CN114034039A - 一种水下火炬燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种水下火炬燃烧器，包括：燃烧室；设置在所述燃烧室周侧的保护气进气管下方，用于向所述燃烧室内通入氧气或燃料和氧气的预混气，以排出所述燃烧室内的水；固定在所述燃烧室的底部的进气保护外管；中心氧进气管，所述中心氧进气管设置在所述进气保护外管中，用于向所述燃烧室内通入氧气，中心氧进气管和进气保护外管之间形成预混气通道，通过所述预混气通道向所述燃烧室内通入氧气和燃料的预混气。该燃烧器采用气态燃料和氧气作为燃气进行燃烧，通过气体旋流效应在燃烧室内创造隔离水环境的气体空腔，同时利用核心焰在气氧保护下的二次强化燃烧增强快速释热能力，在燃烧室出口通过高温高压燃气的射流效应维持火焰的可视性。

Description

一种水下火炬燃烧器
技术领域
本发明涉及机械装置及运输技术领域，尤其涉及一种水下火炬燃烧器。
背景技术
固体燃料火炬燃烧产物不环保；大气中燃烧时火焰刚性大，不飘逸，且成烟量大，视 觉效果差；水下燃烧会污染水体；固体火炬受固体药体积限制，工作时间有限，燃烧过程不受控，无法干预火炬熄灭时间。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种水下火炬燃烧器，该燃烧器采用气态燃料和氧气作为 燃气进行燃烧，通过气体旋流效应在燃烧室内创造隔离水环境的气体空腔，同时利用核心焰 在气氧保护下的二次强化燃烧增强快速释热能力，在燃烧室出口通过高温高压燃气的射流效 应维持火焰的可视性，适用于水下火炬的火焰展示，并且该燃烧器同时具备水下点火能力和 跨介质连续燃烧能力的优点，可同时兼顾地面和水下的火炬视觉效果。
为达到上述目的，本发明提出的一种水下火炬燃烧器，包括：
燃烧室；
保护气进气管，所述保护气进气管设置在所述燃烧室周侧下方，用于向所述燃烧室内通 入氧气或燃料和氧气的预混气，以排出所述燃烧室内的水；
进气保护外管，所述进气保护外管固定在所述燃烧室的底部，并伸入所述燃烧室内；
中心氧进气管，所述中心氧进气管设置在所述进气保护外管中，用于向所述燃烧室内通 入氧气，所述中心氧进气管和所述进气保护外管之间形成预混气通道，通过所述预混气通道 向所述燃烧室内通入氧气和燃料的预混气。
优选地，所述中心氧进气管顶端和所述进气保护外管顶端之间连接固定有若干扰流穏焰 片，所述扰流穏焰片位于所述预混气通道的出气口上方。
优选地，若干所述扰流穏焰等角度均布在所述中心氧进气管顶端和所述进气保护外管顶 端之间。
优选地，邻两个所述扰流穏焰片之间设有间隙，以用于所述预混气通道中预混气的出气。
优选地，所述燃烧室为筒状结构，所述保护气进气管的进气方向与燃烧室侧壁相切，以 使通过所述保护气进气管进入所述燃烧室内的氧气或燃料和氧气的预混气在所述燃烧室内 形成气动旋流。
优选地，所述保护气进气管设置两个或两个以上，两个或两个以上所述保护气进气管等 角度设置在所述燃烧室周侧。
优选地，所述中心氧进气管的进气端的管内径大于出气端的管内径。
优选地，所述进气保护外管与所述中心氧进气管之间的预混气通道的出气口和所述中心 氧进气管的出气口均位于所述保护气进气管在所述燃烧室内的出气口的上方。
优选地，所述保护气进气管中氧气或燃料和氧气的预混气的供给压力大于燃烧器处于工 作状态时的水压，以使所述燃烧室内形成适应燃烧的空腔环境。
优选地，通过所述预混气通道向所述燃烧室内通入的预混气的供给压力大于燃烧器处于 工作状态时的水压。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和 容易理解，其中：
图1是本发明一实施例提出的水下火炬燃烧器的局部结构示意图；
图2是本发明图1在A-A方向的剖视图；
图3是本发明图1在B-B方向的剖视图；
图4是本发明水下火炬燃烧器的局部结构剖视图；
图5是本发明燃烧器的局部结构示意图。
图中，1、燃烧室；2、保护气进气管；3、进气保护外管；4、中心氧进气管；41、进气端；42、出气端；43、安装环；5、预混气通道；6、扰流穏焰片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或 类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的 实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实 施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本发明一实施例提出的一种水下火炬燃烧器的局部结构示意图。
参见图1-3，一种水下火炬燃烧器，包括燃烧室1、保护气进气管2、进气保护外管3、和中心氧进气管4；
保护气进气管2设置在燃烧室1侧壁的下方，用于向燃烧室1内通入氧气或燃料和氧气 的预混气，以排出燃烧室1内的水；由于燃烧器处于水下工作状态时，水会进入燃烧器的燃 烧室1内部，进而影响火焰的点燃，此时通过在燃烧室1的侧壁下方设置保护气进气管2， 保护气进气管2与燃烧室1相连通，通过保护气进气管2从燃烧室1的底部向燃烧室1内部通入氧气或燃料和氧气的预混气，通过氧气或预混气的作用将燃烧室1内的水排出，进而使得燃烧室1内处于空腔状态，没有水的情况下有利于燃烧室1内的燃烧，
进气保护外管3固定在燃烧室1的底部，并伸入燃烧室1内；
中心氧进气管4设置在进气保护外管3中，用于向燃烧室1内通入氧气，中心氧进气管 4和进气保护外管3之间形成预混气通道5，通过预混气通道5向燃烧室1内通入氧气和燃料的预混气。
另外，预混气中的燃料为普通气态碳氢燃料(如丙烷、液化石油气等)，高效燃烧后产 物为水和二氧化碳，不会产生二次污染，同时燃气采用的是燃料和氧气预混气，提前预混好 的预混气能在核心焰喷嘴头部快速燃烧释热，有效提高水下火焰稳定性。
具体来说，中心氧进气管4套设在进气保护外管3内部，进而使得中心氧进气管4和进 气保护外管3组合形成双通道夹层的核心焰喷嘴结构，其中中心氧进气管4和进气保护外管 3的顶部之间不相连，即进气保护外管3和中心氧进气管4之间形成的预混气通道5的出气 口为中心氧进气管4和进气保护外管3的顶部之间的间隙，氧气和燃料的预混气通过预混气 通道5的出气口进入燃烧室1内部，点燃后在核心焰喷嘴结构的头部燃烧形成核心焰，同时 中心氧进气管4向正在燃烧的火焰中心喷入氧气，强化核心焰的燃烧和稳定性，在进气保护 外管3通入的氧气或预混气对核心焰的二次强化燃烧的作用下，能有效强化核心焰的强度， 并且核心焰在燃烧室1内的燃烧释热过程更为快速充分，同时高效释热会提高燃烧室1腔体 压力，进一步提高排水能力，强化燃烧室1的气体空腔稳定性，使得在核心焰喷嘴结构的头 部燃烧的高温高压燃气在燃烧室1出口仍能维持一定距离的有效射流，保证了火焰的可视性； 同时高效释热的高温燃气会有效抵消水环境下的热损耗，维持火焰的稳定性。
参阅图4，同时，在上述实施例中，中心氧进气管4的底端安装在进气保护外管3上，例如，中心氧进气管4底端固定在进气保护外管3上，也就是说，中心氧进气管4的底端侧 壁外表面固定有安装环43，中心氧进气管4通过安装环43固定在进气保护外管3的侧壁上， 安装环43上开有若干进气口，实现中心氧进气管4在进气保护外管3内部的固定，用于预 混气进入中心氧进气管4和进气保护外管3之间的预混气通道5中。
参阅图5，在本发明的一个实施例中，中心氧进气管4顶端和进气保护外管3顶端之间 连接固定有若干扰流穏焰片6，扰流穏焰片6位于预混气通道5的出气口上方，扰流穏焰片 可以是多种形状，不局限于说明附图5中的形状。
在本发明的一个实施例中，若干扰流穏焰6等角度均布在中心氧进气管4顶端和进气保 护外管3顶端之间。
在本发明的一个实施例中，相邻两个扰流穏焰片6之间设有间隙，以用于预混气通道5 中预混气的出气。
详细地，由于预混气通过预混气通道5的出气口直接通入燃烧室1内，在出气口处被点 燃进行燃烧，通过设置若干扰流穏焰片6，使得出气口处被分割成若干间隙，此时预混气从 间隙处出气，通过若干扰流穏焰片6局部堵塞预混气通道5中的预混气射流营造低速稳焰效 果，提高核心焰的稳定性和释热速率，使得预混气高速通过预混气通道5出气口处的扰流穏 焰片6时，在其背风面形成若干小的低速穏焰回流稳焰区，通过点火后，预混气稳定在核心 焰喷嘴头部燃烧。
在本发明的一个实施例中，燃烧室1为筒状结构，保护气进气管2的进气方向与燃烧室 1侧壁相切，以使通过保护气进气管2进入燃烧室1内的氧气或氧气与燃料的预混气在燃烧 室1内形成气动旋流。
具体地，也就是说，保护气进气管2与筒状的燃烧室1相切设置，进而使得，进入燃烧 室1内的氧气或燃料与氧气的预混气直接沿着燃烧室1的切线通入燃烧室1内；在此时，通 过将保护气进气管2设置两个或两个以上，两个或两个以上所述保护气进气管等角度设置在 所述燃烧室周侧；其中保护气进气管2数量可根据燃烧室1尺度调整，进而使得两个或两个 以上保护气进气管2通入燃烧室1内的氧气或预混气都是沿切线方向通入，并且由于等角度 设置，使得氧气或预混气通入均匀，两个或两个以上方向通入的氧气或预混气接触到燃烧室 1的内侧壁后，在燃烧室1内形成气动旋流。
在本发明的一个实施例中，保护气进气管2中氧气或燃料和氧气的预混气的供给压力大 于燃烧器处于工作状态时的水压，以使燃烧室1内形成适应燃烧的空腔环境。
结合上述实施例可知，当燃烧器在水中工作时，当两个或两个以上保护气进气管2通入 燃烧室1内的氧气或预混气都是沿切线方向通入时，在燃烧室1内形成气动旋流，保护气进 气管2氧气或预混气的供给压力大于燃烧器工作环境水压，以保证射流效果，保护气进气管 2中氧气或预混气进入燃烧室1后，压力降低体积膨胀，与气动旋流效应相结合，强行将燃 烧室1内的水排出，形成利于燃烧的富氧空腔。
在本发明的一个实施例中，通过预混气通道5向燃烧室1内通入的预混气的供给压力大 于燃烧器处于工作状态时的水压。
也就是说，当燃烧器在水中工作时，通过控制预混气压力大于燃烧器工作环境的水压， 能够保证喷注和火焰射流效果。
另外，保护气进气管2通入的保护氧气和中心氧进气管4通入燃烧室1之内的中心氧可 采用同一压力供给，以减小供给系统复杂度；保护气进气管2通入的保护氧气供给压力根据 燃烧器工作环境的水压提前设定，遵循供给压力大于水压的原则。
在本发明的一个实施例中，中心氧进气管4的进气端41的管内径大于出气端42的管内 径，进而能够使得通过中心氧进气管4的进气端通入的氧气经过出气端42管径的缩小，控 制出气端42出气的氧气量，实现稳定燃烧的效果。
在本发明的一个实施例中，进气保护外管3与中心氧进气管4之间的预混气通道5的出 气口和中心氧进气管4的出气口均位于保护气进气管2在燃烧室1内的出气口的上方。
也就是说，预混气通道5的出气口和中心氧进气管4的出气口均高于保护气进气管2与 燃烧室1连通处向燃烧室1内通入氧气或氧气与燃气的预混气的进气口的高度，以降低保护 气进气管2通入燃烧室1内的氧气或预混气的射流对预混气通道5的出气口处燃烧的核心火 焰根部稳定性的影响。
另外，本发明的燃烧器可以在大气环境下点火后入水工作，也可以在水下环境点火并稳 定工作，同时兼顾跨介质持续燃料能力。在地面工作时，可以减小或切断氧气供给，燃烧室 出口火焰刚性大幅降低，主要以燃料在大气中的扩散燃烧展示火焰，火焰形态符合传统认知， 入水前将各路氧气供给量调节至水下工作状态后入水，水下点火工作时，提前开启各气路排 开燃烧室及管路积水后即可有效点燃。
需要说明的是，在本发明的描述中，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。此外，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。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或 更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且 本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根 据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所 属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体 示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或 者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述 不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任 何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进 行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种水下火炬燃烧器，其特征在于，包括：
燃烧室；
保护气进气管，所述保护气进气管设置在所述燃烧室周侧下方，用于向所述燃烧室内通入氧气或燃料和氧气的预混气，以排出所述燃烧室内的水；
进气保护外管，所述进气保护外管固定在所述燃烧室的底部，并伸入所述燃烧室内；
中心氧进气管，所述中心氧进气管设置在所述进气保护外管中，用于向所述燃烧室内通入氧气，所述中心氧进气管和所述进气保护外管之间形成预混气通道，通过所述预混气通道向所述燃烧室内通入氧气和燃料的预混气。
2.如权利要求1所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，所述中心氧进气管顶端和所述进气保护外管顶端之间连接固定有若干扰流穏焰片，所述扰流穏焰片位于所述预混气通道的出气口上方。
3.如权利要求2所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，若干所述扰流穏焰等角度均布在所述中心氧进气管顶端和所述进气保护外管顶端之间。
4.如权利要求3所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，相邻两个所述扰流穏焰片之间设有间隙，以用于所述预混气通道中预混气的出气。
5.如权利要求2所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，所述燃烧室为筒状结构，所述保护气进气管的进气方向与燃烧室侧壁相切，以使通过所述保护气进气管进入所述燃烧室内的氧气或燃料和氧气的预混气在所述燃烧室内形成气动旋流。
6.如权利要求4所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，所述保护气进气管设置两个或两个以上，两个或两个以上所述保护气进气管等角度设置在所述燃烧室周侧。
7.如权利要求1所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，所述中心氧进气管的进气端的管内径大于出气端的管内径。
8.如权利要求1所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，所述进气保护外管与所述中心氧进气管之间的预混气通道的出气口和所述中心氧进气管的出气口均位于所述保护气进气管在所述燃烧室内的出气口的上方。
9.如权利要求1所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，所述保护气进气管中氧气或燃料和氧气的预混气的供给压力大于燃烧器处于工作状态时的水压，以使所述燃烧室内形成适应燃烧的空腔环境。
10.如权利要求1所述的一种水下火炬燃烧器，其特征在于，通过所述预混气通道向所述燃烧室内通入的预混气的供给压力大于燃烧器处于工作状态时的水压。
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