一种多通道等离子体区域点火燃烧装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空航天技术领域和工业燃烧领域，尤其涉及一种多通道等离子体区域点火燃烧装置。
【背景技术】
[0002]常见的点火方式有热表面、激光诱导火花、火花塞及等离子流，它们都是通过加热未燃混气，使其温度升高，产生初始自由基，再由这些初始自由基引发链式反应。对热表面点火，其点火延迟时间较长，寿命比较短；激光诱导火花点火则需要聚焦高能激光脉冲；火花塞点火则是一种广泛应用、比较可靠的点火方式。上述这些点火方式都存在点火区域小的问题，当燃烧工况非常恶劣时，如高空低压点火、超音速燃烧、贫燃等问题，现有点火方式的适用性和可靠性就存在缺陷，从而会导致点火困难或点火不成功。
[0003]现有的发动机主要点火方式为热射流点火、预燃室点火、火花塞点火。热射流点火是在主燃烧室内供入一股燃油燃烧，产生一个火舌，穿过涡轮，点燃加力燃烧室，缺点对涡轮可靠性产生一定的影响，系统较复杂。催化点火的催化剂易失效及腐蚀，且点火延迟时间长，烟火花点火只能在发动机上一次使用，不能实现多次点火。高空飞行器的加力燃烧室和冲压燃烧室，在高速、低压、低温条件下，压力可低至0.04-0.05MPa，温度降到50_150°C，而气流速度在100m/S以上，由于雾化蒸发困难，单位体积释放热量减小，散热却很强，不仅着火的速度-压力边界急剧缩小，而且着火的空气燃油比边界也急剧缩小。如果继续使用火花塞点火，失败的可能性大大增加。为保证发动机在各种极端条件下的可靠点火，必须克服火花塞在高空低压下存在点火困难这一缺陷，希望发展一种先进的点火技。
[0004]电站煤粉锅炉起动，最早使用燃油喷嘴点火，大量消耗燃油，成本大。继而采用热等离子体点火装置，成本和使用寿命都很高，而气化小油枪点火使用压缩空气等设备，系统较复杂，有待进一步改进和优化。
[0005]低温等离子体点火和燃烧强化是等离子体技术的一种新的应用途径，其具有实现稀薄混合气可靠、高效点火和快速燃烧的潜力，该技术已经引起世界各国的广泛关注。交流驱动的介质阻挡放电是产生低温等离子的主要方式，能够在一定的压力下产生体积大、能量密度高的低温等离子体，且由于电极间绝缘介质的存在，避免了放电过程中易出现的局部放电或弧光放电。低温等离子体点火主要通过在可燃混合物中进行放电，利用产生的高能电子与燃料分子的碰撞引起分子的离解、激发甚至电离，产生大量的活性原子、分子和离子等物质，从而提高点火性和燃烧稳定性。使化学反应在多点进行，加速点火过程，从而成功实现了大体积点火，火焰充满整个气流通道截面，极大地缩短了着火延迟时间和改善着火极限，点火效率高，节约点火能量。
[0006]国外利用连续交流驱动，当可燃混气通过放电空间时，就会产生低温等离子体，成功实现了大体积点火，火焰充满整个放电空间，极大地缩短了着火延迟时间和改善着火极限。但在采用连续放电点火时，阻挡介质在高温的火焰中，容易被击穿，从而变成一点连续放电，采用等离子体射流点火时，用连续放电拉弧的形式，将等离子体射流射入可燃混气中，两者消耗的电能较大，且可靠性有一定的不足。国内实验证实了可燃混气压力范围0.02-0.1Mpa和流速5-70m/s条件下，采用单侧介质阻挡放电，以甲烷、乙烯、汽油燃料为燃料，实现了整个混气通道截面的大体积点火。
[0007]火花塞点火和热等离子流点火是靠放电电弧击穿介质，虽然热等离子体比火花塞有一定的优势，比火花塞提高点火性，缩短延迟时间，但属于小体积点火，而且热等离子流点火需要消耗大量的能量，点火效率低，点火电极易腐蚀，系统设备复杂，且热等离子体点火技术在航空领域无成功应用案例。在发动机内高速气流中点火，需要在火花塞前方安装火焰稳定装置，从而在火花塞附近区域产生一定的低速区和回流区，这样通过弱小的点火能量产生微小的火焰微团，逐步发展，火焰发展成稳定的燃烧状态。火花塞点火和等离子体射流都属于等离子体点火，只是产生离子数量和区域不同，两者的能量浪费比较严重，消耗能量小的火花塞，只是在很小间隙的高压电极和低压电极之间放电，电极插入混气中，如果流动速度较大，压力和温度较低，就会出现点火困难，而火花塞附近的气流速度是和发动机的工作状态密切相关，不能单独控制，因而出现点火困难是不可避免的。
[0008]发动机处于高空、高速、低压、低温飞行状态，燃烧室工况十分恶劣，易出现低压点火困难、燃烧稳定性差、燃烧效率下降等问题。电站燃煤锅炉起动也需要高效的点火装置，以进一步降低成本，减小污染排放。
【发明内容】
[0009]本发明需要解决的技术问题是发动机如何实现在高速、低温和低压条件下的高效可靠点火和火焰稳定，以及电站煤粉锅炉的点火装置。
[0010]为了解决以上技术问题，本发明公开了一种多通道等离子体区域点火燃烧装置，包括:等离子体电源、喷嘴、进气鱼嘴、切向气孔、气管、中空绝缘体、高压电极、绝缘件、低压电极、外壳、旋流室、气孔、阻挡介质、低速区、中心射流、稳焰室；所述等离子体电源输出交流驱动的高电压低电流，通过高压电极和低压电极之间的放电点燃低速区的可燃混气；所述的喷嘴安装在进气鱼嘴管壁上；所述的进气鱼嘴是指中间带有溅板雾化的进气管，安装在外壳上，与外壳密封连接，保证高速气流进入旋流室后，产生高速的旋转气流；所述的气管与中空绝缘体连接，将混气送入高压电极的管路，供给燃油混气，或单独采用进气鱼嘴供给燃油混气；所述的中空绝缘体安装在高压电极和气管之间，其下游为高压电极，上游为气管，保证高压电极和气管绝缘；所述的高压电极为中空金属体，安装在点火装置中心位置的电极，内部开有中心射流孔，外侧与绝缘件连接，其与等离子体电源的高压线连接；所述的绝缘件安装在高压电极和低压电极之间，其内侧为高压电极，外侧为低压电极，高压电极和低压电极同轴；所述的低压电极为中空的圆管，其上开有一定数目的气孔，保证高压电极和低压电极的低速区的气体流动，其内侧为绝缘件，外侧为壳体，与内侧绝缘件和外侧壳体紧密连接，其与等离子体电源的低压线连接；所述的外壳为圆筒形中空金属件，内侧与低压电极连接，外侧壁面与进气鱼嘴密封连接，一端与绝缘介质连接，一端为与稳焰室连通；所述的旋流室为外壳内的旋转气流通道，其外侧为壳体，内侧为低压电极，一端为与稳焰室连接的出口 ；所述的气孔为电压电极上开有一定数目的混气流动孔；所述的阻挡介质是指安装在高压电极外侧的绝缘材料，保证高压电极和低压电极之间的低速区产生大体积的低温等离子体；所述的低速区为高压电极和低压电极之间的空间流动区域，保证低速条件下可靠点火；所述的中心射流为高压电极中心的射流，保证点火装置射流火焰的穿透能力；所述的稳焰室为一定形状的燃烧稳定区域，其安装在壳体一端出口处。
[0011]进一步，作为一种优选，一种多通道等离子体区域点火燃烧装置，其特征在于，包括:等离子体电源、喷嘴、进气鱼嘴、切向气孔、气管、中空绝缘体、高压电极、绝缘件、低压电极、外壳、旋流室、气孔、突起物、低速区、中心射流、稳焰室；所述等离子体电源输出交流驱动的高电压低