CN111577575B - 一种高压气体产生装置及高压精确的燃烧特性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压气体产生装置及高压精确的燃烧特性测试系统，涉及燃料预混燃烧特性研究测试装置领域，其中高压气体产生装置包括壳体，高压筒体，活塞装置和净化装置，活塞装置上设置有可在高压筒体内的往复运动的皮碗，通过皮碗的往复运动可将实际大气直接加压成高压气体的功能，高压筒体和壳体的内部设置冷却装置，结合净化装置可直接产生高压洁净且温度适宜满足燃料预混特性研究实验要求的高压气体。该高压精确的燃烧特性测试系统包括容弹弹体、高压空气进气系统、气体燃料进气系统和液体燃料进气系统，可以实现多种气体燃料与液体燃料的掺烧实验。该高压空气进气系统包括上述高压气体产生装置，可以为预混燃烧提供更高更稳定的初始压力。

Description

一种高压气体产生装置及高压精确的燃烧特性测试系统

技术领域

本发明涉及燃料预混燃烧特性研究测试装置领域，具体为一种高压气体产生装置及高压精确的燃烧特性测试系统。

背景技术

燃料(如氢气、甲烷、乙炔、汽油等)是社会发展的基石，是人类生产和生活中重要的能量来源，了解各种燃料的预混燃烧特性对于如何更好地应用或控制燃烧至关重要。例如，在全面掌握燃料燃烧特性的基础上，控制和优化燃烧过程，可以提高内燃机动力性、燃料经济性，并控制污染物的排放。

在研究燃料的预混燃烧特性时，初始时刻的化学当量比、初始压力、初始温度、混合气成分和湍流参数对燃烧过程的影响规律均是研究的重点。现有技术中，通常应用定容燃烧装置来模拟活塞上止点附近的燃烧情况，可以方便地改变点火时刻的压力、温度、燃料种类、燃空当量比、残余废气系数、点火间隙与点火能量等单一参数，其结构简单、易于控制，是目前探索实现点火内燃机高效率低污染燃烧研究的有效途径。这类定容燃烧装置在对预混燃烧过程的研究中起到了重要的作用。

然而，现有技术中的定容燃烧测试装置在实际的使用中依然还存在以下的问题：

第一、其配气过程中依然采用分压法配气，通常是通过针阀手动控制进气，其在实验时难以精准的控制进气量，造成实验误差，影响实验结果的准确性；尤其是在进行高压实验时，对控制进气的实验人员存在极大的安全隐患。

第二、因为普通空气压缩机的压力上限较低，在进行高压实验时一般是使用N2、O2高压混合气瓶供气，实际上这种混合气瓶中，会因灌装工艺以及灌装气体纯度变化而导致最终的合成气比例变化，造成混合气的氮氧成分比例并不稳定，这对实验准确性有极大的干扰；即便是使用瓶装的高纯氮气与氧气自行配比，也依然会因为配气过程中的压力变化、温度变化等影响因素使得最终的混合气存在比例误差，影响实验结果的准确性。另外，这种混合气瓶供气的形式下，实验所用气体事实上为人工合成空气，这种合成气体与实际大气成分有所不同，这会导致定容燃烧弹模拟研究的结果并不能完全代表该燃料在内燃机中的实际燃烧性能；同时，由于高压实验消耗空气量很多，采用气瓶供气的形式会使得实验成本较高。

第三、在实际实验中，不同分子质量燃料在相同工况下的进气量相差极大，例如在1.5MPa工况下，1.4当量比的低分子量气体燃料氢气与高分子量燃料丙烷的进气量之比为6.67左右，即所需的进气压力之比高达6.67，现有技术中的定容燃烧测试装置在进行配气时缺乏相应的考虑，难以实现事实上的精确配气，影响实验结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可直接产生高压洁净且温度适宜满足燃料预混特性研究实验要求的高压气体产生装置，并提供一种安全的、稳定的、精确的、高压与超高压的、与定容燃烧弹系统所适配的高压精确的燃烧特性测试系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高压气体产生装置，包括压缩部；

所述压缩部包括壳体，高压筒体，活塞装置和净化装置；

所述壳体为空心结构，所述壳体内形成有导向筒，所述壳体上加工有第一环形水槽，所述第一环形水槽环绕设置于所述导向筒外，所述第一环形水槽的外侧设置有散热鳍片；

所述高压筒体为空心结构，所述高压筒体内形成有压缩筒体，所述高压筒体上加工有第二环形水槽、进气通道、排气通道和防爆气道，所述第二环形水槽环绕设置于所述压缩筒体外，所述进气通道和排气通道均设置于所述第二环形水槽外侧，所述进气通道的一端与所述高压筒体的外界连通，所述进气通道的另一端通过大流量单向阀与所述压缩筒体连通，所述排气通道的一端与所述高压筒体的外界连通，所述排气通道的另一端通过球形单向阀与所述压缩筒体连通，所述防爆气道的一端与所述压缩筒体连通，所述防爆气道的另一端通过防爆阀与所述高压筒体的外界大气连通；

所述壳体的一端与所述高压筒体的一端连接，所述第一环形水槽与第二环形水槽连通，所述壳体上开设有使所述第一环形水槽与外界连通的进水口，所述高压筒体上开设有使所述第二环形水槽与外界连通的出水口；

所述活塞装置包括依次连接的活塞、高压杆和皮碗，所述活塞可滑动的设置于所述导向筒内，所述皮碗可滑动的设置于所述高压筒体内；

所述净化装置包括空滤、第一铜粉过滤器和第二铜粉过滤器，所述空滤与所述进气通道远离所述大流量单向阀的一端连通，所述第一铜粉过滤器与所述排气通道远离所述球形单向阀的一端连通，所述第二铜粉过滤器通过管路与所述第一铜粉过滤器连通，所述第一铜粉过滤器和第二铜粉过滤器上均设置有泄压阀，所述第二铜粉过滤器上还设置有精密高压表。

进一步的，还包括驱动部；

所述驱动部包括电机、减速装置、驱动盘和连杆，所述电机的输出轴通过所述减速装置与所述驱动盘的中心传动连接，所述连杆的一端与所述驱动盘偏心连接，所述连杆的另一端与所述活塞连接。

一种高压精确的燃烧特性测试系统，包括容弹弹体，所述容弹弹体上分别连接有高压空气进气系统、气体燃料进气系统和液体燃料进气系统；

所述高压空气进气系统包括空气气路和如权利要求所述的一种高压气体产生装置，所述空气气路包括依次通过空气管路连接的止回阀a、干燥管、稳压瓶、一级减压阀a、高精度电磁阀a、高精度流量计a和止回阀b，所述止回阀a的另一端与所述第二铜粉过滤器的排出口连通，所述止回阀b与所述容弹弹体连通。

进一步的，所述液体燃料进气系统包括液体燃料蒸发器和液体燃料气路，所述液体燃料气路包括依次通过液体燃料管路连接的二级减压阀a、止回阀c、高精度电磁阀b、高精度流量计b和止回阀d，所述二级减压阀a的另一端与所述液体燃料蒸发器连通，所述止回阀d的另一端与所述容弹弹体连通；

所述液体燃料管路上缠绕设置有加热用电阻丝，所述二级减压阀a的量程选用为0-0.1Mpa。

进一步的，所述气体燃料进气系统包括高分子量气瓶、高分子量气体气路、低分子量气瓶、低分子量气体气路和单向三通装置；

所述高分子量气体气路包括依次通过管路连接的一级减压阀b、止回阀e、二级减压阀b、高精度电磁阀c和高精度流量计c，所述一级减压阀b的另一端与所述高分子量气瓶连通，所述二级减压阀b的量程选用为0-0.3Mpa；

所述低分子量气体气路包括依次通过管路连接的一级减压阀c、止回阀f、二级减压阀c、高精度电磁阀d和高精度流量计d，所述一级减压阀c的另一端与所述低分子量气瓶连通，所述二级减压阀c的量程选用为0-1Mpa；

所述单向三通装置包括三通管，所述三通管的其中两个通道内设置有单向阀，所述三通管设置有单向阀的两端分别与所述高精度流量计c和高精度流量计d连通，所述三通管的另一端与所述容弹弹体连通。

进一步的，还包括工控机、第一控制器和第二控制器，所述工控机分别与第一控制器和第二控制器电联，所述第一控制器分别与所述高精度电磁阀c、高精度流量计c、高精度电磁阀d和高精度流量计d电联，所述第二控制器分别与所述容弹弹体、高精度电磁阀a、高精度流量计a、高精度电磁阀b、高精度流量计b和液体燃料蒸发器电联。

本发明的有益效果是：

本发明一种高压气体产生装置设置有活塞装置和高压筒体，活塞装置上设置有可在高压筒体内的往复运动的皮碗，高压筒体的一端封闭，其端部与皮碗之间形成密封气室，该密封气室通过大流量单向阀与进气通道连通，并通过球形单向阀与排气通道连通。通过皮碗在高压筒体内的往复运动，实现了将实际大气直接加压成高压气体的功能，且通过特定的单向阀设置，有效保持高压输出时的压力稳定，同时可减小压缩顶点的气室体积，获得更大的压缩比。压缩筒体上还设置有防爆气道和防爆阀，保证空气压缩过程的安全。该高压气体产生装置还设置有风冷系统和液冷系统，直接对其内的发热部件共同冷却，增加工作的稳定性和持续性，并降低出气温度使其满足实验所需的条件；同时，通过特殊的结构设置，整个装置的结构紧凑，满足实验室环境需要。

本发明一种高压精确的燃烧特性测试系统包括容弹弹体、高压空气进气系统、气体燃料进气系统和液体燃料进气系统，可以实现多种气体燃料与液体燃料的掺烧实验。其中高压空气进气系统包括上述高压气体产生装置与稳压瓶等，其可直接使用大气空气获取高压气体，不仅成分稳定，不产生额外费用，与传统的定容燃烧配气方式相比，可以为预混燃烧提供更高、更稳定的初始压力上限。上述高压空气进气系统、气体燃料进气系统和液体燃料进气系统中均采用高精度流量计和电磁阀，结合工控机和控制器的功能可实现远程精确控制进气，减少了以往实验过程中的配气误差并极大的增加了实验人员的人身安全系数。在气体燃料进气系统中，针对不同分子量的燃料的进气管路使用不同量程的二级减压阀单独控制，可以实现满足进气条件的更低压力，进气更精确。

附图说明

图1为本发明一种高压气体产生装置压缩部的结构示意图；

图2为图1中A部的放大示意图；

图3为本发明一种高压气体产生装置驱动部的结构示意图；

图4为本发明一种高压精确的燃烧特性测试系统的结构示意图；

图5为本发明一种高压精确的燃烧特性测试系统中单向三通装置的结构示意图；

图6为本发明一种高压精确的燃烧特性测试系统中两个控制器的控制系统图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图3所示，一种高压气体产生装置，包括压缩部和驱动部。

其中，压缩部包括壳体110，高压筒体120，活塞装置和净化装置；

壳体110为空心结构，壳体110内形成有导向筒111，壳体110上加工有第一环形水槽112，第一环形水槽112环绕设置于导向筒111外，第一环形水槽112的外侧设置有散热鳍片113。高压筒体120为空心结构，高压筒体120内形成有压缩筒体121，高压筒体120上加工有第二环形水槽122、进气通道123、排气通道124和防爆气道127，第二环形水槽122环绕设置于压缩筒体121外，进气通道123和排气通道124均设置于第二环形水槽122外侧，进气通道123的一端与高压筒体120的外界连通，进气通道123的另一端通过大流量单向阀125与压缩筒体121连通，排气通道124的一端与高压筒体120的外界连通，排气通道124的另一端通过球形单向阀126与压缩筒体121连通，防爆气道127的一端与压缩筒体121连通，防爆气道127的另一端通过防爆阀128与高压筒体120的外界大气连通。壳体110的一端与高压筒体120的一端连接，第一环形水槽112与第二环形水槽122连通，壳体110上开设有使第一环形水槽112与外界连通的进水口119，高压筒体120上开设有使第二环形水槽122与外界连通的出水口129。

上述活塞装置包括依次连接的活塞131、高压杆132和皮碗133，活塞131可滑动的设置于导向筒111内，皮碗133可滑动的设置于高压筒体120内。上述净化装置包括空滤141、第一铜粉过滤器142和第二铜粉过滤器143，空滤141与进气通道123远离大流量单向阀125的一端连通，第一铜粉过滤器142与排气通道124远离球形单向阀126的一端连通，第二铜粉过滤器143通过管路与第一铜粉过滤器142连通，第一铜粉过滤器142和第二铜粉过滤器143上均设置有泄压阀145，第二铜粉过滤器上还设置有精密高压表144。

该高压气体产生装置用于将实际大气进行压缩，该装置在工作时，活塞131在导向筒111的导向限位下做稳定的往复运动，在高压杆132的连接下，皮碗133在压缩筒体121内做往复运动。上述皮碗131与压缩筒体121内壁之间紧密贴合，要求皮碗具有高耐磨、耐高温、密封性好的特性。本实施例中，皮碗131选用直径2cm的四氟乙烯制成，皮碗131的运动过程中，如图1、图2所示，皮碗133和压缩筒体121的顶部形成有密闭气室。当皮碗133下行时，外界实际大气由进气通道123进入，大流量单向阀125被气流打开，此时球形单向阀126关闭，外界空气被抽入该密闭气室内；当皮碗133上行时，大流量单向阀125关闭，球形单向阀126打开，密闭气室内的空气被加压后通过排气通道124排出。如此，当活塞131在导向筒111内做往复运动时，皮碗133重复上述的下行和上行的动作，不断将外界大气吸入密闭气室，再加压后排出，可直接产生满足实验要求的高压气体。在单向阀的设置方面，进气通道123与密闭气室之间选用大流量单向阀连通，可保证密闭气室吸气的流畅和稳定；排气通道124与密闭气室之间选用球形单向阀连通，可依托球形单向阀特性，保持高压输出时的压力稳定，同时可减小压缩顶点的气室体积，获得更大的压缩比。压缩筒体121连通设置有防爆气道127，其另一端设置防爆阀128，在实施时，该防爆阀128主要由顶针和铜片组成，其中顶针类似于活塞的结构，顶针的下方密封可滑动的设置于防爆气道127，当压力超过一定值时，气压可推动顶针向上滑动继而刺穿铜片实现泄压，保证使用过程的安全性。在本实施例中，通过对铜片选择，可设定密闭气室内压力超过20Mpa时进行刺穿泄压。

实际应用中，活塞131在导向筒111内的往复运动和皮碗133在压缩筒体121内的往复运动都会产生大量的热量，在压缩空气的过程中，空气通过单向阀孔隙的节流效应下也会产生大量的热量，为了避免高温的高压气体对实验结果造成影响，该高压气体产生装置还设置有冷却系统。本实施例中该冷却系统由液冷系统和空冷系统两部分组成。其中液冷系统由相互连通的第一环形水槽112和第二环形水槽122构成，第一环形水槽112环绕设置于导向筒111外，直接针对活塞131在导向筒111内的往复产热进行冷却；第二环形水槽122环绕设置于压缩筒体121外，同时其设置于进气通道123和压缩筒体121之间以及排气通道124与压缩筒体121之间，可同时对皮碗133在压缩筒体121内的往复产热和空气压缩过程中产生的热量进行冷却。在实施时壳体110上开设有使第一环形水槽112与外界连通的进水口119，高压筒体120上开设有使第二环形水槽122与外界连通的出水口129，通过外接冷却液向进水口119供水，并引出出水口129的冷却液可实现液冷系统中介质的流动，使得冷却循环更为快速，达到更佳的冷却效果，保证实验所需高压气体的正常温度要求。上述空冷系统主要是指第一环形水槽112外侧设置的散热鳍片113，其增加了散热面积，通过风冷的方式对第一环形水槽112内的冷却液进行冷却，因第一环形水槽112直接是针对产生热量相对较低的活塞131往复运动产热，设置上述空冷系统辅助散热，加之第一环形水槽112内冷却液的冷却功能，即可达到该部位散热的要求，可减少外接冷却液循环系统的要求，保持整个结构的紧凑。该高压气体产生装置经风冷和液冷系统共同冷却，可显著的对各部分缸体与气道进行冷却，增加工作的稳定性和持续性，并降低出气温度使其满足实验所需的条件；同时，通过上述设置，整个装置的结构紧凑，满足实验室环境需要。本实施例中，直接选用水作为冷却液时，该高压气体产生装置可连续工作500分钟左右，同时可以在该装置的输出部位加装温度传感器，通过对外接冷却液循环系统的液流速度进行控制，对出气温度进行调控，满足实验所需的高压气温度要求。

本实施例中，净化装置主要包括空滤141、第一铜粉过滤器142和第二铜粉过滤器143。空滤141用于初步滤掉空气中包含的灰尘、固体颗粒等杂质，保证进气通道123通畅，也避免杂质颗粒对单向阀的工作造成卡阻或磨损等影响。第一铜粉过滤器142和第二铜粉过滤器143用于进一步过滤压缩空气中的油水和杂质，满足实验过程对压缩空气的洁净性要求。在第一铜粉过滤器142和第二铜粉过滤器143上均设置有泄压阀145，用于在系统出现问题或者是使用完成后可进行快速泄压。在第二铜粉过滤器上还设置有精密高压表144，在实施时，该精密高压表144最大量程40Mpa，其用于检测排气的气体压力，同时可通过控制系统实现该精密高压表144的数值到达设定压力值时自动停机以保证系统安全。

上述驱动部用于带动活塞131在导向筒111内进行往复运动，可选用多种结构形式。本实施例中，该驱动部包括电机141、减速装置142、驱动盘143和连杆144，电机141的输出轴通过减速装置142与驱动盘143的中心传动连接，连杆144的一端与驱动盘143偏心连接，连杆144的另一端与活塞131连接。在具体实施时，电机141可选用功率为2000W，额定转速3000r/min的永磁同步电机，在电机141上还设置有温度报警装置，以实施检测电机的工作温度，本实施例中可设定温度高于85摄氏度时报警，高于90摄氏度时直接停机并报警，以保证系统使用的安全性。减速装置142可选用齿轮组，用于放大电动机转矩。电机141转动时，其输出轴通过减速装置142进行动力传递，带动驱动盘143转动，此时因连杆144的一端与驱动盘143偏心连接，偏心盘143、连杆144以及活塞131组成类似于曲柄滑块机构，故在电机141连续转动时，活塞131实现了在导向筒111内的往复运动。本实施例中，为实现结构的紧凑型，减速装置142、驱动盘143以及连杆144均设置于壳体110内，该壳体110还起到油底壳的作用，其内部装有润滑油，并设置有润滑油导流槽，保证其内元件的润滑效果。

本发明提供一种高压精确的燃烧特性测试系统，其结构如图4至图6所示。该系统包括容弹弹体500，容弹弹体500上分别连接有高压空气进气系统、气体燃料进气系统和液体燃料进气系统。在具体实施时，该容弹弹体500选用发明专利定容预混燃烧测试装置（CN201110231930.4）中公开的定容燃烧弹，其主要作用是稳定在预设的试验温度，混合空气与燃料，保证良好的气密性并承受点火时产生的高压，两侧设置可视窗口以保证火焰图像被采集。

上述高压空气进气系统包括空气气路和前述的高压气体产生装置。该空气气路包括依次通过空气管路连接的止回阀a151、干燥管152、稳压瓶153、一级减压阀a154、高精度电磁阀a155、高精度流量计a156和止回阀b157，止回阀a151的另一端与第二铜粉过滤器143的排出口连通，止回阀b157与容弹弹体500连通。设置干燥管152的主要作用是过滤高压空气中的水分，因其应用于高压环境，本实施例中干燥管152选用直径42mm的高精度无缝不锈钢管制成，其与管路的接口处采用定制的管帽通过螺纹连接方式连接，耐压可达到30MPa以上；其两端预设有高压气管用快接母头，可实现与气管的快速驳接。设置稳压瓶153的作用是暂时储存高压气体，与高压气体产生装置一起形成该测试系统的稳定的高压气源，本实施例中该稳压瓶153由加厚的不锈钢一体成型，体积为9.8L，为了提升强度，瓶身除了瓶口外无其他预留开口，与之相适配的高压瓶盖210预留有三个气体通道，分别用来进气、排气与泄压。考虑到使用的高压或腐蚀环境，本实施例中，空气管路采用耐高压、耐腐蚀、气密性优异的管道进行连接，优选最高耐压30Mpa、内径8mm的试验用316L不锈钢精密波纹管；在干燥管152两端采用与上述快接母头相匹配的公头连接，其余连接处采用316不锈钢卡套接头连接以保证整体气密性要求。在进行实验前，先预设该高压气体产生装置的压力上限，例如本实施例中一般可设置压力上限为10Mpa，到达设定压力值后自动停止进气，检测到气体压力低于8Mpa时重新开始进气；其后，使高压气体依次通过止回阀a151、干燥管152后进入稳压瓶153，待稳压瓶153压力稳定后调节一级减压阀a154至出气压力满足实验压力值的要求（一般若需要在1.5Mpa下进行实验则调节压力为1.45Mpa）备用；在进行实验时通过高精度电磁阀a155控制流量等，由高精度流量计a156对流量进行反馈，其后气流可经过止回阀b157后进入容弹弹体500内参与实验过程。

上述液体燃料进气系统包括液体燃料蒸发器200和液体燃料气路。该液体燃料蒸发器200可选用中国发明专利一种定容燃烧弹及液体燃料燃烧性能测试方法（CN201410526373.2）中所述的液体燃料蒸发器，其主要作用是控制加热温度使液体燃料蒸发。该液体燃料气路包括依次通过液体燃料管路连接的二级减压阀a201、止回阀c202、高精度电磁阀b203、高精度流量计b204和止回阀d205，二级减压阀a201的另一端与液体燃料蒸发器200连通，止回阀d205的另一端与容弹弹体500连通。液体燃料经蒸发后先由二级减压阀a201减压，其后依次通过止回阀c202、高精度电磁阀b203、高精度流量计b204和止回阀d205后进入容弹弹体500内参与实验过程。因液体燃料经蒸发后，其分子量底，故选用量程为0-0.1Mpa的小量程的二级减压阀a201，以实现精确配气，保证实验结果的准确性。同时，考虑到液体燃料管路需承受交低压力且其内部需要避免液体燃料蒸汽在运送过程中发生冷凝现象，故优选的在液体燃料管路上缠绕设置有加热用电阻丝，同时通过自动控制对加热用电阻丝实时调控，使其稳定在恒定的温度，保证实验顺利进行和实验结果的准确性。

上述气体燃料进气系统包括高分子量气瓶310、高分子量气体气路、低分子量气瓶320、低分子量气体气路和单向三通装置330。高分子量气体气路包括依次通过管路连接的一级减压阀b311、止回阀e312、二级减压阀b313、高精度电磁阀c314和高精度流量计c315，一级减压阀b311的另一端与高分子量气瓶310连通；低分子量气体气路包括依次通过管路连接的一级减压阀c321、止回阀f322、二级减压阀c323、高精度电磁阀d324和高精度流量计d325，一级减压阀c321的另一端与低分子量气瓶320连通。上述高分子量气体气路和低分子量气体气路的连接结构相似，高分子量气瓶310和低分子量气瓶320在对容弹弹体500供气体燃料时，均是先经过一级减压阀预减压，再经过止回阀防止气体回流，其后通过二级减压阀减压至输出压力，再经由高精度电磁阀对输出流量进行控制，输出气体的具体流量由高精度流量计进行检测。在实施时，高分子量气体气路和低分子量气体气路的主要区别在于高分子量气体气路中二级减压阀b313的量程选用为0-0.3Mpa，而低分子量气体气路中二级减压阀c323的量程选用为0-1Mpa。这是因为不同分子质量燃料在相同工况下的进气量相差极大，为了应对不同分子质量燃料的进气需求，分别使用不同量程的二级减压阀进行调控，可实现精确配气，保证实验结果的准确性。

上述高分子量气体气路的高精度流量计c315和低分子量气体气路的高精度流量计d325均通过单向三通装置330与容弹弹体500连通。该单向三通装置330包括三通管，该三通管的其中两个通道内设置有单向阀331，三通管设置有单向阀331的两端分别与高精度流量计c315和高精度流量计d325连通，三通管的另一端与容弹弹体500连通。该单向三通装置330是为气体燃料进气的特殊设计，通过设置的单向阀331可分别接入两路燃料且相互不受影响，一方面减少容弹弹体500的开口数量，保证弹体强度；另一方面高度集成，其实际尺寸小，保证整个装置的集成特性，满足实验室环境使用需要。

在具体实施时，考虑到高压和腐蚀性使用环境，高分子量气体气路和低分子量气体气路中的管路同样需采用耐高压、耐腐蚀、气密性优异的管道连接，本实施例采用最高耐压30MPa、内径为8mm的试验用316L不锈钢精密波纹管连接，各连接处均采用316不锈钢卡套接头连接以保证整体气密性要求。以上所述高精度流量计统一采用BOSHENG HART-TargetFlowmeter（电容靶式流量计），该流量计支持HART协议，同时支持温度补偿与压力补偿，测量精度高，测量范围宽，抗干扰性强，稳定可靠，流量数据可在在上位机实时显示，其可测量温度范围-200摄氏度至500摄氏度，可测量压力范围0-42MPa，在测量气体时的精确度为0.5%，并可以测量腐蚀性介质，十分满足本系统的要求。以上所述高精度电磁阀统一采用美国ASCO EFG551A002MS防爆双电控电磁阀，该电磁阀质量稳定，可耐爆压15MPa，采用双电磁线圈控制，方便进气，十分符合本系统的需求。

进一步的，该高压精确的燃烧特性测试系统，还包括工控机400、第一控制器401和第二控制器402。共控机400选用计算机终端即可，工控机400分别与第一控制器401和第二控制器402电联，用于稳定的向两个控制器发送控制命令并完成信息交互；第一控制器401分别与高精度电磁阀c314、高精度流量计c315、高精度电磁阀d324和高精度流量计d325电联，集成气体燃料进气系统中高精度控制阀的控制功能和高精度流量阀的信息传递功能；第二控制器402分别与容弹弹体500、高精度电磁阀a155、高精度流量计a156、高精度电磁阀b203、高精度流量计b204和液体燃料蒸发器200电联，集成高压空气进气系统和液体燃料进气系统中高精度电磁阀的控制功能和高精度流量阀的信息传递功能，同时集成燃料蒸发器的控制功能、液体燃料进气系统中管路的加热功能以及容弹弹体500的控制功能。

上述高压精确的燃烧特性测试系统可进行远程超控，大大增强了操作过程的安全性，同时可在预混燃烧特性研究中实现精准配气。下述为其在一具体应用场景下的精准配气方法如下：

S1、将容弹弹体500加热至预设温度；

S2、预先设定高压气体产生装置输出气体的压力上限（本实施例中一般可设定为10MPa，实际压力值到达该压力后自动停止进气，实际压力值低于8MPa时重新开始进气），高压气体经止回阀a151和干燥管152后进入稳压瓶153储存；

S3、待稳压153内气压恒定后，调整一级减压阀a154至出气压力满足实验的最低压力值（本实施例实验要求压力为1.5MPa，则调整压力至1.45MPa）备用；

S4、关闭容弹弹体500的所有阀门，打开真空泵对容弹弹体500抽真空，待真空度达到-95kPa以上，停止抽真空并关闭真空阀，静置10分钟，观察容弹弹体500上的精密压力表，若10分钟内真空度下降不超过0.5kPa则认为容弹气密性良好；

S5、打开实验燃料的气瓶（高分子量气瓶310或低分子量气瓶320）的阀门，调节其对应的一级减压阀（一级减压阀压力调节范围很大，一般只需表显有示数即可），并调节对应的二级减压阀至0.1MPa左右，工控机控制对应的电磁阀打开，将燃料输送进容弹弹体500内以排出管道中原有存在的杂质气体（可根据实际管道长度以及直径调整进气量以排出全部杂质气体）；

S6、关闭与容弹弹体500相连的所有阀门，打开其扫气阀，将另外的空气压缩机提供的压缩空气冲入容弹弹体500内部至200-400kPa之间，然后关闭扫气阀排出空气，如此反复三次，最后一次将空气排出时将容弹弹体500抽成真空；

S7、对实验压力以及当量比工况进行配比计算，根据阿伏伽德罗定律：‘在同温、同压条件下，相同分子数的气体，其体积也相同；在同温、同压条件下，相同体积的气体，其分子数也相同，即在同温、同压下，气体的摩尔比等于体积比’，通过计算容弹弹体500的内部体积，进一步计算出特定工况下燃料与空气的体积比值即为二者的摩尔比，以此计算出本次试验研究所需燃料的预设值和进空气的压力和进空气的量；

S8、试验时先进燃料（高分子量气瓶310或低分子量气瓶320或液体燃料蒸发器200提供），观察工控机400上燃料管路流量计的示数，控制对应电磁阀开启直至燃料进气量到达计算预设值，关闭电磁阀；待所进燃料气体到达预设实验温度后，开始进空气，观察工控机400上空气管路的流量计示数压力计的示数，控制电磁阀开启直至空气进气量到达计算预设值，完成进气；

S9、静置约1分钟，待气体混合均匀后控制容弹点火，点燃混合可燃气，同时触发高速摄像机拍摄下火焰的着火图像；

S10、打开排气阀排气并从S6开始重复下次实验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高压精确的燃烧特性测试系统，包括容弹弹体（500），其特征在于，所述容弹弹体（500）上分别连接有高压空气进气系统、气体燃料进气系统和液体燃料进气系统；

所述高压空气进气系统包括空气气路和高压气体产生装置；

所述高压气体产生装置包括压缩部和驱动部；

所述压缩部包括壳体（110）、高压筒体（120）、活塞装置和净化装置；

所述壳体（110）为空心结构，所述壳体（110）内形成有导向筒（111），所述壳体（110）上加工有第一环形水槽（112），所述第一环形水槽（112）环绕设置于所述导向筒（111）外，所述第一环形水槽（112）的外侧设置有散热鳍片（113）；

所述高压筒体（120）为空心结构，所述高压筒体（120）内形成有压缩筒体（121），所述高压筒体（120）上加工有第二环形水槽（122）、进气通道（123）、排气通道（124）和防爆气道（127），所述第二环形水槽（122）环绕设置于所述压缩筒体（121）外，所述进气通道（123）和排气通道（124）均设置于所述第二环形水槽（122）外侧，所述进气通道（123）的一端与所述高压筒体（120）的外界连通，所述进气通道（123）的另一端通过大流量单向阀（125）与所述压缩筒体（121）连通，所述排气通道（124）的一端与所述高压筒体（120）的外界连通，所述排气通道（124）的另一端通过球形单向阀（126）与所述压缩筒体（121）连通，所述防爆气道（127）的一端与所述压缩筒体（121）连通，所述防爆气道（127）的另一端通过防爆阀（128）与所述高压筒体（120）的外界大气连通；

所述壳体（110）的一端与所述高压筒体（120）的一端连接，所述第一环形水槽（112）与第二环形水槽（122）连通，所述壳体（110）上开设有使所述第一环形水槽（112）与外界连通的进水口（119），所述高压筒体（120）上开设有使所述第二环形水槽（122）与外界连通的出水口（129）；

所述活塞装置包括依次连接的活塞（131）、高压杆（132）和皮碗（133），所述活塞（131）可滑动的设置于所述导向筒（111）内，所述皮碗（133）可滑动的设置于所述高压筒体（120）内；

所述净化装置包括空滤（141）、第一铜粉过滤器（142）和第二铜粉过滤器（143），所述空滤（141）与所述进气通道（123）远离所述大流量单向阀（125）的一端连通，所述第一铜粉过滤器（142）与所述排气通道（124）远离所述球形单向阀（126）的一端连通，所述第二铜粉过滤器（143）通过管路与所述第一铜粉过滤器（142）连通，所述第一铜粉过滤器（142）和第二铜粉过滤器（143）上均设置有泄压阀（145），所述第二铜粉过滤器上还设置有精密高压表（144）；

所述驱动部包括电机（141）、减速装置（142）、驱动盘（143）和连杆（144），所述电机（141）的输出轴通过所述减速装置（142）与所述驱动盘（143）的中心传动连接，所述连杆（144）的一端与所述驱动盘（143）偏心连接，所述连杆（144）的另一端与所述活塞（131）连接；

所述空气气路包括依次通过空气管路连接的止回阀a（151）、干燥管（152）、稳压瓶（153）、一级减压阀a（154）、高精度电磁阀a（155）、高精度流量计a（156）和止回阀b（157），所述止回阀a（151）的另一端与所述第二铜粉过滤器（143）的排出口连通，所述止回阀b（157）与所述容弹弹体（500）连通。

2.根据权利要求1所述的一种高压精确的燃烧特性测试系统，其特征在于，所述液体燃料进气系统包括液体燃料蒸发器（200）和液体燃料气路，所述液体燃料气路包括依次通过液体燃料管路连接的二级减压阀a（201）、止回阀c（202）、高精度电磁阀b（203）、高精度流量计b（204）和止回阀d（205），所述二级减压阀a（201）的另一端与所述液体燃料蒸发器（200）连通，所述止回阀d（205）的另一端与所述容弹弹体（500）连通；

所述液体燃料管路上缠绕设置有加热用电阻丝，所述二级减压阀a（201）的量程选用为0-0.1Mpa。

3.根据权利要求2所述的一种高压精确的燃烧特性测试系统，其特征在于，所述气体燃料进气系统包括高分子量气瓶（310）、高分子量气体气路、低分子量气瓶（320）、低分子量气体气路和单向三通装置（330）；

所述高分子量气体气路包括依次通过管路连接的一级减压阀b（311）、止回阀e（312）、二级减压阀b（313）、高精度电磁阀c（314）和高精度流量计c（315），所述一级减压阀b（311）的另一端与所述高分子量气瓶（310）连通，所述二级减压阀b（313）的量程选用为0-0.3Mpa；

所述低分子量气体气路包括依次通过管路连接的一级减压阀c（321）、止回阀f（322）、二级减压阀c（323）、高精度电磁阀d（324）和高精度流量计d（325），所述一级减压阀c（321）的另一端与所述低分子量气瓶（320）连通，所述二级减压阀c（323）的量程选用为0-1Mpa；

所述单向三通装置（330）包括三通管，所述三通管的其中两个通道内设置有单向阀（331），所述三通管设置有单向阀（331）的两端分别与所述高精度流量计c（315）和高精度流量计d（325）连通，所述三通管的另一端与所述容弹弹体（500）连通。

4.根据权利要求3所述的一种高压精确的燃烧特性测试系统，其特征在于，还包括工控机（400）、第一控制器（401）和第二控制器（402），所述工控机（400）分别与第一控制器（401）和第二控制器（402）电联，所述第一控制器（401）分别与所述高精度电磁阀c（314）、高精度流量计c（315）、高精度电磁阀d（324）和高精度流量计d（325）电联，所述第二控制器（402）分别与所述容弹弹体（500）、高精度电磁阀a（155）、高精度流量计a（156）、高精度电磁阀b（203）、高精度流量计b（204）和液体燃料蒸发器（200）电联。

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