包括设置于观察窗压盖与透视件接触端的凹口，以及设置于观察窗压盖中部的通孔，所述凹口及通孔均为多个且沿观察口的轴线均布。

进一步地，所述凹口为矩形凹口。

进一步地，所述通孔的通孔轴线与所述观察窗压盖的压盖轴线不相交，且位于观察窗压盖内的所述通孔轴线朝向所述透视件。

本发明的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置能在高温气流作用下，保证冷却保护装置本身能安全可靠工作，以及能够保持观察窗表面清洁并对观察窗进行冷却，还能保证高温燃气不进入装置内部，保证壳体1内部安装的测试设备安全，并且在加力燃烧室全状态工作时，确保冷却保护装置自身及其内部仪器的安全，最后还可以尽量减少由装置本身带来的流场堵塞面积，具有结构紧凑，操作方便，工作可靠，成本较低，实用性较好，易于推广应用等优点，具有较大的实用价值。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明一实施例的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置结构示意图。

图2为本发明一实施例的观察口处结构示意图。

图3为本发明一实施例的观察窗压盖结构示意图。

图4为本发明一实施例的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置的实际工作状态示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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型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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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保护范围的限制。

如图1至图3所示，本发明的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置100包括壳体10、盖板20、观察窗压盖30及透视件40，壳体10与盖板20之间采用螺栓进行固定连接。

本发明中的壳体10采用水冷结构，可以保证装置本身能够在高温气流作用下安全可靠的工作，具体为：壳体10上与盖板20连接的一端具有凸出于盖板20的冷却水进口1、冷却水出口2、线缆引出口3、腔内进气口4、腔内出气口5以及冷却气进口6，在壳体10的内部具有与冷却水进口1和冷却水出口2连通的冷却水管路、与线缆引出口3连通的线缆管路、与腔内进气口4和腔内出气口5连通的腔内管路、与冷却气进口6连通的冷却气管路以及与腔内管路连通的安装平台7，上述的冷却水管路、腔内管路等在图中均为画出。冷却水从冷却水进口1进入壳体10的冷却水管道并从冷却水出口2流出，设计时选择合适的流通面积，保证从冷却水出口2处流出的水的温度不超过50℃，从而保证装置本身的安全，并保证装置内部的温度不超过50℃。壳体1与内部线缆管路的连接采用单端固定方式(即图1中右侧的挡板固定)，并在不影响观测效果的前提下尽量减少插入深度，尽量减少由装置本身带来的流场堵塞面积。

线缆管路与安装平台7之间设有挡板，壳体10的侧面设有观察口，观察口与安装平台7连通，安装平台7处可放置用于观测燃烧室高温火焰的观测装置，例如摄像机，摄像机的镜头朝向观测口且穿过观察口可观测到壳体以外的情况。而摄像机可通过线缆管道放入到安装平台7处，因此线缆管道的截面要具有一定的要求使其能放入观察仪器。通过腔内加气口3和腔内出气口4向火焰观测保护装置内通气，使冷却保护装置的腔内(也可理解为安装平台7处)压力略高于工作环境压力，避免高温气体进入冷却保护装置内，保护其内部的测试仪器或观测仪器正常工作。

观察窗压盖30与透视件40均安装于观察口处，且观察窗压盖30通过螺栓与壳体10固定并将透视件40压紧于壳体10使之与壳体10固定，观察窗压盖30上设有透气孔，冷却气进口6通过冷却气管路连通至透气孔，通过透气孔流出的冷却气可形成气层隔绝热量传递。作为优选的，观察口为圆形口，在壳体10的侧壁上开设圆形口较其他形状的开口可提高壳体10的结构强度。观察窗压盖30在透视件40的外侧，即观察窗压盖30为远离安装平台7的一侧。作为优选的，透视件40为石英玻璃可承受较高温度。

透气孔包括设置于观察窗压盖30与透视件40接触端的凹口31，以及设置于观察窗压盖30中部的通孔32，凹口31及通孔32均为多个且沿观察口的轴线均布。作为优选的的，凹口31为矩形凹口。冷却气流分成两组，分别从矩形凹口31和通孔32流入观察窗压盖30的内部，从矩形凹口31流出的气流在石英玻璃表面形成一个平流层气流，从通孔32流出的气流在观察窗压盖30中部形成一层气流。

更进一步的，通孔32为斜通孔，即通孔32的通孔轴线与观察窗压盖30的压盖轴线不相交，同时位于观察窗压盖30内的通孔轴线朝向透视件40(也就是石英玻璃)，这样便形成了一个斜通孔，通过斜通孔流出的冷却气流由于是射向石英玻璃的且偏离观察窗压盖30的轴线，故会在石英玻璃外侧形成一股旋流气流，此旋流气流即可以保持石英玻璃表面清洁，又有效的降低了石英玻璃表面温度。需要进一步解释的是，从冷却气进口5流入的不仅仅是冷却气体，还可以是冷却液，冷却液的流向及作用可与冷却气起到相同的效果。加力燃烧室点火过程中及排气温度较低(不大于900℃)的状态时，冷却气从腔内出气口5接入，通过观察窗压盖30的透气孔旋流结构排出，在观察窗口外侧形成一个旋流气保护环境，从而确保石英玻璃观察窗表面清洁并降低其表面温度；加力燃烧室全状态运行时，冷却水从冷却气进口5接入，通过观察窗压盖8的旋流结构喷出，在观察窗口外侧形成一个旋流水保护环境，确保冷却保护装置及其内部仪器能够正常工作。

下面结合本发明的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置100具体的使用环境作进一步阐述。如图4所示，在某型全尺寸加力燃烧室全状态试验中，将发明的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置100安装于试验件200的排气管道内，距离试验件200的尾部约10m位置处，本发明的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置100的冷却水进口1与循环水来水连接，冷却水出口2与循环水回水连接；腔内进气口4与某设备的操作气连接，通过调节供气阀门，将腔内压力调节到略高于工作环境压力；冷却气进口6通过两个电磁阀分别与设备的操作气和循环水来水连接；加力燃烧室出口火焰观测用摄像机安装在测试仪器安装平台7上，摄像机接线从线缆引出口3引出，录像通过网络传送到监控计算机上。需要理解的是，本实施例中所指的的循环水系统、操作气系统等均未在图中示意出。

本发明的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置100在进行全尺寸加力燃烧室试验件全状态试验时，置于壳体1内的摄像机取得了良好的观测效果，清晰地观测到了加力燃烧室出口在点火过程中的动态燃烧过程和燃烧情况。在加力燃烧室全状态工作时(此时试验件200的排气温度可超过1500℃)，本发明的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置100有效保证了冷却保护装置自身及其内部观测仪器的安全。

本发明的用于加力燃烧室高温火焰观测的冷却保护装置能在高温气流作用下，保证冷却保护装置本身能安全可靠工作，以及能够保持观察窗表面清洁并对观察窗进行冷却，还能保证高温燃气不进入装置内部，保证壳体1内部安装的测试设备安全，并且在加力燃烧室全状态工作时，确保冷却保护装置自身及其内部仪器的安全，最后还可以尽量减少由装置本身带来的流场堵塞面积，具有结构紧凑，操作方便，工作可靠，成本较低，实用性较好，易于推广应用等优点，具有较大的实用价值。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。