CN104949154B - 实现定容燃烧的装置及包括该装置的动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃烧技术领域，具体涉及一种应用旋转阀门控制燃烧室开闭的定容燃烧技术及应用该技术的动力系统。实现该定容燃烧技术的装置包括基座、旋转轴、燃烧室；基座上设有阶梯通孔与旋转轴配合安装；基座顶部中段沿轴向分别设有进气孔和排气孔，分别与燃烧室的进气口和排气口配合安装并贯通；旋转轴沿轴向分别设有进气通道和排气通道；旋转轴前段设有进气通道出口槽，与进气通道连通，并与基座顶部进气口配合控制开闭；旋转轴后段设有排气通道进口槽，与排气通道连同，并与基座顶部排气孔配合控制开闭；燃烧室内设有整流叶片。该装置通过可转动的旋转轴与固定不动的基座及燃烧室配合，控制燃烧室开闭从而实现定容燃烧，结构简单，工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧技术领域，具体涉及实现定容燃烧的装置及包括该装置的动力系统。
背景技术
现有的定容燃烧技术主要分为两大类别：一类是应用于活塞式内燃机上的定容燃烧形式；另一类则是应用于喷气式推进装置中的定容燃烧形式。本发明是针对喷气式推进装置而提出的一种新型的定容燃烧技术。
目前应用于喷气式推进装置的定容燃烧技术主要是脉冲爆震(PDE)技术，从本质上看，PDE通过控制沿管道向下游快速传播的爆震波以实现定容燃烧的目的，应用一系列复杂的气动原理方能实现近似的定容燃烧。从目前PDE的发展现状来看，还未能达到实际工程应用的要求，其复杂的机理仍然有待进一步研究；从实现的可靠性来看，短时间内也难以达到工程要求。
专利ZL95237295.9曾经提出过一种定容燃烧式喷气推进器，即是利用旋转阀门实现燃烧室的开闭，从而控制可燃预混气在燃烧室内进行定容燃烧。经过研究，这种旋转阀门形式首先在面密封上存在可靠性问题；其次，该旋转阀门形式对于迎风面积的利用率低，即进气面积相对于阀门面积而言极小，不利于提高整体的流量。
本发明旨在提出一种新的旋转阀门形式，提高阀门的密封可靠性，同时提高对于迎风面积的利用率，并通过一定的气动手段提高气流在流道中的流通性能、改善其流动状况，因此不仅具有利用旋转阀门实现定容燃烧在结构上、原理上的优势，同时兼备更高的可靠性。
发明内容
本发明提供了一种定容燃烧技术；
本发明还提供了一种使用该技术的动力系统；
本发明所提供的定容燃烧技术通过旋转阀门控制燃烧室的开闭从而控制可燃混合气在燃烧室内实现定容燃烧。实现该技术的装置结构简单，理论简明，因此是一种实现方式较为简便的定容燃烧技术；应用该定容燃烧技术的动力系统可提高热力循环的热效率；
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：实现定容燃烧技术的装置，包括基座、旋转轴、燃烧室，所述的基座应分别能与所述的旋转轴、燃烧室配合安装；
所述的基座内部沿轴向设有阶梯通孔，所述的旋转轴可穿过阶梯通孔与所述的基座配合安装，通过两端的轴承配合固定，旋转轴安装在基座后可进行旋转来控制装置的工作周期以及阀门的开闭；
所述的基座顶部中段沿轴向设有进气孔和排气孔；
所述的旋转轴前段沿轴向设有进气通道用于空气流入，后段沿轴向设有排气通道用于燃烧后的气体排出，所述的进气通道和所述的排气通道在旋转轴上不贯通；
所述的旋转轴前段侧面设有进气通道出口槽；所述的进气通道出口槽与进气通道贯通；
所述的旋转轴后段侧面设有排气通道进口槽；所述的排气通道进口槽与排气通道贯通；
进一步地，当所述的旋转轴安装在所述的基座上后，所述的进气通道出口槽与所述的基座顶部的进气孔轴向位置一致，起到控制气体进出的阀门的作用；所述的进气通道出口槽的开口角度由装置工作时钟图(即表示阀门连通或关闭状态的时钟图)确定；所述的排气通道进口槽与所述的基座顶部的排气孔轴向位置一致；所述的排气通道进口槽开口角度由装置工作时钟图确定；
所述的燃烧室底部沿轴向前后设有进气口和排气口，进气口和排气口间设有贯通的燃烧腔；燃烧腔内部设有整流叶片；燃烧室顶部设有点火装置安装孔；燃烧室设有配合面与基座顶部配合安装；
进一步地，当所述的燃烧室与所述的基座配合安装后，所述的基座顶部的进气孔与所述的燃烧室的进气口应保证轴向位置一致并保持连通的状态，所述的基座顶部的排气孔与所述的燃烧室的排气口应保证轴向位置一致并保持连通的状态；
当所述的旋转轴转动时，所述的进气通道出口槽与所述的基座顶部的进气孔依次进入连通和封闭状态，所述的排气通道进口槽与所述的基座顶部的排气孔依次进入连通和封闭状态，根据所述的实现定容燃烧技术的装置工作时钟图，在不同的时间里，各阀门依次进入对应的连通或封闭状态(其开闭顺序由装置工作时钟图决定)，从而控制在一个周期里所述的燃烧室与所述的旋转轴的进气通道和排气通道的连通及封闭时间、所述燃烧室整体封闭后点火的时间，进而控制了所述的实现定容燃烧技术的装置的工作状态；
本发明所述的定容燃烧技术，通过一个旋转轴作为旋转阀门的转子，使得旋转轴上与进排气通道连通的槽道与与之对应的基座上固定的进排气口相配合并控制整个流道的开闭状态，使得在通入足量的预混可燃气后，在点火时间段内燃烧室处于完全密封的状态，以此完成定容燃烧并随后将燃烧后的气体排出燃烧室，最终完成一个以定容燃烧为基础的热力循环；
与现有技术相比，本发明所述的定容燃烧技术及应用该技术的动力系统，具有下列技术效果：
与脉冲爆震等技术实现定容燃烧的手段相比，以更简单的气动原理、机械结构完成了定容燃烧的目的，可靠性更强；
由于实现定容燃烧的装置结构更加简单，因此减轻整个系统的重量，有利于提高应用该技术的动力系统的推重比；
整套装置的机械结构简单，使得加工难度降低，成本降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明具体实施例所述实现定容燃烧技术的装置的整体结构半透明示意图；
图2为本发明具体实施例所述实现定容燃烧技术的装置所包括的基座的剖面示意图；
图3为本发明具体实施例所述实现定容燃烧技术的装置所包括的旋转轴结构示意图；
图4为本发明具体实施例所述实现定容燃烧技术的装置所包括的燃烧室的内部结构示意图；
图5为本发明具体实施例所述实现定容燃烧技术的装置的工作时钟示意图；
附图标记：1-基座，2-旋转轴，3-燃烧室，4-轴承，5-阶梯通孔，6-进气孔，7-排气孔，8-进气通道，9-排气通道，10-进气通道出口槽，11-排气通道进口槽，12-点火装置安装孔，13-整流叶片，14-进气口，15-排气口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，实现本发明提出的定容燃烧技术的装置主要包括基座1、旋转轴2、燃烧室3。
如图2所示，所述的基座1中间设有阶梯通孔5，所述的基座1顶部沿轴向从前往后进气孔6、排气孔7。
如图3所示，所述的旋转轴2前端和后端分别设有一个进气通道8和排气通道9，二者不贯通。所述的旋转轴2沿轴向从前往后设有进气通道出口槽10和排气通道进口槽11，所述的进气通道出口槽10与进气通道8贯通，所述的排气通道进口槽11和排气通道9贯通。
如图3所示，所述的旋转轴2上的进气通道出口槽10和排气通道进口槽11分别具有一定的开口角度，三者之间也一定的相位差，根据图5可得到三者开口角度及相位差的具体计算方法如下：
进气通道出口槽10开角(即进气通道出口槽10向垂直于轴线的投影面进行投影后，投影线所对应的圆心角)
排气通道进口槽11开角(即排气通道进口槽11向垂直于轴线的投影面进行投影后，投影线所对应的圆心角)
进气通道出口槽10与排气通道进口槽11相位差(即二者向垂直于轴线的投影面进行投影后，二者的投影图像过圆心的对称轴之间的夹角)
(相差为正表示沿旋转轴转动矢量方向，前者的上述投影图像过圆心的对称轴位于后者的上述投影图像过圆心的对称轴之后，相差为负则反之)
如图4所示，所述的燃烧室3顶部设有点火装置安装孔12，内部设有整流叶片13，所述的燃烧室3设有与所述基座1配合安装的定位面，所述的燃烧室3底部设有进气口14和排气口15。
实现本发明提出的定容燃烧技术的装置的装配情况如下：所述的旋转轴2通过两端的轴承4定位安装在所述的基座1的阶梯通孔5内，安装后，所述的旋转轴2上的进气通道出口槽10与所述的基座1顶部的进气孔6轴向位置应一致，排气通道进口槽11与所述的基座1顶部的排气孔7轴向位置应一致；所述的燃烧室3应配合安装在所述的基座1顶部，安装后，所述的燃烧室3的进气口14与所述的基座1顶部的进气孔6轴向位置应一致，所述的燃烧室3的排气口15与所述的基座1顶部的排气孔7轴向位置应一致。
实现本发明提出的定容燃烧技术的装置工作过程如下：如图5所示，启动所述的旋转轴2，当工作周期进入t2时刻，即当所述的旋转轴2上的进气通道出口槽10与所述的基座1顶部的进气孔6进入连通的状态时，所述装置前方供入的空气由所述的旋转轴2上的进气通道8进入并通入到所述的燃烧室3内；当工作周期进入t3时刻，通过额外提供的燃油供应装置进行雾化的燃料供入所述的旋转轴2的进气通道8中与供入所述的进气通道8中的空气混合，继而流入所述的燃烧室3中；当工作周期进入t5时刻，燃料停止供入所述的进气通道8中；当工作周期进入t6时刻，即当所述的旋转轴2上的进气通道出口槽10与所述的基座1顶部的进气孔6进入关闭的状态且所述的旋转轴2上的排气通道进口槽11与所述的基座1顶部的排气孔7已进入关闭的状态时，所述的燃烧室3中的点火装置启动，开始点火，已进入所述的燃烧室3的可燃预混气被点燃进行定容燃烧；当工作周期进入T时刻，即当所述的旋转轴2上的排气通道进口槽11与所述的基座1顶部的排气孔7进入连通的状态时，所述的燃烧室3中的点火装置于此时刻前或在此时刻关闭，停止点火，尔后所述的燃烧室3中燃烧后的气体逐步排出燃烧室3；当工作周期进入下一个周期的t2时刻，即当所述的旋转轴2上的进气通道出口槽10与所述的基座1顶部的进气孔6进入连通的状态时，装置进入扫气过程，即将所述的燃烧室3中残余的废气全部排出，当工作周期进入下一个周期的t4时刻，即当所述的旋转轴2上的排气通道进口槽11与所述的基座1顶部的排气孔7进入关闭的状态时，扫气过程结束。
以上即实现本发明提出的定容燃烧技术的装置的整体工作过程，需要注意的是额外提供的点火装置与燃料供应装置并非本发明具体内容，不属于本发明保护范围，只要点火装置具有足够的点火能、燃料供应装置具有足够的雾化效果并能跟本发明所提出的装置配合安装并按照装置工作时钟图进行工作即可使用。
本发明提出的定容燃烧技术，通过简单的一根旋转轴控制多个阀门的开闭，使得装置依次实现供油、进气、定容燃烧、排气等过程，工作过程简单，控制简便，结构紧凑，实现成本低廉，可以保证燃烧室在密封的状态进行燃烧从而保证定容燃烧的质量，可靠地实现了定容燃烧的目的。
Claims (3)
1.实现定容燃烧的装置，其特征在于：包括基座、旋转轴、燃烧室，所述的基座应分别能与所述的旋转轴、燃烧室配合安装；所述的基座内部沿轴向设有阶梯通孔，旋转轴可穿过阶梯通孔与基座配合安装；所述的基座顶部中段沿轴向设有进气孔和排气孔，进气孔与燃烧室的进气口配合安装并保持贯通的状态，排气孔与燃烧室的排气口配合安装并保持贯通的状态；所述的进气孔与旋转轴侧面的进气通道进口槽配合，通过旋转轴的旋转控制二者的连通状态从而控制燃烧室进口阀门的开闭；所述的排气孔与旋转轴侧面的排气通道出口槽配合，通过旋转轴的旋转控制二者的连通或关闭状态从而控制燃烧室出口阀门的开闭。
2.根据权利要求1所述的实现定容燃烧的装置，其特征在于：所述的燃烧室底部沿轴向由前往后开有进气口和排气口，进气口和排气口间设有贯通的燃烧腔；燃烧腔内部设有整流叶片；燃烧室设有配合面与基座顶部配合安装。
3.包括权利要求1或2所述的实现定容燃烧的装置的动力系统，其特征在于：包括如权利要求1或2所述的实现定容燃烧的装置。
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