CN102506428B - 一种平面火焰燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种平面火焰燃烧器，它包括炉盘(1)、预混气腔(2)、保护气腔(3)、实验舱(4)、排气盖(5)、调压器(6)、观测窗玻璃(9)、玻璃密封盖(10)等模块，是一种结构紧凑，操作方便，安全可靠性高，改进维护便利，能减小光测误差，自身可调压力，生成平面火焰更稳定的模块化平面火焰燃烧器。通过设计不同模块，组装成不同功能的燃烧器，模块化设计方法能不断扩展该发明的应用范围。

Description

一种平面火焰燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧器，尤其是一种适用于光学燃烧诊断技术领域的自身可调压力的模块化平面火焰燃烧器。

背景技术

采用光学测量技术进行燃烧诊断是当前研究燃烧机理的主要手段，而燃烧诊断实验系统是影响实验过程及结果的重要因素。平面火焰燃烧器用于生成平面火焰，作为燃烧诊断实验的仪器设备，其设计与制造水平将直接影响科研效率及实验精度。

目前应用最广泛的平面火焰燃烧器是McKenna火焰炉，在文献“Laser Diagnostics OfTrace Species In Low-Pressure Flat Flame”(《Progress in Energy and Combustion Science》Vol.352009 Page：365-382)中所应用的McKenan火焰炉，记为A装置。它主要由多孔蜂窝状介质炉盘，气腔室，冷却管道组成。A装置炉盘呈圆形，可选用材料有黄铜、不锈钢或蜂窝状陶瓷等，为使冷却装置对炉盘保持较好的冷却效果，盘面直径通常为4～6cm。冷却管道从炉体底部通入炉盘，呈圆环状嵌入炉盘中间层内，并通入循环的冷却介质用以冷却炉盘。炉盘中央区域是稳焰区，能产生稳定的平面火焰，稳焰区同心外环区是保护气伴流区，通入保护气体减小环境对火焰的干扰，保护气体选用不燃烧气体。气腔室分为预混气腔和保护气腔两个独立腔室，预混气腔位于稳焰区正下方，保护气腔位于保护气伴流区正下方。A装置工作时，选用燃料(碳氢化合物、氢气等可燃气体)和氧化剂(氧气、空气等)的预混气作为输入介质，通过底部进气孔进入预混气腔，保护气体(氮气、氩气等)通过侧面进气孔进入保护气腔，并通入冷却介质进入炉盘，再点燃预混气在炉盘表面燃烧形成平面火焰。

A装置的缺点主要表现在以下几个方面：一、圆形的炉盘结构在应用光学测量技术时存在一定劣势，当发生激光倾斜或入射位置偏差等情况时，由于圆形的固有几何特征，将导致测量出现光程差及拍摄图像的差异，从而引起测量误差；二、炉盘采用烧结方法制成，喷嘴结构大小的一致性和分布均匀性不够好，嵌入式冷却管道会影响气体流场；三、该装置未设计防回火的安全装置和稳流阻尼装置，缺少自动点火装置，操作不便，安全可靠性不高；四、该装置为一体化成型制造，后期改进与维护不便。

另外，A装置只能用于常压下的燃烧诊断实验，应用范围有限，自身无法满足可变压力条件下的实验要求。在文献“Laser Diagnostics Of Trace Species In Low-Pressure Flat Flame”(《Progress in Energy and Combustion Science》Vol.35 2009 Page：365-382)中所涉及的负压下的燃烧诊断实验系统，记为B装置。B装置扩展了A装置的功能，由A装置、密封腔、真空泵、点火器、压力传感器等组成，具体实施方法是：A装置被置入密封腔内，密封腔顶部通过管道与真空泵连接，通过泵抽气形成腔内的负压环境，密封腔侧面开观测窗作为光学测量通道，并安装点火器和压力传感器。B装置尽管能实现可调压力的功能，但是它体积较大，结构复杂，安装维护繁琐，由于采用真空泵作为抽气装置，调压操作不便，灵敏度不高，泵运行时产生的压力震荡也将一定程度上影响实验精度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，主要解决现有装置应用光学测量技术时存在系统误差，操作不便，安全可靠性不高，后期改进维护不便的问题，提供一种结构紧凑，操作方便，安全可靠性高，改进维护便利，能减小光测误差，生成平面火焰更稳定的模块化平面火焰燃烧器。

本发明的目的可通过以下技术解决方案实现：

一种平面火焰燃烧器，由炉盘1、预混气腔2、保护气腔3组成，炉盘1与预混气腔2、保护气腔3同轴配合对接，保护气腔3中央套入预混气腔2并配合连接；

炉盘1由基座17、实验台18构成：基座17上视形状是正方形，四个顶角区开连接通孔12，上表面设计密封槽16，两个侧面各设计一个冷却液孔24，顶角区的密封槽16与实验台18之间设计火花塞装配孔26，密封槽16位于实验台18的外围，槽尺寸均根据机械设计手册确定，冷却液孔24一端开口于基座17侧面，另一端开口于冷却槽23底面，呈圆管结构，火花塞装配孔26用于安装固定火花塞点火针45；实验台18位于基座17中央区域，上视形状是四个顶角为圆角的正方形，由中央至外围分别是稳焰区19、冷却槽23、保护气区20；稳焰区19形状为正方形，实验台18上表面除开稳焰区19及冷却槽23外的区域是保护气区20，冷却槽23位于稳焰区19与保护气区20之间，具有冷却通道和隔离带的双重作用；稳焰区19内均匀布置燃气喷嘴21，燃气喷嘴21呈圆管结构，管径要求小于所产生火焰的熄火距离，设计范围是0.5～1mm，燃气喷嘴21的分布方式如下：相邻两列喷嘴呈交错式分布，相邻两喷嘴圆心间距为3倍喷嘴半径，相邻的三个喷嘴间圆心连线为正三角形，该分布方案能使出口混气具有较好的混合特性，有助于稳定火焰和提高燃烧效率；保护气区20内均匀布置保护气喷嘴22；保护气喷嘴22呈圆管结构，管径要求为燃气喷嘴21管径的两倍，保护气喷嘴22的分布方式如下：平直段的保护气喷嘴22与燃气喷嘴21分布方式相同，圆角段的保护气喷嘴22均匀分布；冷却槽密封盖7与冷却槽23配合密封，形成封闭的冷却通道，冷却槽23的三个内部直角区设计密封盖承托台25，用于支撑冷却槽密封盖7，冷却槽密封盖7上表面呈倒角结构特征；

优选的，冷却槽23的深度设计范围为稳焰区19盘面厚度的2/3～5/6之间，冷却槽23的宽度设计范围为2～4mm；

预混气腔2由锥形预混腔27和矩形稳流腔28构成，矩形稳流腔28内安装稳流阻火器8；锥形预混腔27为四棱锥中空壳体，底部设计两个进气孔14，分别位于壳体底面圆心处以及靠近底面的侧壁上，两孔圆心垂直距离在一倍与两倍孔直径之间；矩形稳流腔28为矩形中空壳体，其上下面贯通区与稳焰区19的形状大小相同，壳体底部内壁面设计阻火器承托台29，用于支撑稳流阻火器8；稳流阻火器8由网格支架30、细丝网31、压片环32、钢珠33构成，其安装连接顺序如下：底层网格支架30(1)置于承托台29上，放上细丝网31，盖上压片环32，再铺满大直径钢珠33(1)；在钢珠上面放上细丝网31，置入中层网格支架30(2)压紧；再置入中层网格支架30(2)，铺上细丝网31，盖上压片环32，再铺满小直径钢珠33(2)；最后放上细丝网31，并置入顶层网格支架30(3)压紧下面的零件；网格支架30呈正方形九格框架结构，中层及顶层支架的四顶角处设计支脚；细丝网31呈正方形，压片环32呈正方形环状结构，环片宽度与承托台29宽度相同，该结构可以消除混气中的湍流和涡，防止回火现象；

优选的，细丝网31目数设计范围是100～400目，大直径钢珠33(1)直径设计范围是4～5mm，小直径钢珠33(2)直径设计范围是1～2mm；

保护气腔3由壁壳34和底板35构成，中央贯通区呈正方形可套入预混气腔2，壁壳34每个侧面分别开进气孔14，进气孔14位于各侧面的中轴线上。

另外，为了实现自身调压的功能，可在上述平面火焰燃烧器的基础上加装实验舱4、排气盖5、调压器6、观测窗玻璃9、玻璃密封盖10，其中：炉盘1与预混气腔2、保护气腔3、实验舱4同轴配合对接，保护气腔3中央套入预混气腔2并配合连接，实验舱4与排气盖5同轴配合对接，排气盖5通过管道与调压器6相连接，观测窗玻璃9放入实验舱4的玻璃窗38中，并盖上玻璃密封盖10固定密封；

实验舱4设计有螺纹孔13、密封槽16、火花塞装配孔26、观测窗37、玻璃窗38、点火针装配槽39，实验舱4上下表面的螺纹孔13位于四个顶角区，并与炉盘1和排气盖5上的连接通孔12的位置相配合；侧面螺纹孔13分别位于玻璃窗38的四个外顶角区，并与玻璃密封盖13上的连接通孔12的位置相配合；密封槽16位于观测窗37的外围，火花塞装配孔26位于下表面顶角区，开口于点火针装配槽39底面，位置与炉盘1上的火花塞装配孔26位置相配合；观测窗37形状呈矩形，是光学测量通道；玻璃窗38形状呈顶角是圆角的矩形，采用圆角设计的目的是避免观测窗玻璃9出现应力集中现象，玻璃窗38深度大于观测窗玻璃9厚度，确保观测窗玻璃9的内外表面不与金属表面直接接触，玻璃厚度经强度校核计算确定；点火针装配槽39呈矩形槽结构，位于实验舱体36内壁面，其尺寸根据火花塞点火针45设计；实验舱4的侧面窗口采用双层密封方法：观测窗37外围的密封槽16中置入O型圈，再嵌入观测窗玻璃9，然后在玻璃密封盖10的密封槽16中置入O型圈，盖上并压紧观测窗玻璃9，采用螺钉将玻璃密封盖10和实验舱4紧固连接起来；

排气盖5由基座17和排气帽壳40构成，设计有连接通孔12、密封槽16、测温通道41、测压通道42、出气孔15；排气盖5的基座17中央贯通区与实验台18的形状大小相同，底面设计密封槽16，四顶角区设计连接通孔12，孔12位置与实验舱4上表面螺纹孔13位置相配合；排气帽壳40呈四棱锥中空壳体结构，顶部设计出气孔15，壳体两相邻侧面底部设计凸台结构，凸台上设计有测温通道41和测压通道42，形状为圆形直孔形，或矩形直孔形，或圆形螺纹孔形，以便于根据实际传感器的结构安装温度或压力传感器；

调压器6由调压舱体43、节流盘11和两块法兰构成，一块法兰与调压舱体43和节流盘11同轴对接，另一块法兰与节流盘11同轴对接；调压舱体43呈圆柱腔体结构，设计有两个进气孔14，一个孔位于封闭端面的圆心处，另一个孔位于靠近此端面的管壁侧面；节流盘11呈圆盘结构，圆心处设计有节流喉部44，其喉部形状为圆孔型、收缩式喷管型、收缩扩张式拉法尔喷管型中的一种，由于不同的喉部形状具有不同的流动特性，可以便于根据实际情况选用合适匹配的压力调节精度。

观测窗玻璃9的形状尺寸与玻璃窗38的形状尺寸相配合；

玻璃密封盖10设计有连接通孔12、密封槽16、观测窗37，其中密封槽16和观测窗37的位置与实验舱4上的密封槽16和观测窗37的位置相同，连接通孔12与实验舱4侧面的螺纹孔13的位置相配合。

本发明平面火焰燃烧器的工作原理是：

1、燃料气体与氧化剂气体经预混气腔2底部进气孔1进入腔内，经过锥形预混腔27完全充分混合，再经过矩形稳流腔28形成稳定的层流预混气体，保护伴流气体经保护气腔3侧面进气孔14进入腔内，由于气体从每个侧面均匀进入保护气区20，可降低因气流不均匀对火焰造成的影响；

2、点火时，预混气从燃气喷嘴21喷出，被火花塞点火针45引燃形成平面火焰，火花塞点火针45经火花塞装配孔26伸入实验舱4内，并套O型圈进行密封，能在保持良好气密性的前提下实现自动点火功能，火花塞点火针45贴近稳焰区19表面，可使预混气体在喷嘴21出口处点燃，降低预混气体因充满实验舱4后再点燃可能引起的危险。

3、燃烧时，由于燃气喷嘴21分布方式，使预混气在喷嘴21出口处有较佳的混合特性，可维持火焰更稳定；由于保护气喷嘴22分布方式，使保护气在喷嘴22出口处有较佳的混合特性，可减小外界对火焰的干扰和保护观测窗玻璃9；同时稳流阻火器8可消除流场中湍流及涡，并能够有效防止火焰回火，提高了燃烧器的安全稳定性。

4、进行光测时，由于炉盘1各边长均相等呈正方形，即使发生激光倾斜或入射位置偏离等情况，光程也不会因盘面形状产生变化，可一定程度上减少光测误差；实验舱4每个侧面均开有观测窗37，具有较好的观察视野和测量角度。

加装实验舱4、排气盖5、调压器6、观测窗玻璃9、玻璃密封盖10后的平面火焰燃烧器，自身具有可调压力的功能，此燃烧器工作时：

燃烧后产物及保护气经过排气盖5进入调压器6，由于排气帽壳40呈收缩型结构，可加速气流排出实验舱4，测温和测压通道便于安装测温测压传感器，并且其所处位置具有不干扰火焰流场的优点；调压时，因为在某个特定工况下，预混气及保护气流量不变，故燃烧后尾气及保护气流量不变，燃烧后尾气及保护气进入调压器6，再通入调节气流，根据射流引射原理，通过改变调节气流的流量大小，可以实现便捷地调节燃烧器实验舱4内的压力。

采用本发明取得的有益技术效果是：

1、采用模块化设计方法，利用独立模块组装平面火焰燃烧器，整体结构的自由度和灵活度较高，操作维护方便，便于后续研究的改进设计。

2、采用正方形炉盘，可减小光测时圆形炉盘面所带来的测量误差。

3、燃气喷嘴和保护气喷嘴独特的分布方式，使得预混气和保护气能在喷嘴出口处获得较好的混合特性，有利于充分燃烧和维持火焰稳定。

4、冷却槽的设计集成在稳焰区与保护气区之间，不影响预混气流场，具有冷却通道和隔离带的双重作用，能使炉盘结构更加简单紧凑。

5、点火器能在确保气密性的前提下实现连续安全点火的功能，操作简单方便。

6、稳流阻火器不仅能有效防止回火，还有稳定气流和阻尼湍流的作用，提高了燃烧器工作的安全可靠性。

7、能够实现自身调压的功能，可进行不同压力下的燃烧诊断实验，基于射流引射原理的调压器结构简单，加工安装方便，有效降低了实验系统复杂度。

此外，可通过设计不同模块组装成不同功能的燃烧器，模块化设计方法能不断扩展该发明的应用范围。

附图说明

图1为A装置的剖视结构示意图；

图2为B装置的平面结构示意图；

图3为本发明平面火焰燃烧器结构示意图；

图4为本发明平面火焰燃烧器(可调压力)结构示意图；

图5为本发明平面火焰燃烧器(可调压力)剖面示意图

图6为本发明的炉盘结构示意图；

图7为本发明的冷却槽密封盖结构示意图；

图8为本发明的炉盘剖面结构示意图；

图9为本发明的预混气腔结构示意图；

图10为本发明的预混气腔剖面结构示意图；

图11为本发明的稳流阻火器结构示意图；

图12为本发明的保护气腔结构示意图；

图13为本发明的实验舱结构示意图；

图14为本发明的观察窗玻璃结构示意图；

图15为本发明的玻璃密封盖结构示意图；

图16为本发明的排气盖结构示意图；

图17为本发明的调压器结构示意图；

图18为本发明的调压器剖面结构示意图；

图19为本发明实施例1的实物示意图；

图20为本发明实施例2的实物示意图；

图21为本发明实施例2生成的平面火焰示意图；

1——炉盘，

2——预混气腔，

3——保护气腔，

4——实验舱，

5——排气盖，

6——调压器，

7——冷却槽密封盖，

8——稳流阻火器，

9——观测窗玻璃，

10——玻璃密封盖，

11——节流盘，

12——连接通孔，

13——螺纹孔，

14——进气孔，

15——出气孔，

16——密封槽，

17——基座，

18——实验台，

19——稳焰区，

20——保护气区，

21——燃气喷嘴，

22——保护气喷嘴，

23——冷却槽，

24——冷却液孔，

25——密封盖承托台，

26——火花塞装配孔，

27——锥形预混腔，

28——矩形稳流腔，

29——阻火器承托台，

30——网格支架，

31——细丝网，

32——压片环，

33——钢珠，

34——壁壳，

35——底板，

36——实验舱体，

37——观测窗，

38——玻璃窗，

39——点火针装配槽，

40——排气帽壳，

41——测温通道，

42——测压通道，

43——调压舱体，

44——节流喉部，

45——火花塞点火针。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种平面火焰燃烧器，由炉盘1、预混气腔2、保护气腔3组成，炉盘1与预混气腔2、保护气腔3同轴配合对接，保护气腔3中央套入预混气腔2并配合连接；

炉盘1由基座17、实验台18构成：基座17上视形状是正方形，四个顶角区开连接通孔12，上表面设计密封槽16，两个侧面各设计一个冷却液孔24，顶角区的密封槽16与实验台18之间设计火花塞装配孔26，密封槽16位于实验台18的外围，槽尺寸均根据机械设计手册确定，冷却液孔24一端开口于基座17侧面，另一端开口于冷却槽23底面，呈圆管结构，火花塞装配孔26用于安装固定火花塞点火针45；实验台18位于基座17中央区域，上视形状是四个顶角为圆角的正方形，由中央至外围分别是稳焰区19、冷却槽23、保护气区20，稳焰区19形状为正方形，实验台18上表面除开稳焰区19及冷却槽23外的区域是保护气区20；冷却槽23位于稳焰区19与保护气区20之间，具有冷却通道和隔离带的双重作用，稳焰区19内均匀布置燃气喷嘴21，燃气喷嘴21呈圆管结构，燃气喷嘴21的分布方式如下：相邻两列喷嘴呈交错式分布，相邻两喷嘴圆心间距为3倍喷嘴半径，相邻的三个喷嘴间圆心连线为正三角形；保护气区20内均匀布置保护气喷嘴22，保护气喷嘴22呈圆管结构，管径要求为燃气喷嘴21管径的两倍，保护气喷嘴22的分布方式如下：平直段的保护气喷嘴22与燃气喷嘴21分布方式相同，圆角段的保护气喷嘴22均匀分布；冷却槽密封盖7与冷却槽23配合密封，形成封闭的冷却通道，冷却槽23的三个内部直角区设计密封盖承托台25，用于支撑冷却槽密封盖7，冷却槽密封盖7上表面呈倒角结构特征；其中燃气喷嘴21管直径为0.5mm，保护气喷嘴22管直径为1mm，冷却槽23的深度是稳焰区19盘面厚度的2/3，密封盖承托台25高度为2mm，冷却槽23的宽度为2mm；

预混气腔2由锥形预混腔27和矩形稳流腔28构成，矩形稳流腔28内安装稳流阻火器8；锥形预混腔27为四棱锥中空壳体，底部设计两个进气孔14，分别位于壳体底面圆心处以及靠近底面的侧壁上，两孔圆心垂直距离为其一倍孔直径；矩形稳流腔28为矩形中空壳体，其上下面贯通区与稳焰区19的形状大小相同，壳体底部内壁面设计阻火器承托台29，用于支撑稳流阻火器8；稳流阻火器8由网格支架30、细丝网31、压片环32、钢珠33构成，其安装连接顺序如下：底层网格支架30(1)置于承托台29上，放上细丝网31，盖上压片环32，再铺满大直径钢珠33(1)；在钢珠上面放上细丝网31，置入中层网格支架30(2)压紧；再置入中层网格支架30(2)，铺上细丝网31，盖上压片环32，再铺满小直径钢珠33(2)；最后放上细丝网31，并置入顶层网格支架30(3)压紧下面的零件；网格支架30呈正方形九格框架结构，中层及顶层支架的四顶角处设计支脚；细丝网31呈正方形，压片环32呈正方形环状结构，环片宽度与承托台29宽度相同；细丝网31目数为100目，大直径钢珠33(1)直径为4mm，小直径钢珠33(2)直径为1mm；

保护气腔3由壁壳34和底板35构成，中央贯通区呈正方形可套入预混气腔2，壁壳34每个侧面分别开进气孔14，进气孔14位于各侧面的中轴线上。

实施例2

一种平面火焰燃烧器，由炉盘1、预混气腔2、保护气腔3、实验舱4、排气盖5、调压器6、观测窗玻璃9、玻璃密封盖10组成；炉盘1与预混气腔2、保护气腔3、实验舱4同轴配合对接，保护气腔3中央套入预混气腔2并配合连接，实验舱4与排气盖5同轴配合对接，排气盖5通过管道与调压器6相连接，观测窗玻璃9放入实验舱4的玻璃窗38中，并盖上玻璃密封盖10固定密封；

其中炉盘1、预混气腔2、保护气腔3的结构与实施例1相同，仅以下参数不同：燃气喷嘴21管直径为1mm，保护气喷嘴22管直径为2mm，冷却槽23的深度为稳焰区19盘面厚度的5/6，密封盖承托台25高度为3mm，冷却槽23的宽度为4mm；细丝网31设计目数为400目，大直径钢珠33(1)直径为5mm，小直径钢珠33(2)直径为2mm；

实验舱4设计有螺纹孔13、密封槽16、火花塞装配孔26、观测窗37、玻璃窗38、点火针装配槽39，实验舱4上下表面的螺纹孔13位于四个顶角区，并与炉盘1和排气盖5上的连接通孔12的位置相配合；侧面螺纹孔13分别位于玻璃窗38的四个外顶角区，并与玻璃密封盖10上的连接通孔12的位置相配合；密封槽16位于观测窗37的外围，火花塞装配孔26位于下表面顶角区，开口于点火针装配槽39底面，位置与炉盘1上的火花塞装配孔26位置相配合；观测窗37形状呈矩形，玻璃窗38形状呈顶角是圆角的矩形，玻璃窗38深度大于观测窗玻璃9厚度；点火针装配槽39呈矩形槽结构，位于实验舱体36内壁面，其尺寸根据火花塞点火针45而设计；实验舱4的侧面窗口采用双层密封方法密封；

排气盖5由基座17和排气帽壳40构成，设计有连接通孔12、密封槽16、测温通道41、测压通道42、出气孔15；基座17中央贯通区与实验台18的形状大小相同，底面设计密封槽16，四顶角区设计连接通孔12，孔12位置与实验舱4上表面螺纹孔13位置相配合；排气帽壳40呈四棱锥中空壳体结构，顶部设计有出气孔15，壳体两相邻侧面底部设计凸台结构，凸台上设计有测温通道41和测压通道42；

调压器6由调压舱体43、节流盘11和两块法兰构成，一块法兰与调压舱体43和节流盘11同轴对接，另一块法兰与节流盘11同轴对接；调压舱体43呈圆柱腔体结构，设计有两个进气孔14，其中一个孔位于封闭端面的圆心处，另一个孔位于靠近此端面的管壁侧面；节流盘11呈圆盘结构，圆心处设计有节流喉部44，喉部形状为收缩扩张式拉法尔喷管型；

观测窗玻璃9的形状尺寸与玻璃窗38的形状尺寸相配合；

玻璃密封盖10设计有连接通孔12、密封槽16、观测窗37，其中密封槽16和观测窗37的位置与实验舱4上的密封槽16和观测窗37的位置相同，连接通孔12与实验舱4侧面的螺纹孔13的位置相配合。

实施例1及实施例2均取材结构强度及耐高温性能俱佳的1Cr18Ni9Ti不锈钢材制造各模块部件；取材耐高温及耐老化性能俱佳的橡胶作O型密封圈；取材机械强度高及耐高温和稳定性俱佳的石英玻璃作观测窗玻璃9。炉盘1与预混气腔2、保护气腔3可通过焊接方法连接；预混气腔2与保护气腔3可通过焊接方法连接；实验舱4与炉盘1、排气盖5、玻璃密封盖10通过M5×1.0的螺钉连接；排气盖5与调压器6通过管路连接；节流盘11与调压舱体43通过法兰连接；实验舱4与炉盘1、排气盖5、观测窗玻璃9之间表面，观测窗玻璃9与玻璃密封盖10之间表面，均采用1.8mm的O型圈进行密封。

两实施例涉及的炉盘1，其基座17的四个顶角区开连接通孔12，为圆形直孔；其中一顶角区开圆形阶梯状的火花塞装配孔26，密封槽16开于连接通孔12与火花塞装配孔26之间，密封槽16中线距离连接通孔12与火花塞装配孔26的圆心距离相等；稳焰区19为40×40mm的正方形，位于实验台18正中央区域，按照燃气喷嘴21的分布方案在稳焰区19中打圆形直孔，稳焰区19盘面厚度是6mm；在冷却槽23的三个内直角处设计密封盖承托台25；冷却槽密封盖7与冷却槽23配合密封，冷却槽密封盖7高度2mm；炉盘1的基座17两相邻侧面各开一个冷却液孔24，孔24为圆形直孔，孔径为3mm，孔24一端开于基座17侧面，另一端开于冷却槽23底面；密封盖7与炉盘1采用焊接连接密封，形成密封的冷却通道。

两实施例涉及的预混气腔2，锥形预混腔27和矩形稳流腔28是中空壳体，锥形预混腔27底端面和壳体底部侧面分别开圆孔，贯通壳体，孔径为3mm；稳流阻火器8依靠阻火器承托台29支撑，承托台29宽度为1.5mm；顶层网格支架30(3)点焊至壳体内壁，以防止内部各零件松动，细丝网31按矩形稳流腔28的尺寸切割成正方形。

实施例2涉及的实验舱4，其结构呈立方体框架，尺寸为88×88×56mm；舱体36上下表面贯通区形状大小与实验台18形状大小一致，上下表面四个顶角区开螺纹孔13，位置与炉盘1及排气盖5上的连接通孔12的位置相配合；各侧面先开顶角为圆角的矩形槽作为玻璃窗38，尺寸为46×36mm，圆角半径为3mm；再在槽底面中央位置开矩形窗贯通舱体36侧面，矩形窗作为观测窗37，尺寸为40×30mm；然后在观测窗37外环开密封槽16，各侧面靠近玻璃窗38四个顶角处均开螺纹孔13，孔13与玻璃密封盖10上的连接通孔12位置相配合；舱体36内壁面开矩形槽作为点火针装配槽39，再由该槽底面沿垂直方向开圆孔成型于舱体36的底面，其位置与炉盘1上的火花塞装配孔26的位置一致。

实施例2涉及的观测窗玻璃9选用石英玻璃作为材料，尺寸为46×36×10mm，圆角半径与玻璃窗38的圆角相配合。

实施例2涉及的玻璃密封盖10，呈矩形薄片结构，中央区域开矩形窗口作为观测窗37，尺寸为40×30mm；外表面靠近该窗口的的四个顶角处外侧开连接通孔12，内表面窗口外围开密封槽16；

实施例2涉及的排气盖5，其基座17的四个顶角区开连接通孔12，底面中央贯通区与实验台18形状尺寸相同，底面中央贯通区外围开密封槽16；排气帽壳40的顶端面开圆形孔作为出气孔15，基座17与壳40结合部的两个相邻侧面分别设计凸台，凸台开测温通道41及测压通道42，测温通道41设计为圆形螺纹孔，测压通道42设计为圆形通孔。

实施例2涉及的调压器6，其调压舱体43一端密封，在密封端面圆心位置开圆形孔作为进气孔14，靠近此端的圆柱壁面开圆形孔作为进气孔14，调压舱体43另一端作气流出口，该出口与一块法兰同轴焊接；节流盘11置于此法兰与另一块法兰之间，三者通过螺栓同轴对接；两块法兰与节流盘11的接触面开密封槽16，节流盘11呈圆盘结构，圆心位置开节流喉部44，为收缩扩张式拉法尔喷管型。

实验结果表明，实施例1和实施例2均能解决现有装置应用光学测量技术时存在系统误差，生成平面火焰稳定，与实施例1相比较，实施例2还具备调压功能。

Claims (9)

1.一种平面火焰燃烧器，由炉盘(1)、预混气腔(2)、保护气腔(3)组成，炉盘(1)与预混气腔(2)、保护气腔(3)同轴配合对接，保护气腔(3)中央套入预混气腔(2)并配合连接；

炉盘(1)由基座(17)、实验台(18)构成：基座(17)上视形状是正方形，四个顶角区开连接通孔(12)，上表面设计密封槽(16)，两个侧面各设计一个冷却液孔(24)，顶角区的密封槽(16)与实验台(18)之间设计火花塞装配孔(26)，密封槽(16)位于实验台(18)的外围，槽尺寸均根据机械设计手册确定，冷却液孔(24)一端开口于基座(17)侧面，另一端开口于冷却槽(23)底面，呈圆管结构，火花塞装配孔(26)用于安装固定火花塞点火针(45)；实验台(18)位于基座(17)中央区域，上视形状是四个顶角为圆角的正方形，由中央至外围分别是稳焰区(19)、冷却槽(23)、保护气区(20)；稳焰区(19)形状为正方形，实验台(18)上表面除开稳焰区(19)及冷却槽(23)外的区域是保护气区(20)，冷却槽(23)位于稳焰区(19)与保护气区(20)之间；稳焰区(19)内均匀布置燃气喷嘴(21)，保护气区(20)内均匀布置保护气喷嘴(22)；燃气喷嘴(21)及保护气喷嘴(22)均呈圆管结构，燃气喷嘴（21）圆管直径小于熄火距离；燃气喷嘴(21)在稳焰区(19)及保护气喷嘴(22)在保护气区(20)的平直段分布如下：相邻两列喷嘴呈交错式分布，相邻两喷嘴圆心间距为3倍喷嘴半径，相邻的三个喷嘴间圆心连线为正三角形；保护气喷嘴(22)在保护气区(20)的圆角段均匀分布；冷却槽密封盖(7)与冷却槽(23)配合密封，冷却槽(23)的三个内部直角区设计密封盖承托台(25)，用于支撑冷却槽密封盖(7)，冷却槽密封盖(7)上表面呈倒角结构特征；

预混气腔(2)由锥形预混腔(27)和矩形稳流腔(28)构成，矩形稳流腔(28)内安装稳流阻火器(8)；锥形预混腔(27)为四棱锥中空壳体，底部设计两个进气孔(14)，分别位于壳体底面圆心处以及靠近底面的侧壁上，两孔圆心垂直距离在一倍与两倍孔径之间；矩形稳流腔(28)为矩形中空壳体，其上下面贯通区与稳焰区(19)的形状大小相同，壳体底部内壁面设计阻火器承托台(29)，用于支撑稳流阻火器(8)；稳流阻火器(8)由网格支架(30)、细丝网(31)、压片环(32)、钢珠(33)构成，其安装连接顺序如下：底层网格支架(30(1))置于阻火器承托台(29)上，放上细丝网(31)，盖上压片环(32)，再铺满大直径钢珠(33(1))；在钢珠上面放上细丝网(31)，置入中层网格支架(30(2))压紧；再置入中层网格支架(30(2))，铺上细丝网(31)，盖上压片环(32)，再铺满小直径钢珠(33(2))；最后放上细丝网(31)，并置入顶层网格支架(30(3))压紧下面的零件；网格支架(30)呈正方形九格框架结构，中层及顶层网格支架的四顶角处设计支脚；细丝网(31)呈正方形，压片环(32)呈正方形环状结构，环片宽度与阻火器承托台(29)宽度相同；

保护气腔(3)由壁壳(34)和底板(35)构成，中央贯通区呈正方形并套入预混气腔(2)，壁壳(34)每个侧面分别开进气孔(14)，进气孔(14)位于各侧面的中轴线上。

2.权利要求1所述一种平面火焰燃烧器，其特征在于：燃气喷嘴(21)管直径设计范围为0.5～1mm；保护气喷嘴(22)管直径为燃气喷嘴(21)管直径的两倍。

3.权利要求1或2所述一种平面火焰燃烧器，其特征在于：冷却槽(23)深度为稳焰区(19)盘面厚度的2/3～5/6，冷却槽(23)宽度设计范围为2～4mm。

4.权利要求1或2所述一种平面火焰燃烧器，其特征在于：细丝网(31)设计目数范围是100～400目；大直径钢珠(33(1))直径设计范围为4～5mm，小直径钢珠(33(2))直径设计范围为1～2mm。

5.权利要求3所述一种平面火焰燃烧器，其特征在于：细丝网(31)设计目数范围是100～400目；大直径钢珠(33(1))直径设计范围为4～5mm，小直径钢珠(33(2))直径设计范围为1～2mm。

6.权利要求1或2所述的一种平面火焰燃烧器，其特征在于：加装实验舱(4)、排气盖(5)、调压器(6)、观测窗玻璃(9)、玻璃密封盖(10)；炉盘(1)与预混气腔(2)、保护气腔(3)、实验舱(4)同轴配合对接，保护气腔(3)中央套入预混气腔(2)并配合连接，实验舱(4)与排气盖(5)同轴配合对接，排气盖(5)通过管道与调压器(6)相连接，观测窗玻璃(9)放入实验舱(4)的玻璃窗(38)中，并盖上玻璃密封盖(10)固定密封；

实验舱(4)设计有螺纹孔(13)、密封槽(16)、火花塞装配孔(26)、观测窗(37)、玻璃窗(38)、点火针装配槽(39)，实验舱(4)上下表面的螺纹孔(13)位于四个顶角区，并与炉盘(1)和排气盖(5)上的连接通孔(12)的位置相配合；侧面螺纹孔(13)分别位于玻璃窗(38)的四个外顶角区，并与玻璃密封盖(13)上的连接通孔(12)的位置相配合；密封槽(16)位于观测窗(37)的外围，火花塞装配孔(26)位于下表面顶角区，开口于点火针装配槽(39)底面，位置与炉盘(1)上的火花塞装配孔(26)位置相配合；观测窗(37)形状呈矩形，玻璃窗(38)形状呈顶角是圆角的矩形，玻璃窗(38)深度大于观测窗玻璃(9)厚度；点火针装配槽(39)呈矩形槽结构，位于实验舱体(36)内壁面，其尺寸根据火花塞点火针(45)设计；

排气盖(5)由基座(17)和排气帽壳(40)构成，设计有连接通孔(12)、密封槽(16)、测温通道(41)、测压通道(42)、出气孔(15)；基座(17)中央贯通区与实验台(18)的形状大小相同，底面设计密封槽(16)，四顶角区设计连接通孔(12)，通孔(12)位置与实验舱(4)上表面螺纹孔(13)位置相配合；排气帽壳(40)呈四棱锥中空壳体结构，顶部设计出气孔(15)，壳体两相邻侧面底部设计凸台结构，凸台上设计有测温通道(41)和测压通道(42)；

调压器(6)由调压舱体(43)、节流盘(11)和两块法兰构成，一块法兰与调压舱体(43)和节流盘(11)同轴对接，另一块法兰与节流盘(11)同轴对接；调压舱体(43)呈圆柱腔体结构，设计有两个进气孔(14)，一个孔位于封闭端面的圆心处，另一个孔位于靠近此端面的管壁侧面；节流盘(11)呈圆盘结构，圆心处设计有节流喉部(44)；

观测窗玻璃(9)的形状尺寸与玻璃窗(38)的形状尺寸相配合；

玻璃密封盖(10)设计有连接通孔(12)、密封槽(16)、观测窗(37)，其中密封槽(16)和观测窗(37)的位置与实验舱(4)上的密封槽(16)和观测窗(37)的位置相同，连接通孔(12)与实验舱(4)侧面的螺纹孔(13)的位置相配合。

7.权利要求6所述的一种平面火焰燃烧器，其特征在于：冷却槽(23)的深度为稳焰区(19)盘面厚度的2/3～5/6之间，冷却槽(23)的宽度设计范围是2～4mm。

8.权利要求6所述的一种平面火焰燃烧器，其特征在于：测温通道(41)和测压通道(42)为圆形直孔形，矩形直孔形，圆形螺纹孔形中的一种。

9.权利要求6所述的一种平面火焰燃烧器，其特征在于：节流盘(11)的节流喉部(44)为圆孔型，收缩式喷管型，收缩扩张式拉法尔喷管型中的一种。