CN110397917B - 一种火焰分布可调组合式燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种火焰分布可调组合式燃烧器，包括安装底板、燃烧器本体、燃气再混合板、波形弹簧板、燃烧板、导焰环、进水管和出水管，所述安装底板的上表面固定连接燃烧器本体；燃烧器本体中心成型的燃气进口通道从燃气进口管安装孔向下延伸穿出；所述进水管安装孔和出水管安装孔分别螺纹连接进水管和出水管；所述燃烧器本体的顶部设置的沉孔内从下至上依次设置燃气再混合板、波形弹簧板、燃烧板和导焰环。本发明为组合式结构，主体通过螺纹连接方式，不仅容易加工和组装，而且当其中任一零部件，尤其是顶部燃烧板发生损坏时，可及时更换损坏部件，维修更加方便，使用成本也随之降低。

Description

一种火焰分布可调组合式燃烧器

技术领域

本发明属于燃气热负荷试验装置技术领域，尤其是涉及一种火焰分布可调组合式燃烧器。

背景技术

燃气热负荷试验台可用于发动机气缸盖、活塞等受热部件热疲劳试验考核等工作，其采用燃烧器反复加热试验件，以模拟试验件在工作过程中的受热冲击情况，因此，燃烧器的可靠性和耐久性显得尤为重要,是燃气热负荷试验台最核心的零部件。

当前燃烧器多为一体式，通过焊接等方式连接。加热过程中燃烧器顶面最高温度可达到1000℃以上，冷却过程或停止使用后燃烧器温度降低，由于温差变化产生了很大的热应力，容易导致燃烧器开裂，开裂后整个燃烧器损坏，无法重复使用。另外，当前燃烧器由于燃气孔位置和数量固定，火焰分布为固定状态，无法实现加热火焰热流分布控制，导致试验件缸盖和活塞温度分布与发动机真实状态存在很大差异。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种火焰分布可调组合式燃烧器，以解决一体式的燃烧器不能重复使用的问题，且提到燃烧板的适应性和使用寿命。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种火焰分布可调组合式燃烧器，包括安装底板、燃烧器本体、燃气再混合板、波形弹簧板、燃烧板、导焰环、进水管和出水管，所述安装底板的上表面固定连接燃烧器本体，所述安装底板的中心设有燃气进口管安装孔，两侧分别设有进水管安装孔和出水管安装孔；与燃烧器本体中心一体成型的燃气进口通道从燃气进口管安装孔向下延伸穿出；所述进水管安装孔和出水管安装孔分别螺纹连接进水管和出水管；所述燃烧器本体的顶部设置的沉孔内从下至上依次设置燃气再混合板、波形弹簧板、燃烧板和导焰环，所述燃气再混合板设置在沉孔底部的台阶结构上，所述导焰环的外沿处与燃烧生气本体固定连接，沉孔连通燃气进口通道；所述燃烧板上依据不同实验对象的加热区域，设置呈现不同形状分布的若干燃气喷孔；燃气再混合板上分布若干导气孔。

进一步的，所述进水管和出水管的中部外侧均设有限位作用的延伸凸台，出水管伸入冷却水腔体的长度大于进水管伸入燃烧器本体的长度。

进一步的，所述安装底板上还设有燃烧器固定安装孔、密封冷却水腔用螺栓安装孔，通过水腔紧固螺栓穿过密封冷却水腔用螺栓安装孔将安装底板与燃烧器本体的外周面进行固定，燃烧器固定安装孔用于将燃烧器固定在燃气热负荷试验台上；安装底板上还设置周向的密封槽,其内安装型橡胶密封圈。

进一步的，燃气再混合板上中间位置无导气孔，其它区域的导气孔顶侧具有倒角，以加强气体扩散作用。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明燃烧器为组合式结构，主体通过螺纹连接方式，不仅容易加工和组装，而且当其中任一零部件，尤其是顶部燃烧板发生损坏时，可及时更换损坏部件，维修更加方便，使用成本也随之降低。

(2)本发明对一定缸径范围内不同缸径的发动机活塞或缸盖试验时，仅需要更换燃烧板即可完成试验，故不用再设计和加工整个燃烧器。

(3)本发明燃烧板通过波形弹簧板进行支撑，当燃烧板受热时，由于波形弹簧板本身有一定的弹性，能够减弱对燃烧板的轴向约束，使燃烧板在受到高温作用下允许有一定的变形空间，减小了变形约束从而降低工作热应力，从而缓解了燃烧板容易受热烧裂的问题。

(4)本发明的燃烧板上用于调整火焰分布的小孔分布和数量可根据试验对象温度分布情况确定，可使得试验件温度与整机更接近，从而提高了试验精度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述燃烧器的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所述安装底板的示意图；

图3为本发明实施例所述某4气门缸盖试验用燃烧板结构图；

图4为本发明实施例所述活塞试验用燃烧板结构图；

图5为本发明实施例所述燃气再混合板结构示意图；

图6为本发明实施例所述四缸缸盖火力面特征示意图；

图7为本发明实施例所述的活塞试验用燃烧板设计思路示意图。

附图标记说明：

1-进水管；2-安装底板；3-燃烧器本体；4-波形弹簧板；5-导焰环；6-导焰板紧固螺栓；7-燃烧板；8-燃气再混合板；9-水腔紧固螺栓；10-出水管；11-燃气进口通道；12-紧固螺母；13-燃烧器固定安装孔；14-密封冷却水腔用螺栓安装孔；15-密封槽；16-出水管安装孔；17-燃气进口管安装孔；18-进水管安装孔；19-正圆喷孔分布；20-矩形喷孔分布；21-圆弧线喷孔分布；22-中心环状喷孔分布；23-环中间正圆喷孔分布；24-进气门；25-排气门；26-活塞；27-活塞燃烧室喉口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种火焰分布可调组合式燃烧器，如图1所示，包括安装底板2、燃烧器本体3、燃气再混合板8、波形弹簧板4、燃烧板7、导焰环5、进水管1和出水管10，

所述安装底板2的上表面固定连接燃烧器本体3，所述安装底板2的中心设有燃气进口管安装孔17，两侧分别设有进水管安装孔18和出水管安装孔16；与燃烧器本体3中心一体成型的燃气进口通道11从燃气进口管安装孔17向下延伸穿出，燃气进口通道11的外侧通过紧固螺母与安装底板2固定；所述进水管安装孔18和出水管安装孔16分别螺纹连接进水管1和出水管10；

所述燃烧器本体3的顶部设置的沉孔内从下至上依次设置燃气再混合板8、波形弹簧板4、燃烧板7和导焰环5，所述燃气再混合板8设置在沉孔底部的台阶结构上，所述导焰环5的外沿处与燃烧器本体3通过导焰板紧固螺栓6固定连接，沉孔连通燃气进口通道11。

本实施例由燃烧器本体3、燃气再混合板8、波纹弹簧4、燃烧板7、导焰环5和导焰板紧固螺栓6组成燃气引导结构。燃烧器本体3和导焰环5中间装有标准件波形弹簧板4，在弹簧压力下，使得燃烧板7与导焰环5紧密接触，燃气再混合板8与燃烧器本体3紧密接触，确保了燃烧板7与导焰环5之间的密封。

所述进水管1和出水管10的中部外侧均设有周向的延伸凸台，延伸凸台对进水管1和出水管10旋入燃烧器本体3的高度进行限位，所述延伸凸台与安装底板2之间设有密封圈，确保水腔工作时不发生漏水。因此，本实施例燃烧器主要由安装底板2、进水管1、燃烧器本体3、出水管10、紧固螺栓9和密封圈等组成冷却水循环结构。

具体的，如图2所示，所述安装底板2上还设有燃烧器固定安装孔13、密封冷却水腔用螺栓安装孔14、密封槽15，通过水腔紧固螺栓9穿过密封冷却水腔用螺栓安装孔14将安装底板2与燃烧器本体3的外周面进行固定。安装底板2上设置周向的密封槽15,用于安装0型橡胶密封圈，确保安装底板2和燃烧器本体3之间密封情况；燃烧器固定安装孔13用于将燃烧器固定在燃气热负荷试验台上。

由于进水管1、安装底板2、出水管10均通过螺纹连接形式固定，再与燃烧器本体3安装，安装底板2设有0型橡胶圈的密封槽15，使得拆卸更换简便、密封可靠。

所述燃烧板7上设有调节火焰分布用的多个直径为0.8mm至1.2mm的燃气喷孔，针对实验对象不同的加热区域，燃烧板7上设置不同形状分布的若干燃气喷孔。如用于四气门发动机的缸盖热疲劳试验的燃烧板7上的燃气喷孔呈十字状，正中心燃气喷孔呈现正圆喷孔分布19，中间呈矩形喷孔分布20，末端呈圆弧线喷孔分布，见图3。用于活塞热疲劳试验的燃烧板7的燃气喷孔分布为正中心分布为圆状，中间为中心环状喷孔分布22，靠近点火器部位具有小区域燃气喷孔布置，为环中间正圆喷孔分布23，见图4。

本发明燃烧器设计的原则是使得加热后的试验样机温度场与发动机整机温度场尽可能保持一致，即燃烧器火焰分布尽可能接近发动机缸内燃气对缸盖和活塞的实际传热情况。

以常见四气门缸盖试验用燃烧板7为例，下面介绍燃烧板7的设计方法。四气门缸盖火力面结构特征见图6，具有2个进气门24和2个排气门25，气门中间结构称为鼻梁区。燃烧板7的设计方法为在进排气门对应位置燃烧板不布置燃气喷孔，以避免燃气直接冲刷缸盖气道，在气门之间的鼻梁区布置燃气喷孔，燃气喷孔总体布置呈十字状，正中心喷孔呈现正圆分布，末端喷孔按照圆弧线等间隔分布，中间沿着鼻梁区呈直线分布。

活塞试验用燃烧板7设计时，燃烧板7的喷孔尺寸由活塞26的结构特征确定，设计示意图见图7。环状喷孔分布最大直径等于由活塞燃烧室喉口27的内径，环状喷孔带内径设计为燃烧室喉口27的内径的三分之一，正中心喷孔区域最大直径不超过燃烧室喉口27的内径的三分之一。

燃气再混合板8上中间位置的导气孔的直径为1mm，其它区域的导气孔的孔径相对较大，直径较大的导气孔的顶侧具有倒角特征，如图5所示，气流通过时实现扩散，加强气体再混合。

本发明燃烧器的原理及工作过程如下：

燃气混合气从燃烧器本体3底部的燃气进口通道11处进入，经过燃气再混合板8进一步混合后从燃烧板7上的小孔流出，再经过点火可产生火焰。其中，当混合燃气经过燃气再混合板8时，由于燃气再混合板8上的导气孔的直径较小且分布较密，能够起到再次混合燃气的作用。燃烧板7上的燃气喷孔的分布可根据实际需求的加热区域进行调整。

在火焰燃烧时，由于产生的燃烧温度较高，燃烧器本身的温度会很高，为避免烧坏燃烧器，在燃烧器内通有循环冷却水。冷却水经由进水管1，进入到燃烧器本体3内，对燃烧器进行冷却，再由出水管10流出。

其中，出水管10伸入燃烧器本体3的长度高于进水管1伸入该本体3的长度，能够有效利用冷却水吸热，避免水流的短路现象。

燃烧板7置于波形弹簧板4之上，当燃烧器工作时，由于燃烧板7的温度非常高，若约束较强时，会产生很大的热应力，容易导致燃烧板7开裂。采用波形弹簧板4时，由于波形弹簧板4本身有一定的柔度，能够减弱对燃烧板7的各个方向的约束，使燃烧板7在受到高温作用下允许有一定的变形空间，能够降低其热应力，从而延长寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种火焰分布可调组合式燃烧器，其特征在于：包括安装底板(2)、燃烧器本体(3)、燃气再混合板(8)、波形弹簧板(4)、燃烧板(7)、导焰环(5)、进水管(1)和出水管(10)，

所述安装底板(2)的上表面固定连接燃烧器本体(3)，所述安装底板(2)的中心设有燃气进口管安装孔(17)，两侧分别设有进水管安装孔(18)和出水管安装孔(16)；燃烧器本体(3)中心一体成型的燃气进口通道(11)从燃气进口管安装孔(17)向下延伸穿出；所述进水管安装孔(18)和出水管安装孔(16)分别螺纹连接进水管(1)和出水管(10)；

所述燃烧器本体(3)的顶部设置的沉孔内从下至上依次设置燃气再混合板(8)、波形弹簧板(4)、燃烧板(7)和导焰环(5)，所述燃气再混合板(8)设置在沉孔底部的台阶结构上，所述导焰环(5)的外沿处与燃烧器本体(3)固定连接，沉孔连通燃气进口通道(11)；

所述燃烧板(7)上依据不同实验对象的加热区域，设置呈现不同形状分布的若干燃气喷孔；燃气再混合板(8)上分布若干导气孔。

2.根据权利要求1所述的一种火焰分布可调组合式燃烧器，其特征在于：所述进水管(1)和出水管(10)的中部外侧均设有限位作用的延伸凸台，出水管(10)伸入燃烧器本体(3)的长度大于进水管(1)伸入燃烧器本体(3)的长度。

3.根据权利要求1所述的一种火焰分布可调组合式燃烧器，其特征在于：所述安装底板(2)上还设有燃烧器固定安装孔(13)、密封冷却水腔用螺栓安装孔(14)，通过水腔紧固螺栓(9)穿过密封冷却水腔用螺栓安装孔(14)将安装底板(2)与燃烧器本体(3)的外周面进行固定，燃烧器固定安装孔(13)用于将燃烧器固定在燃气热负荷试验台上；安装底板(2)上还设置周向的密封槽(15),其内安装0型橡胶密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种火焰分布可调组合式燃烧器，其特征在于：燃气再混合板(8)上中间位置的导气孔的直径小于其它区域的导气孔的孔径，其它区域的导气孔的顶侧具有倒角。

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