CN110345473B - 一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置，所述装置包括储液容器、溢流管、流量监测计、集液容器、电子天平、泵、四通管件、截止阀、可燃气体供给管线、回火防止器、流量控制器、减压阀、燃烧杯、石英杯罩、整流网、不锈钢底座、玻璃珠、空气与灭火剂供给管线和隔离网。通过此装置，可整合并定量实现对杯式燃烧器不同液体与气体燃料的供给，维持燃烧器杯体中可燃液体液面的稳定，并可得到燃料在燃烧过程中精确的质量损失速率。结构简便可靠，为研究杯式燃烧器火焰燃烧和灭火机理提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及杯式燃烧器设备技术领域，具体涉及一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置。
背景技术
自1977年R.Hirst和K.Booth在论文(Hirst R,Booth K.Measurement of flame-extinguishing concentrations[J].Fire Technology,1977,13(4):296-315.)中系统介绍了杯式燃烧器在测量灭火剂浓度方面的应用原理与方法以来，杯式燃烧器作为一种实验室尺度的同轴扩散火焰装置，因其氧气供给充分，火焰受周围气体流动影响小，火焰结构稳定，相较实际火焰而言更难熄灭等特点，广泛应用于火焰结构研究和灭火剂临界灭火浓度测量中，杯式燃烧器方法已经被列入测试灭火剂浓度的相关国家与国际标准中。
现有的基于杯式燃烧器实验方法中对于使用可燃液体作为燃料的情况，都明确了燃烧杯中液面高度需保持恒定。燃烧杯因与储液容器通过连通管相连，可通过调节储液容器中的液面高度来维持燃烧杯中的燃料液面高度。在现有的杯式燃烧器设备与测试方法中，一般是通过观察燃烧杯的液面，进而手动调节承载储液容器的可升降平台高度来实现燃烧杯中液面的维持。在燃烧过程中，燃料时刻在消耗，因燃烧效率、燃烧温度等因素的变化，燃料质量损失速率时刻会发生变化。且由于杯式燃烧器火焰相对较小，燃烧杯中微小的液面高度波动往往不易观察；通过调节升降平台调节燃烧杯的液面高度过程中，由于调节精度差，有时会造成燃烧杯中可燃液体外溢。在燃料燃烧过程中，燃烧杯的温度高，杯内液体的迅速增高会导致燃烧速率增大，火焰高度迅速增高，出现明显的火焰振荡现象，与测试标准条件不符，会对实验结果造成较大的影响；而燃料外溢有时会导致火焰喷溅，易发生火灾安全事故。同时，研究燃烧现象时，燃料的质量损失速率是实验中一项关键参数。现有的装置由于储液容器和杯体通过连通器连接，实验过程中需手动调节液面高度，无法准确测量可燃液体燃烧过程中的质量损失速率。利用杯式燃烧器研究燃烧现象，评价灭火剂效能时，所研究的燃料不仅是液体可燃物，也包括气体可燃物，现有装置也无法对两种类型的可燃物供给进行整合。
中国专利CN103454387B公开了泡沫灭火剂实验用杯式燃烧器，对于液体燃料供给部分，其使用不同高度的三个液体容器实现对杯体液面高度的控制，装置结构复杂，无法实现对收集液体燃料循环使用，燃料供给速率无法有效控制，也无法通过此装置测量燃料质量损失速率和实现对气体燃料的输送。文献(赵洪海.复合气体灭火剂协同灭火性能研究[J].消防科学与技术,2017(2)；李铭,王万钢.用杯式燃烧器测定气体灭火剂的灭火体积分数[J].消防科学与技术,2005,24(2):218-219；傅学成,陈涛,周彪,et al.七氟丙烷与火焰作用过程中产生的氟化氢研究[J].燃烧科学与技术,2011,17(4).)提出的实验设备与方法都需要通过调节储液容器平台来维持杯体液面高度，无法克服传统杯式燃烧器燃料供给缺陷。
现有装置存在的局限性无法满足对杯式燃烧器杯体液面高度有效的控制，无法准确的测量液体燃料质量损失速率和供给杯式燃烧器多种类型燃料。装置复杂，使用不便。
发明内容
为了解决上述杯式燃烧器装置的缺陷及实际使用中存在的问题，本发明提出了一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置，所述装置包括储液容器、溢流管、流量监测计、集液容器、电子天平、泵、四通管件、截止阀、可燃气体供给管线、回火防止器、流量控制器、减压阀、燃烧杯、整流网、玻璃珠、不锈钢底座、石英杯罩、空气与灭火剂供给管线和隔离网；储液容器经输送管道通过截止阀和四通管件与燃烧杯相连，溢流管顶端与燃烧杯顶端位于同一水平线，当燃烧杯内的液体高度超过溢流管顶端时，液体通过溢流管经流量监测计流入集液容器，集液容器放置在电子天平上方，容器中的可燃液体通过泵输运到储液容器中；燃烧杯与储液容器中的可燃液体通过四通管件和截止阀与溢流管下端连通；当供给燃料为可燃气体时，整流网紧贴燃烧杯壁面放置在燃烧杯内，可燃气体通过可燃气体供给管线经减压阀、流量控制器、回火防止器、截止阀、四通管件、整流网与燃烧杯连通；燃烧杯位于石英杯罩中轴线上，石英杯罩放置在不锈钢底座上，不锈钢底座内填满玻璃珠；空气与灭火剂供给管线与不锈钢底座连接处放置有隔离网；
所述的储液容器用于供给燃烧杯可燃液体，并控制燃烧杯中液体高度；
所述的溢流管用于控制储液容器中的液面高度；
所述的流量监测计用于监测从储液容器流经溢流管的液体实时流量；
所述的集液容器用于收集溢流管中的液体，并向供给储液容器中供给可燃液体；
所述的电子天平用于监测集液容器中可燃液体实时质量变化；
所述的泵用于将集液容器中可燃液体输运到储液容器中；
所述的四通管件用于连接储液容器、燃烧杯、可燃气体供给管线和溢流管；
所述的截止阀装在四通管件所连接的各管线上，用于控制各路管线的连通；
所述的可燃气体供给管线用于向燃烧杯中提供燃料气体，减压阀、流量控制器、回火防止器装在管线上，分别用于控制进入管线中燃料气体的压力、流量并防止火焰向管线气源方向蔓延；
所述的燃烧杯、石英杯罩、不锈钢底座、整流网、玻璃珠、空气与灭火剂供给管线和隔离网构成杯式燃烧器主体；燃烧杯用于盛装燃料并支撑火焰燃烧；石英杯罩用于将燃烧杯与环境隔离，降低环境气流对燃烧杯火焰的干扰；整流网可使燃料气体流动均匀；玻璃珠用于空气与灭火剂气体的整流；隔离网用于防止玻璃珠进入空气与灭火剂供给管线内。
所述的整流网层数至少为一层，可为不锈钢、陶瓷材质，对气体燃料进行整流。
供给可燃液体时，储液容器、燃烧杯和连接管线间的可燃液体可通过截止阀和四通管件释放到溢流管中而进入集液容器，实现可燃液体的回收。
本发明中所述的可燃液体可以是但不局限于庚烷、汽油、柴油、航空煤油、醇类物质、醛类物质、酮类物质、苯及其同系物等。
本发明中所述的可燃气体可以是但不局限于烷烃、烯烃、炔烃类气体、液化石油气、天然气。
本发明与现有技术相比，其优点如下：
1、可实现对液体燃料燃烧杯液面高度精确控制。
2、可实现燃料质量损失速率的精确测量。
3、可实现可燃液体的循环利用。
3、可实现不同种类燃料的供给。
4、装置集成化程度高，操作简便。
附图说明
图1是本发明的一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置结构原理主视图。
图2是本发明装置的结构原理俯视图。
图3是整流网示意图，其中，图3(a)是俯视图，图3(b)是主视图。
图4是四通管件和截止阀连接示意图。
图中，1为储液容器；2为溢流管；3为流量监测计；4为泵；5为集液容器；6为电子天平；7为截止阀；8为四通管件；9为回火防止器；10为流量控制器；11为减压阀；12为可燃气体供给管线；13为空气与灭火剂供给管线；14为燃烧杯；15为整流网；16为玻璃珠；17为不锈钢底座；18为石英杯罩；19为隔离网。
具体实施方式
以下参照附图及具体实施方式对本发明进行进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置，包括储液容器1、溢流管2、流量监测计3、泵4、集液容器5、电子天平6、截止阀7、四通管件8、回火防止器9、流量控制器10、减压阀11、可燃气体供给管线12、空气与灭火剂供给管线13、燃烧杯14、整流网15、玻璃珠16、不锈钢底座17、石英杯罩18、隔离网19。上述的各个部分通过机械连接、输运管路连接组成一套装置。
储液容器1经输送管道通过截止阀7和四通管件8与燃烧杯14相连，储液容器1内装有溢流管2，溢流管2高度与燃烧杯14顶端位于同一水平线，当燃烧杯14内的液体高度超过溢流管2顶端高度时，液体通过溢流管2的上管口经流量监测计3流入集液容器5，集液容器5放置在电子天平6上方，集液容器5中的可燃液体可通过泵4输运到储液容器1中；燃烧杯14与储液容器1中的可燃液体通过四通管件8和截止阀7与溢流管2连通；当供给燃料为气体时，将整流网15放入燃烧杯14内。可燃气体通过可燃气体供给管线12经减压阀11、流量控制器10、回火防止器9、截止阀7、四通管件8、整流网15与燃烧杯14连通；燃烧杯14位于石英杯罩18的中轴线上，石英杯罩18放置在不锈钢底座17上，底座17内填满玻璃珠16；空气与灭火剂供给管线13与不锈钢底座17连接处放置有隔离网19。
本实施例中，储液容器1和溢流管2为不锈钢材质，溢流管2与储液容器1通过焊接方式连接；
本实施例中，如图3所示，整流网15为不锈钢材质，网孔为边长1mm的正三角形，高度为50mm，构成多层圆筒笼状结构，圆筒笼状结构的外径和燃烧杯14内径一致，以使整流网15紧贴燃烧杯14壁面；
本实施例中，玻璃珠16选用直径为3mm的化学惰性球形玻璃珠，填满不锈钢底座17；
本实施例中，隔离网19选用直径为1mm圆形网孔的单层不锈钢网，焊接在不锈钢底座17上，防止玻璃珠16进入空气与灭火剂供给管线13。
本发明中燃料质量损失的测量可通过电子天平6、流量监测计3、泵4、流量控制器10实现。当燃料为可燃液体时，燃烧过程中燃烧杯14中燃料质量不断消耗，由于泵4的供给，储液容器1的液面高度和燃烧杯14始终保持一致，其质量不发生变化，整个供液系统质量变化仅体现在集液容器5上，所以通过电子天平6实时监测燃烧过程中集液容器5质量的变化即可得到液体燃料质量损失；同时，为了保持储液容器1内的液面高度和燃烧杯14内的高度一致，集液容器5需要通过设定泵4的恒定质量流量而不断将液体燃料供给到储液容器1中，液面高度超过溢流管2高度后经流量监测计3流入集液容器5中，通过泵4的质量流量和流量监测计3中监测的质量流量差值也可计算得到燃料的质量损失速率。当供给气体燃料时，直接通过连接在可燃气体供给管线12上的流量控制器10设定的气体燃料质量流量得到气体燃料的质量损失。
本发明中不同燃料的供给和液体燃料的回收通过四通管件8和截止阀7实现，结合图1和图4对具体工作模式进行介绍：
供给可燃液体燃料时，打开截止阀7中的a、b阀，其余截止阀关闭。集液容器5中装满可燃液体，设定泵4恒定的质量流量，启动泵4后，可燃液体通过管道供给到储液容器1中。因连通管原理，燃料很快到达杯式燃烧器燃烧杯14顶端，当储液容器1中液面高度达到溢流管2管口，从集液容器5中供给的液体燃料通过溢流管2再次进入集液容器5，从而维持燃烧杯14液面稳定和燃料的循环利用；当实验完成后，关闭泵4，储液容器1、连接管道和燃烧杯14中留有大量的可燃液体，此时打开截止阀7中的d阀，可燃液体通过四通管件8和截止阀7d流入溢流管2中，被集液容器全部回收。
供给可燃气体燃料时，打开截止阀7中c、b阀，其余截止阀关闭。将整流网15放入燃烧杯中，设定流量控制器10的质量流量，打开并调节减压阀11，气体燃料即通过管道进入杯式燃烧器燃烧杯14中，回火防止器9起到防止可燃气体经管道回燃的安全保护作用。当实验结束后，关闭减压阀，可燃气体燃料停止供应。
以上所述仅是本发明优选实施方式，本发明保护范围不局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置，其特征在于：所述装置包括储液容器（1）、溢流管（2）、流量监测计（3）、集液容器（5）、电子天平（6）、泵（4）、四通管件（8）、截止阀（7）、可燃气体供给管线（12）、回火防止器（9）、流量控制器（10）、减压阀（11）、燃烧杯（14）、整流网（15）、玻璃珠（16）、不锈钢底座（17）、石英杯罩（18）、空气与灭火剂供给管线（13）和隔离网（19）；储液容器（1）经输送管道通过截止阀（7）和四通管件（8）与燃烧杯（14）相连，溢流管（2）顶端与燃烧杯（14）顶端位于同一水平线，当燃烧杯（14）内的液体高度超过溢流管（2）顶端时，液体通过溢流管（2）经流量监测计（3）流入集液容器（5），集液容器（5）放置在电子天平（6）上方，集液容器（5）中的可燃液体通过泵（4）输运到储液容器（1）中；燃烧杯（14）与储液容器（1）中的可燃液体通过四通管件（8）和截止阀（7）与溢流管（2）下端连通；当供给燃料为可燃气体时，整流网（15）紧贴燃烧杯（14）壁面放置在燃烧杯（14）内，可燃气体通过可燃气体供给管线（12）经减压阀（11）、流量控制器（10）、回火防止器（9）、截止阀（7）、四通管件（8）、整流网（15）与燃烧杯（14）连通；燃烧杯（14）位于石英杯罩（18）中轴线上，石英杯罩（18）放置在不锈钢底座（17）上，不锈钢底座（17）内填满玻璃珠（16）；空气与灭火剂供给管线（13）与不锈钢底座（17）连接处放置有隔离网（19）；其中：
所述的储液容器（1）用于供给燃烧杯（14）可燃液体，并控制燃烧杯（14）中液体高度；
所述的溢流管（2）用于控制储液容器（1）中的液面高度；
所述的流量监测计（3）用于监测从储液容器（1）流经溢流管（2）的液体实时流量；
所述的集液容器（5）用于收集溢流管（2）中的液体，并向储液容器（1）中供给可燃液体；
所述的电子天平（6）用于监测集液容器（5）中可燃液体实时质量变化；
所述的泵（4）用于将集液容器（5）中可燃液体输运到储液容器（1）中；
所述的四通管件（8）用于连接储液容器（1）、燃烧杯（14）、可燃气体供给管线（12）和溢流管（2）；
所述的截止阀（7）装在四通管件（8）所连接的各管线上，用于控制各路管线的连通；
所述的可燃气体供给管线（12）用于向燃烧杯（14）中提供燃料气体，减压阀（11）、流量控制器（10）、回火防止器（9）装在可燃气体供给管线上，分别用于控制进入可燃气体供给管线中燃料气体的压力、流量并防止火焰向可燃气体供给管线气源方向蔓延；
所述的燃烧杯（14）、石英杯罩（18）、不锈钢底座（17）、整流网（15）、玻璃珠（16）、空气与灭火剂供给管线（13）和隔离网（19）构成杯式燃烧器主体；燃烧杯（14）用于盛装燃料并支撑火焰燃烧；石英杯罩（18）用于将燃烧杯（14）与环境隔离，降低环境气流对燃烧杯火焰的干扰；整流网（15）使燃料气体流动均匀；玻璃珠（16）用于空气与灭火剂气体的整流；隔离网（19）用于防止玻璃珠（16）进入空气与灭火剂供给管线（13）内。
2.根据权利要求1所述的一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置，其特征在于：所述的整流网（15）层数至少为一层，为不锈钢或陶瓷材质，对气体燃料进行整流。
3.根据权利要求1所述的一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置，其特征在于：供给可燃液体时，储液容器（1）、燃烧杯（14）和连接管线间的可燃液体通过截止阀（7）和四通管件（8）释放到溢流管（2）中而进入集液容器（5），实现可燃液体的回收。
4.根据权利要求1所述的一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置，其特征在于：可燃液体是庚烷、汽油、柴油、航空煤油、醇类物质、醛类物质、酮类物质或者苯及其同系物。
5.根据权利要求1所述的一种用于杯式燃烧器的燃料供给装置，其特征在于：可燃气体是烷烃、烯烃、炔烃类气体、液化石油气或者天然气。
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