CN111853777A - 一种气波发生系统及其工作过程 - Google Patents
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Abstract
一种气波发生系统及其工作过程，属于气动热力工程技术领域。这种气波发生系统通过在气波发生装置中设置预混室和爆燃加速室使燃气混合物能够从爆燃快速、短距离转到爆轰状态，利用预混气体爆燃转爆轰过程产生的非定常运动激波的快速增压行为，实现激波扫过气流压力场的强间断不连续分布效果，以用于气波清灰、消防和驱鸟兽等领域。该系统利用预混室中的混合元件实现可燃气体和空气的充分预混过程，通过爆燃加速室中扰流元件的强湍流扰动，完成燃烧波由爆燃转爆轰的快速、短距离转变，实现强间断扫过气流的局部压力场的空间不连续分布，利用煤气等低活性气体短距离内即可实现高活性气体能够产生的高强激波效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种气波发生系统及其工作过程，属于气动热力工程技术领域。
背景技术
气波泛指压缩气体收到扰动后产生的压缩波，激波等的总称。如果气波自高压气体向低压气体周期性传播，即周期性重复运动的气波会扫过其传播的空间，产生周期性的压力、温度等变化。气波传递的单位能量越大，气波波前和波后两侧气体压强比越大，气波强度越大，气波本身的运动相对波前气流的速度也越大。气波机械是利用气波传递能量的一种机械。不同强度的气波运动有它自己的特点和产生条件，被用于不同的气波机械领域。目前，常用的气波机械有气波增压器、气波制冷器、气波发动机和激波管等。现有的气波机械功能比较单一，通常只能用于单一领域，无法实现一种机械用于多个领域。另外，对于需要高强度气波工作的机械，通常需要氢气、乙烯等易燃易爆气体产生所需的激波能量。氢气、乙炔等易燃易爆气体在运输及使用的过程中比较危险，不适用于民用领域。然而，煤气等常用燃气燃烧产生的激波强度较低，无法满足某特定领域的气波机械的需要。因此，有必要研究一种气波发生系统，既能实现一种机械用于多个领域，又能利用煤气等常用安全燃气提供所需的高强度气波。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种气波发生系统及其工作过程，该系统通过煤气等常用燃气产生高强度气波，可应用于气波清灰、消防、和驱鸟、兽等多个领域。
本发明采用的技术方案是：一种气波发生系统包括配气装置、控制装置、燃气供给装置和气波发生装置，所述气波发生装置依次采用空气入口管段、预混室、燃烧室、爆燃加速室和气波导向筒固定连接，在燃烧室的内部设有点火器，爆燃加速室的内部设有扰流元件，扰流元件包含支撑管和螺旋叶片，螺旋叶片采用缠绕式固定在支撑管上，扰流元件通过螺旋叶片的外缘焊接在爆燃加速室的内壁上，螺旋叶片上设有开槽，开槽两侧的叶片向相反方向弯折形成叶片飞刺部。
所述配气装置采用风机通过第一止回阀连接空气入口管段。
所述燃气供给装置采用管道依次连接减压阀、微调阀、电磁阀、第二止回阀、阻火器和预混室底部的燃气入口。
所述控制装置包含逆变器和控制器，控制器电连接由移动电源供电的逆变器、风机、电磁阀和点火器。
所述预混室的内腔依次设有气体入口套管、第一混合元件和气体出口套管；所述第一混合元件采用扩胀式混合腔，扩胀式混合腔的中部沿周向均匀设置至少三排连通燃气环腔的气孔，相邻两排气孔沿周向旋向相反设置，每排气孔的数量为3-20个。
所述预混室的内腔依次设有气体旋流套管、第二混合元件和气体出口套管；所述第二混合元件采用缩扩式混合腔，缩扩式混合腔的中部沿周向均匀设置3-20个连通燃气环腔的气孔。
所述螺旋叶片的数量是3-10个，每个螺旋叶片上设有3-6个开槽。
所述控制器采用PLC控制器，控制器上设置有报警器和物联网连接器。
所述的一种气波发生系统的工作过程，包括如下步骤：
a、将减压阀接通燃气罐，逆变器接通移动电源，启动控制器。
b、通过控制器启动风机，空气经过第一止回阀和空气入口进入气体混合腔中，打开电磁阀、减压阀和微调阀，燃气通过燃气入口进入燃气环腔内，再经过气孔进入气体混合腔中与空气混合，燃气的流量通过微调阀控制调节。
c、混合后的气体通过气体出口套管进入燃烧室内，通过控制器启动点火器，气体混合物在燃烧室内进行初步爆燃后进入爆燃加速室的内部，经过扰流元件的湍流扰动达到爆轰状态，最终形成高速的气波从气波导向筒前方传播。
d、通过控制器调节点火器的点火频率，从而控制气波的频率，通过调节扰流元件上开槽的深度和数量控制气波音调的高低。
本发明的有益效果是：这种气波发生系统及其工作过程，包括配气装置、控制装置、燃气供给装置和气波发生装置，气波发生装置依次采用空气入口管段、预混室、燃烧室、爆燃加速室和气波导向筒固定连接。通过在气波发生装置中设置预混室和爆燃加速室使燃气混合物能够从爆燃转到爆轰状态，利用预混气体爆燃转爆轰过程产生的非定常运动激波的快速增压行为，实现实现激波扫过气流压力场的强间断不连续分布效果，以用于气波清灰、消防和驱鸟兽等多个领域。配气装置和燃气供给装置通过减压阀连接不同的燃气罐提供灵活可变的燃料介质和氧化介质，同时利用微调阀实现空气燃料比的精确调节。该系统利用预混室中的混合元件实现可燃气体和空气的充分预混过程，通过爆燃加速室中扰流元件的湍流扰动，完成燃烧波由爆燃波向爆轰波转变，实现强间断压力场的不连续分布，同时能够节省燃料、不产生污染空气的烟气，即节能又环保。通过控制装置对系统产生气波的压比、脉冲分布等实时动态检测与自动控制。该系统结构简单，具有常规燃料易实现燃烧波转换过程，气波压比大而可控的技术优势。
附图说明
图1是一种气波发生系统的结构图。
图2是图1中预混室的结构图。
图3是图2中第一混合元件的左视图。
图4是图1中另一种预混室的结构图。
图5是图4中第二混合元件的左视图。
图6是图1中扰流元件的局部放大图。
图中：A、气波发生装置，1、逆变器，2、控制器，3、风机，3a、第一止回阀，4、减压阀，4a、微调阀，4b、电磁阀，4c、第二止回阀，4d、阻火器，5、空气入口管段， 6、预混室，6a、气体入口套管，6a1、气体旋流套管，6b、第一混合元件，6b1、气孔， 6b2、燃气环腔，6c、气体出口套管，6d、燃气入口，6e、第二混合元件，7、燃烧室，7a、点火器，8、爆燃加速室，8a、扰流元件，8a1、支撑管，8a2、螺旋叶片，8a3、叶片飞刺部，9、气波导向筒。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进一步详细说明。
图1、6示出了一种气波发生系统的结构图。图中，这种气波发生系统包括配气装置、控制装置、燃气供给装置和气波发生装置A，气波发生装置A依次采用空气入口管段5、预混室6、燃烧室7、爆燃加速室8和气波导向筒9固定连接，在燃烧室7的内部设有点火器7a，爆燃加速室8的内部设有扰流元件8a，扰流元件8a包含支撑管8a1和螺旋叶片8a2，螺旋叶片8a2采用缠绕式固定在支撑管8a1上，扰流元件8a通过螺旋叶片8a2的外缘焊接在爆燃加速室8的内壁上，螺旋叶片8a2上设有开槽，开槽两侧的叶片向相反方向弯折形成叶片飞刺部8a3。螺旋叶片8a2的数量是5个，每个螺旋叶片8a2上设有4个开槽。
配气装置采用风机3通过第一止回阀3a连接空气入口管段5。燃气供给装置采用管道依次连接减压阀4、微调阀4a、电磁阀4b、第二止回阀4c、阻火器4d和预混室6底部的燃气入口6d。控制装置包含逆变器1和控制器2，控制器2电连接由移动电源供电的逆变器1、风机3、电磁阀4b和点火器7a。
实施例1
图1、2、3示出了一种气波发生系统的结构图。图中，这种气波发生系统的预混室6的内腔依次设有气体入口套管6a、第一混合元件6b和气体出口套管6c；第一混合元件6b采用扩胀式混合腔，扩胀式混合腔的中部沿周向均匀设置至少三排连通燃气环腔6b2的气孔6b1，相邻两排气孔沿周向旋向相反设置，每排气孔6b1的数量为12个。
本实施例所示的气波发送系统，混合元件采用扩胀式混合腔，扩胀式混合腔的中部沿周向均匀设置至少三排连通燃气环腔的气孔，相邻两排气孔沿周向旋向相反设置，多排气孔及相邻两排气孔旋流方向相反的结构设置能够使燃气和空气进行快速、充分的混合，进入爆燃加速室产生强度更大的燃爆波，最终产生高强度的激波。
实施例2
图1、4、5示出了另一种气波发生系统的结构图。图中，这种气波发生系统的预混室6内腔依次设有气体旋流套管6a1、第二混合元件6e和气体出口套管6c。第二混合元件6e采用缩扩式混合腔，缩扩式混合腔的中部沿周向均匀设置12个连通燃气环腔6b2的气孔6b1。
与实施例1的结构相比，本实施例所示结构的混合元件采用缩扩式混合腔，缩扩式混合腔的中部沿周向均匀设置连通燃气环腔的气孔，预混室6的内腔设有气体旋流套管6a1。气体旋流套管6a1后形成中心带负压的旋转空气流，旋转空气流进入气体混合腔中能够与燃气更充分的混合。旋转空气流经过缩扩式混合腔的缩窄段加速后在缩扩式混合腔的喉部与燃气充分混合，混合后的气体经缩扩式混合腔的扩张段再次加速以较高速度进入燃烧室7进行爆燃。这种结构的气波发送系统能够产生速度更快、传播距离更远的激波。
实施例1和实施例2不是本发明仅有的结构组合，本发明可以根据需要的气波强度、速度和传播距离调整气波发生装置的结构，比如，需要产生强度更大、速度更快及传播距离更远的气波时，可以将实施例2中第二混合元件6e的缩扩式混合腔的中部设置多排气孔，改变相邻两排气孔的旋流方向。还可以根据实际需要在实施例1中的预混室的内腔设置气体旋流套管。上述结构可根据实际需要调整每排气孔的数量及气孔的倾斜角度，还可以调整螺旋叶片的数量以及每个螺旋叶片开槽的深度和数量。
这种气波发生系统通过预混室和爆燃加速室使燃气和空气充分混合后从爆燃转到爆轰状态，利用煤气等常用安全燃气即可实现乙烯等高活性气体气体燃烧产生强气波的效果。该系统具有可靠的安全性和优异的产生气波效果，能够用于气波清灰、消防和驱鸟兽等领域。
Claims (6)
1.一种气波发生系统，它包括配气装置和控制装置，其特征在于，它还包括燃气供给装置和气波发生装置（A），所述气波发生装置（A）依次采用空气入口管段（5）、预混室（6）、燃烧室（7）、爆燃加速室（8）和气波导向筒（9）固定连接，在燃烧室（7）的内部设有点火器（7a），爆燃加速室（8）的内部设有扰流元件（8a），扰流元件（8a）包含支撑管（8a1）和螺旋叶片（8a2），螺旋叶片（8a2）采用缠绕式固定在支撑管（8a1）上，扰流元件（8a）通过螺旋叶片（8a2）的外缘焊接在爆燃加速室（8）的内壁上，螺旋叶片（8a2）上设有开槽，开槽两侧的叶片向相反方向弯折形成叶片飞刺部（8a3）；
所述配气装置采用风机（3）通过第一止回阀（3a）连接空气入口管段（5）；
所述燃气供给装置采用管道依次连接减压阀（4）、微调阀（4a）、电磁阀（4b）、第二止回阀（4c）、阻火器（4d）和预混室（6）底部的燃气入口（6d）；
所述控制装置包含逆变器（1）和控制器（2），控制器（2）电连接由移动电源供电的逆变器（1）、风机（3）、电磁阀（4b）和点火器（7a）。
2.根据权利要求1所述的一种气波发生系统，其特征在于，所述预混室（6）的内腔依次设有气体入口套管（6a）、第一混合元件（6b）和气体出口套管（6c）；所述第一混合元件（6b）采用扩胀式混合腔，扩胀式混合腔的中部沿周向均匀设置至少三排连通燃气环腔（6b2）的气孔（6b1），相邻两排气孔沿周向旋向相反设置，每排气孔（6b1）的数量为3-20个。
3.根据权利要求1所述的一种气波发生系统，其特征在于，所述预混室（6）的内腔依次设有气体旋流套管（6a1）、第二混合元件（6e） 和气体出口套管（6c）；所述第二混合元件（6e） 采用缩扩式混合腔，缩扩式混合腔的中部沿周向均匀设置3-128个连通燃气环腔（6b2）的气孔（6b1）。
4.根据权利要求1所述的一种气波发生系统，其特征在于，所述螺旋叶片（8a2）的数量是3-10个，每个螺旋叶片（8a2）上设有3-6个开槽。
5.根据权利要求1所述的一种气波发生系统，其特征在于，所述控制器（2）采用PLC控制器，控制器（2）上设置有报警器和物联网连接器。
6.根据权利要求1所述的一种气波发生系统的工作过程，其特征在于，包括如下步骤：
a、将减压阀（4）接通燃气罐，逆变器（1）接通移动电源，启动控制器（2）；
b、通过控制器（2）启动风机（3），空气经过第一止回阀（3a）和空气入口（5）进入气体混合腔中，打开电磁阀（4b）、减压阀（4）和微调阀（4a），燃气通过燃气入口（6d）进入燃气环腔（6b2）内，再经过气孔（6b1）进入气体混合腔中与空气混合，燃气的流量通过微调阀（4a）控制调节；
c、混合后的气体通过气体出口套管（6c）进入燃烧室（7）内，通过控制器（2）启动点火器（7a），气体混合物在燃烧室（7）内进行初步爆燃后进入爆燃加速室（8）的内部，经过扰流元件（8a）的湍流扰动达到爆轰状态，最终形成高速的气波从气波导向筒（9）前方传播；
d、通过控制器（2）调节点火器（7a）的点火频率，从而控制周期性运动气波的发生频率，通过调节扰流元件（8a）上开槽的深度和数量控制爆燃转爆轰的空间距离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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