CN114165783B - 适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃烧器领域,具体讲,涉及一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器及控制方法。本发明的压力雾化恒功率柴油燃烧器包括风机、电机、油泵、第一供油油路、第二供油油路、进油管、回油管、燃油雾化装置、组织燃烧组件、点火组件、检火组件、控制器、油路自预热组件、液压调节风门和高能点火变压器;油路自预热组件用于对整个油路系统进行加热。本发明的柴油燃烧器通过油路自预热组件对整个油路系统加热,从而提高燃烧器在低温环境下的适应性。本发明的柴油燃烧器通过全油路预热、低氮短焰燃烧、高压高能点火等技术,拓宽燃烧器使用柴油的标号范围,实现燃烧器在复杂环境下的可靠点火、低氮短焰燃烧,提高燃烧器的复杂环境适应能力。
Description
技术领域
本发明涉及低功率(≤60kW)柴油燃烧器领域,具体讲,涉及一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器及控制方法。
背景技术
在低温、低气压、高湿等复杂环境条件,高可靠性的供热设备显得尤为重要。
柴油燃烧器(Oil burner)是一种以柴油燃料为主的燃烧装置,主要由油雾化器和调风器组成。目前市场上的低功率柴油燃烧器种类繁多,但大多都针对常温常压环境使用设计,无法满足温度-50℃~-30℃、气压0.04MPa~0.07Mpa、相对湿度70%~95%等复杂环境下的特殊需求,在复杂环境下使用时,存在以下方面问题:
1.点火能量不足导致点火成功率低;
2.低温柴油析蜡导致供油雾化效果差,甚至造成油路堵塞;
3.火焰长度长、配套小型供热设备时,火焰适配性差,NOx排放过高。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器。
本发明的发明目的在于提供一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器的控制方法。
为了完成本发明的发明目的,采用的技术方案为:
本发明提出一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,包括风机、电机、油泵、第一供油油路、第二供油油路、进油管、回油管、燃油雾化装置、组织燃烧组件、点火组件、检火组件、控制器、油路自预热组件、液压调节风门和高能点火变压器;
所述油路自预热组件用于对整个油路系统进行加热;
所述高能点火变压器安装在点火组件和控制器之间;
所述控制器同时控制所述风机、所述电机、所述油泵、所述点火组件、所述检火组件、所述高能点火变压器和所述油路自预热组件;
所述风机、所述电机和所述油泵串联;所述风机出口连接所述组织燃烧组件,所述风机的进风口配置有所述液压调节风门;所述第一供油油路、所述第二供油油路、所述进油管、所述回油管并联于所述油泵,所述第一供油油路连接所述油泵和所述燃油雾化装置,所述第二供油油路连接所述油泵和所述液压调节风门;液压调节风门包括风门油缸;
所述组织燃烧组件包括调节装置、燃烧筒、末端筒、双旋流稳焰盘和喷嘴;
所述末端筒固定于所述燃烧筒前端,所述双旋流稳焰盘固定于所述燃烧筒前端内部,且外锥面朝向所述燃烧筒内,所述调节装置安装于所述燃烧筒中段内部,所述喷嘴固定于所述燃烧筒中段内部;所述调节装置、所述燃烧筒、所述末端筒、所述双旋流稳焰盘和所述喷嘴组装时均同轴;
所述双旋流稳焰盘外边缘的外锥面与所述燃烧筒形成三次风通道;
所述调节装置一端端面置于三次风通道中,用于控制三次风通道截面积;
所述喷嘴喷油端与所述双旋流稳焰盘距一定距离。
可选的,所述第一供油油路、所述第二供油油路设置于所述油泵的同侧,在所述油泵的另一侧设置有通孔;所述油泵上设置有进油管和回油管;
所述油路自预热组件包括加热元件、温度传感器、温控开关、控制器和保温护套;所述加热元件分别安装于所述通孔内、所述喷嘴座尾部、所述进油管外部、所述回油管外部、所述喷嘴座油管外部、所述风门油缸油管外部和所述风门油缸外部;所述保温护套分别套在所述油管及对应所述加热元件和所述风门油缸及对应所述加热元件外部;
所述加热元件包括两根加热棒、两根伴热带、三组加热丝;所述保温护套包括五件保温护套;
所述加热棒包括安装于所述通孔内的第一加热棒和安装于所述喷嘴座尾部的第二加热棒;
所述伴热带包括设置于所述进油管外部的第一伴热带和设置于所述回油管外部的第二伴热带;
所述加热丝组包括设置于所述喷嘴座油管外部的第一加热丝组、设置于所述风门油缸油管外部的第二加热丝组和设置于所述风门油缸外部的第三加热丝组;
所述保温护套包括套装所述进油管及所述第一伴热带的第一保温护套、套装所述回油管及所述第二伴热带的第二保温护套、套装所述喷嘴座油管及所述第一加热丝组的第三保温护套、套装所述风门油缸油管及所述第二加热丝组的第四保温护套和套装所述风门油缸及所述第三加热丝组的第五保温护套。
可选的,所述通孔内设置有向所述油泵内延伸的筒型隔油护套,所述第一加热棒设置于所述筒型隔油护套内,所述筒型隔油护套用于将所述第一加热棒与所述油泵内部的柴油隔开;所述加热丝组由加热丝分别均匀缠绕在所述喷嘴座油管外部、所述风门油缸油管外部和所述风门油缸外部形成,所述加热丝为碳纤维电热丝;
所述第三、第四和第五保温护套为橡胶管;
所述伴热带为PTC恒温加热元件;
所述第一和第二保温护套为橡塑海绵管。
可选的,所述第一加热棒、所述第二加热棒、所述第一伴热带、所述第二伴热带、所述第一加热丝组、所述第二加热丝组和所述第三加热丝组并联后与所述控制器串接,所述控制器同时为所述加热元件供电;
所述温度传感器设置于所述油泵的外表面,用于实时监控油泵温度,所述控制器根据所述温度传感器的反馈信息控制燃烧器启停;所述温度传感器电路与所述控制器串联;
所述温控开关包括安装于所述油泵外表面的第一温控开关、安装于所述喷嘴座外表面的第二温控开关、分别设置于所述第一、第二、第三、第四、第五保温护套内的第三、第四、第五、第六、第七温控开关;
所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七温控开关电路分别与所述第一加热棒、所述第二加热棒、所述第一伴热带、所述第二伴热带、所述第一加热丝组、所述第二加热丝组、所述第三加热丝组电路串联。
可选的,所述燃烧筒上安装所述双旋流稳焰盘的一端,从端面沿轴向依次设置有收口结构、双旋流稳焰盘安装槽和末端筒安装螺纹孔;
所述双旋流稳焰盘安装槽有3个,且周向均匀设置于所述燃烧筒筒壁上,其中2个为封闭槽,另外1个为前端开口的稳焰盘U型槽,所述稳焰盘U型槽中部设有限位螺纹孔,所述双旋流稳焰盘的外边缘直径小于所述燃烧筒收口端的直径,所述双旋流稳焰盘安装并固定于所述双旋流稳焰盘安装槽内;
所述末端筒筒壁上周向均匀设置有至少2个回流孔,与所述燃烧筒连接端设置有3个轴向末端筒U型槽,所述末端筒U型槽与所述回流孔不连通,通过调节所述末端筒U型槽与所述末端筒安装螺纹孔的轴向相对位置改变所述末端筒回流孔与所述燃烧筒的重合面积,从而调节所述末端筒回流孔的通气截面积。
可选的,所述调节装置包括调节筒和调节杆,通过调节所述调节杆使所述调节筒轴向运动,在轴向运动过程中,所述调节筒端面与所述双旋流稳焰盘外边缘锥面发生相对位置的变化,使得三次风通道截面积改变。
可选的,所述双旋流稳焰盘为锥形阶梯结构,由锥形的第一折边、底盘和第二折边构成;
所述第一折边内圆与所述底盘外圆相接,所述第一折边上开有圆周均布的径向外旋流槽,所述外旋流槽至少3个,所述第一折边外圆上圆周均布有3个安装支脚,用于将所述双旋流稳焰盘安装在所述双旋流稳焰盘安装槽内;
所述第二折边外圆与所述底盘内圆相接;
所述底盘中部周向均布设有异型百叶窗成型的内旋流槽,所述内旋流槽至少3个,所述内旋流槽凸起部分朝向圆锥内,从所述底盘外圆至内圆,所述内旋流槽的开口面积从大变小,使得从所述内旋流槽出来的旋流风风量由大变小,靠近火焰根部的少量旋流风不易吹熄火焰;
所述内旋流槽与所述外旋流槽旋向相同,且同为二次风通道,所述底盘与所述第二折边形成的中心通道为一次风通道。
可选的,所述内旋流槽的凸台开口端面为P1,凸台开口端面中心线与所述双旋流稳焰盘中心轴线所确定的平面为P2,P1与P2的夹角为40°~60°;凸台上表面与所述底盘的夹角为25°~35°。
可选的,还包括大气参数传感器;
所述点火组件与所述高能点火变压器电气连接,所述高能点火变压器、所述检火组件和所述大气参数传感器分别与所述控制器通讯连接或电气连接;所述点火组件采用陶瓷点火针;所述高能点火变压器的放电功率为12W~60W,输出电压为8kV~12kV,输入电压范围为150V~220V;所述大气参数传感器检测环境参数,所述环境参数包括温度、气压和湿度,根据环境参数调节高能点火变压器的输入电压,以调整输出点火能量的大小;所述控制器具有供油前的预放电、火焰信号监测功能和延时放电功能;所述延时放电功能为正常点火并检测到火焰信号后继续放电t秒;10≤t≤15。
本发明还提出一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器的控制方法,所述控制方法包括柴油燃烧器低氮短焰燃烧的方法、全油路预热的方法和高压高能点火的方法;
实现所述柴油燃烧器低氮短焰燃烧的方法包括以下步骤:
S1、所述一次风具有强化燃油均匀雾化,避免局部积油燃烧的作用,所述二次风具有强化燃烧区油气混合,保证燃油充分燃烧及改变火焰形态的作用,所述三次风具有加强高温烟气扰动,促进燃烧及改变火焰形态的作用;通过调节所述调节装置,用于改变所述三次风通道截面积大小,在所述燃烧筒中供风风量一定的情况下,所述三次风通道截面积的改变使一次风风量、二次风风量及三次风风量改变,从而改变火焰燃烧形态;
S2、通过所述燃烧筒前端收口结构、所述双旋流稳焰盘上的所述内旋流槽和所述锥形底盘用于将三次风和所述内旋流槽的二次风聚向组合装置中心,强化拢火性能,缩短火焰;
S3、通过所述内旋流槽和所述外旋流槽的双旋流结构,使二次风在保证不吹熄火焰的前提下增大旋流配风强度,加强油雾火焰的湍乱程度,缩短火焰长度,同时,强化柴油雾化与空气充分掺混燃烧,避免火焰局部燃烧温度过高,降低NOx的生成;
S4、利用所述三次风通道的直流气流在所述燃烧筒前端的所述收口处形成一个高速低压区,使燃烧产生的部分高温烟气在负压梯度的作用下经所述末端筒回流孔回流至火焰根部,再次参与燃烧,从而降低了NOx的排放;
S5、在调节所述调节装置时,根据火焰形态,调节所述末端筒上所述末端筒U型槽与所述燃烧筒上所述末端筒安装螺纹孔的相对位置,改变所述末端筒筒壁上的所述回流孔进气口大小,从而控制高温烟气回流量,使NOx排放最少;
实现所述全油路预热的方法包括以下温度参数设定步骤:
S1、所述控制器控制燃烧器工作上下边界温度设定:
所述控制器下边界温度:T0;
所述控制器上边界温度:180℃;
S2、所述温控开关上下边界温度的设定:
所述温控开关下边界温度:T0;
所述温控开关上边界温度:T0+ΔT,满足T0+ΔT≤25℃;
T0为各标号柴油对应最低使用环境温度;
实现所述高压高能点火的方法包括以下步骤:
S1、利用大气参数传感器检测实际的环境参数,获得环境参数的数据;
S2、将环境参数的数据反馈至控制器,所述控制器判断并调节高能点火变压器的输入电压,所述高能点火变压器为所述点火组件提供高点火能量;
S3、所述点火组件预放电,所述检火组件检测火焰信号,如果检测到火焰信号,所述控制器停止所述点火组件并启动报警装置报警;若未检测到火焰信号,预放电完成后,所述供油油路打开,所述点火组件点火,所述检火组检测到火焰信号后,所述点火组件持续放电一段时间。
本发明至少具有以下有益的效果:
本发明所设计的一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,通过全油路预热、低氮短焰燃烧、高压高能点火等技术,拓宽燃烧器使用柴油的标号范围,实现燃烧器在复杂环境下的可靠点火、低氮短焰燃烧,提高燃烧器的复杂环境适应能力。
附图说明
图1为本发明实施例中某一具体实施方式的一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器的结构示意图;
图2为本发明实施例中某一具体实施方式的柴油燃烧器供油系统上安装油路自预热组件的结构示意图;
图3为本发明实施例中某一具体实施方式的组织燃烧组件的结构示意图;
图4为本申请实施例中某一具体实施方式的燃烧筒结构示意图;
图5为本申请实施例中某一具体实施方式的末端筒结构示意图;
图6为本申请实施例中某一具体实施方式的双旋流稳焰盘结构示意图;
图7为图6中双旋流稳焰盘的A-A剖视图;
图8为图7中的双旋流稳焰盘的B向局部视图;
图9为图6中的双旋流稳焰盘的C-C剖视图;
图10为本申请实施例中某一具体实施方式的高能点火变压器装置的结构示意图;
其中:
1-风机;
2-电机;
3-油泵;
4-第一供油油路(即喷嘴座油管);
5-第二供油油路(即风门油缸油管);
6-进油管;
7-回油管;
8-燃油雾化装置;
81-喷嘴座;
82-喷嘴;
9-组织燃烧组件;
91-燃烧筒;
911-收口;
912-双旋流稳焰盘安装槽;
9121-封闭槽;
9122-稳焰盘U型槽;
9123-限位螺纹孔;
913-末端筒安装螺纹孔;
92-双旋流稳焰盘;
921-第一折边;
9211-外旋流槽;
922-底盘;
9221-内旋流槽;
92211-凸台;
923-第二折边;
924-一次风通道;
925-三次风通道;
926-安装支脚;
93-末端筒;
931-回流孔;
932-末端筒U型槽;
94-调节装置;
941-调节筒;
942-调节杆;
10-点火组件;
11-检火组件;
12-控制器;
13-油路自预热组件;
131-第一加热棒;
132-第二加热棒;
133-第一伴热带;
134-第二伴热带;
135-第一加热丝组;
136-第二加热丝组;
137-第三加热丝组;
138-第一保温护套;
139-第二保温护套;
1310-第三保温护套;
1311-第四保温护套;
1312-第五保温护套;
1313-隔油护套;
1314-通孔;
14-液压调节风门;
141-风门油缸;
15-高能点火变压器;
16-大气参数传感器。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提出一种适于低温的低功率的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其结构示意图如图1所示,包括风机1、电机2、油泵3、第一供油油路(喷嘴座油管)4、第二供油油路(风门油缸油管)5、进油管6、回油管7、燃油雾化装置8、组织燃烧组件9、点火组件10、检火组件11、控制器12、油路自预热组件13、液压调节风门14和高能点火变压器15;其中,油路自预热组件13用于对整个油路系统进行加热;高能点火变压器15的含义为其最大放电功率为60W,最大输出电压为12kV;高能点火变压器15安装在点火组件10和控制器12之间;控制器12同时控制风机1、电机2、油泵3、点火组件10、检火组件11、高能点火变压器15和油路自预热组件13。风机1、电机2和油泵3串联;风机1出口连接组织燃烧组件9,风机1的进风口配置有液压调节风门14;液压调节风门14包括风门油缸141;第一供油油路4、第二供油油路5、进油管6、回油管7并联于油泵3,第一供油油路4连接油泵3和燃油雾化装置8,第二供油油路5连接油泵3和液压调节风门14。本发明实施例的柴油燃烧器通过全油路预热、低氮短焰燃烧、高压高能点火等技术,拓宽燃烧器使用柴油的标号范围,实现燃烧器在复杂环境下的可靠点火、低氮短焰燃烧,提高燃烧器的复杂环境适应能力。
下面对本发明实施例的实现柴油燃烧器全油路预热的设计进行详细描述。
本发明实施例在柴油燃烧器供油系统上安装油路自预热组件,装配于低功率柴油燃烧器,实现低温环境下低功率柴油燃烧器全油路加热,使得低功率柴油燃烧器在低温环境下使用各标号柴油时,燃烧器油路系统内柴油具有良好的流动性和雾化效果,解决环境温度低于所用柴油的最低使用温度时油路系统中柴油析蜡堵塞问题,拓宽低功率柴油燃烧器在低温环境下使用柴油的标号范围,从而使低功率柴油燃烧器可在低温环境下使用各标号柴油进行正常燃烧。其结构示意图如图2所示,柴油燃烧器供油系统包括喷嘴座81、油泵3和风门油缸141,喷嘴座81和油泵3通过喷嘴座油管4连接,油泵3和风门油缸141通过风门油缸油管5连接,喷嘴座油管4和风门油缸油管5设置于油泵3的同侧,在油泵3的另一侧设置有通孔1314;油泵3上设置有进油管6和回油管7;其中,油路自预热组件包括加热元件、温度传感器、温控开关、控制器和保温护套;加热元件分别安装于通孔1314内、喷嘴座81尾部、进油管6外部、回油管7外部、喷嘴座油管4外部、风门油缸油管5外部和风门油缸141外部。
作为本申请实施例的一种具体实施方式,本申请实施例根据油路结构、周围空间和所需热量的不同选择三种不同的加热元件,包括加热棒、伴热带、加热丝。其中,加热棒由高纯度氧化镁管、镍铬合金发热丝、304不锈钢耐高温套管和耐高温导线组成,具有加热均匀、导热性好,加热快等优点,且耐高温、绝缘、安全性高;伴热带为PTC恒温加热元件,原理是PTC加热元件加电后自热升温使阻值进入跃变区,PTC加热元件表面温度将保持恒定值,该温度只与PTC加热元件的居里温度和外加电压有关,而与环境温度基本无关,具有恒温加热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统加热元件无法比拟的优势;加热丝又可以称为电热丝或发热丝,根据材质可分为铁铬铝电热丝、镍铬电热丝和碳纤维电热丝,在此选用碳纤维电热丝,其为半导体发热体,相比金属电热丝,碳纤维电热丝发热效率约提高60%左右,发热更快,热利用率更好,同时,碳纤维电热丝还具有良好的耐高温性、耐腐蚀性和韧性,在弯曲状态下使用寿命更长,其次,碳纤维电热丝具有优异的安全性能,断开触点不会产生明火和碳纤维电热丝着火,且绝缘层破裂时不会漏电。具体安装方式如图2所示,加热棒包括安装于通孔1314内的第一加热棒131,用于对油泵3内部进行加热,安装于喷嘴座81尾部的第二加热棒132,用于对喷嘴座81进行加热。油泵3和喷嘴座81内部存油多,加热面积大,所需热量多,且结构复杂,加热方式受限,而加热棒功率不受导线长短限制,体积小,可集成于零部件内部,加热快,安装方便。
本申请实施例中的伴热带包括设置于进油管6外部的第一伴热带133和回油管7外部的第二伴热带134,第一伴热带133用于对进油管6进行加热,第二伴热带组134用于对回油管7进行加热。伴热带与管路紧密接触,这两个部位选用伴热带的技术优势是伴热带为扁平结构,加热面积大,加热均匀,较短长度就能满足加热需求,而且进、回油管设置在外面,伴热带恒温加热,安全可靠。
本申请实施例中的加热丝组包括设置于喷嘴座油管4外部的第一加热丝组135、风门油缸油管5外部的第二加热丝组136和风门油缸141外部的第三加热丝组137,第一加热丝组135用于对喷嘴座油管4进行加热,第二加热丝组136用于对风门油缸油管5进行加热,第三加热丝组137用于对风门油缸141进行加热,加热丝组由加热丝分别均匀缠绕在喷嘴座油管4外部、风门油缸油管5外部和风门油缸141外部形成。这三个部位选用加热丝的技术优势是喷嘴座油管4和风门油缸油管5为小直径金属铜管,固定折弯结构,风门油缸141为短粗伸缩柱体结构,且三者安装位置紧凑,周围空间有限,而加热丝截面积小,线体柔韧性好,可根据油管和油缸结构紧密均匀缠绕在其外围,占用空间小。
作为本申请实施例的一种具体实施方式,通孔1314内设置有向油泵内延伸的筒型隔油护套1313,第一加热棒131设置于筒型隔油护套1313内;从而将第一加热棒131与油泵3内部的柴油隔开。筒型隔油护套1313的材质为金属,厚度为0.5mm~1.5mm,筒型隔油护套9不仅可隔油,保证燃烧器的安全,并且导热效果良好,从而保证第一加热棒131的热量完全传导进入油泵内部。
作为本申请实施例的一种具体实施方式,为了保证加热元件的加热效果,第一伴热带133、第二伴热带134的外部分别设置有第一保温护套138和第二保温护套139,第一保温护套138和第二保温护套139为橡塑海绵管;第一加热丝组135、第二加热丝组136、第三加热丝组137外部分别设置有第三保温护套1310、第四保温护套1311和第五保温护套1312,第三保温护套1310、第四保温护套1311和第五保温护套1312为橡胶管,橡胶和橡塑海绵导热系数低,绝热效果持久良好,易弯曲,且具有良好的耐温耐候性和绝缘性,也可起到一定的减震和吸音降噪作用,从而保证燃烧器的使用寿命。
作为本申请实施例的一种具体实施方式,本申请实施例根据所需热量的不同选择了具体型号的加热元件,具体为:第一加热棒131和第二加热棒132的功率均为55W~65W,第一伴热带133和第二伴热带134的功率均为40W~50W,第一加热丝组135和第二加热丝组136的功率均为10W~16W,第三加热丝组137的功率为8W~12W。
作为本申请实施例的一种具体实施方式,温度传感器设置于油泵3外表面,用于实时监控油泵温度,并将油泵温度传至控制器,控制器根据反馈的温度确定燃烧器通电状态下的启停。
作为本申请实施例的一种具体实施方式,温控开关包括安装于油泵3外表面的第一温控开关、安装于喷嘴座81外表面的第二温控开关、分别设置于第一保温护套138、第二保温护套139、第三保温护套1310、第四保温护套1311、第五保温护套1312内的第三、第四、第五、第六、第七温控开关,第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七温控开关电路分别与第一加热棒131、第二加热棒132、第一伴热带133、第二伴热带134、第一加热丝组135、第二加热丝组136、第三加热丝组137电路串联,串联后再与控制器并联,由控制器供电。温控开关可设置温控范围,控制加热电路通断,起到安全保护、节能作用。
下面对本发明实施例的实现柴油燃烧器低氮短焰燃烧的设计进行详细描述。
为了实现柴油燃烧器低氮短焰燃烧,本发明实施例提出结构示意图如图3所示,燃油雾化装置包括喷嘴座81和喷嘴82;组织燃烧组件主要包括燃烧筒91、末端筒93、双旋流稳焰盘92、调节装置94。末端筒93固定于燃烧筒91前端,双旋流稳焰盘92固定于燃烧筒91前端内部,且外锥面朝向燃烧筒91内,调节装置94安装于燃烧筒91中段内部,喷嘴82固定于燃烧筒91中段内部;调节装置94、燃烧筒91、末端筒93、双旋流稳焰盘92和喷嘴82组装时均同轴;双旋流稳焰盘92第一折边921外锥面与燃烧筒91形成三次风通道925;调节装置94一端端面置于三次风通道925中,可控制三次风通道925截面积;喷嘴82喷油端距双旋流稳焰盘92一定距离,该距离可调节,一般为3~5mm;点火组件10针尖距离喷嘴82的出口一定距离,该距离可调节,一般为2~3mm。
在本申请实施例的组合装置中,具体如图3所示,调节装置94包括调节筒941和调节杆942,调节杆942置于调节筒941远离双旋流稳焰盘942的一侧,通过调节杆942可调节调节筒941进行轴向运动;双旋流稳焰盘92的外边缘直径小于燃烧筒91收口端的直径。
在本申请实施例的组合装置中,具体如图4所示,燃烧筒91从端面沿轴向依次设置有收口911结构、双旋流稳焰盘安装槽912和末端筒安装螺纹孔913。双旋流稳焰盘安装槽912有3个,且周向均匀设置于燃烧筒筒壁上,其中2个为封闭槽9121,另外1个为前端开口的稳焰盘U型槽稳焰盘9122,稳焰盘U型槽9122中部设有限位螺纹孔9123。
在本申请实施例的组合装置中,具体如图5所示,末端筒93筒壁上周向均匀设置有至少2个回流孔931,一端设置有3个轴向末端筒U型槽932,末端筒U型槽932与回流孔931不连通。
在本申请实施例的组合装置中,具体如图6~图9所示,双旋流稳焰盘92为锥形阶梯结构,由锥形的第一折边921、底盘922和第二折边923构成。第一折边921内圆与底盘922外圆相接,第一折边921上开有圆周均布的径向外旋流槽9211,外旋流槽9211至少3个,并进一步优选外旋流槽9211为8~12个,第一折边921外圆上圆周均布有3个安装支脚926,用于将双旋流稳焰盘92安装在双旋流稳焰盘安装槽912内;第二折边923外圆与底盘922内圆相接;底盘922中部周向均布设有异型百叶窗成型的内旋流槽9221,内旋流槽至少3个,并进一步优选内旋流槽为5~6个,内旋流槽凸起部分朝向圆锥内,从底盘922外圆至内圆,内旋流槽9221开口面积从大变小;内旋流槽9221的凸台92211开口端面为P1,凸台92211开口端面中心线与双旋流稳焰盘92中心轴线所确定的平面为P2,P1与P2的夹角为40°~60°(夹角越大,旋流强度越大,火焰短而粗),凸台92211上表面与底盘42的夹角为25°~35°(夹角越大,旋流强度越小,火焰越细长),增大旋流度,可以大幅度缩短火焰长度,但过大的旋流度会导致气流扩张角过大,引起燃油碰壁产生严重冒烟,造成NOx排放过高。优选的,第一折边921、底盘922和第二折边923的锥度之比为[(1.8~2.2):(3.8~4.2):1],双旋流稳焰盘92厚跨比为[1:(6~6.6)];内旋流槽9221与外旋流槽9211旋向相同,且同为二次风通道,底盘922与第二折边923形成的中心通道为一次风通道924。
在本申请实施例的组合装置中,具体的组装方式:双旋流稳焰盘92通过第一折边921外圆上的安装支脚926安装于燃烧筒91的双旋流稳焰盘安装槽912内,且外锥面朝向燃烧筒91内,通过螺钉拧紧于限位螺纹孔9123中轴向顶住双旋流稳焰盘92安装支脚926形成轴向限位,其第一折边921外锥面与燃烧筒91形成三次风通道925;末端筒93的末端筒U型槽932与燃烧筒91的末端筒安装螺纹孔913通过螺钉连接固定,通过调节末端筒U型槽932与末端筒安装螺纹孔913的轴向相对位置改变末端筒93回流孔931与燃烧筒91的重合面积;调节装置94安装于燃烧筒91中段内部,调节装置94的调节筒端面置于三次风通道925中,通过调节杆941调节调节筒941端面与双旋流稳焰盘92第一折边921的相对位置,用于控制三次风通道925截面积;喷嘴82喷油端距双旋流稳焰盘92一定距离,该距离可调节,一般为3~5mm;点火组件10针尖距离喷嘴82的出口一定距离,该距离可调节,一般为2~3mm;调节装置94、燃烧筒91、末端筒93、双旋流稳焰盘92和喷嘴82组装时均同轴。
下面对本发明实施例的实现高压高能点火的设计进行详细描述。
本发明实施例提出一种低功率柴油燃烧器用高能点火变压器装置,其结构示意图如图10所示,包括点火组件10、高能点火变压器15、检火组件11、点火组件10与高能点火变压器15电气连接,高能点火变压器15、检火组件11和大气参数传感器16分别于控制器12通讯连接或电气连接。点火组件10采用陶瓷点火针,具有耐高温、耐腐蚀,绝缘强度高的技术优势。在本发明实施例中,高能点火变压器的输入电压范围为150V~220V。相同输入电压条件下,高能点火变压器与目前的产品相比,具有最大输出电压和输出电流大、放电功率高的技术优势,能满足温度-50℃~-30℃、气压0.04MPa~0.07MPa、相对湿度70%~95%等复杂环境点火能量需求。
在本发明实施例中,高能点火变压器的线圈采用多股漆包线绕制,可利用高频电流趋肤效应降低导线阻抗,提高变压器的工作效率;磁芯采用低频铁氧体磁体材料,且截面积增加10%~20%,避开了磁芯的磁饱和状态,提高磁芯的导磁效率,增加了次级的输出功率。
在本发明实施例中,利用大气参数传感器检测环境参数,具体包括温度、气压和湿度,计算并调节高能点火变压器的输入电压,以调整输出点火能量的大小供不同复杂环境使用。具体的,根据试验,建立点火能量与环境参数的关系模型,然后利用大气参数传感器检测实际的环境参数,带入关系模型中,获得此环境条件下所需的最小点火能量参数,进而得出所需次级输出电压,根据高能点火变压器的匝数比计算并调节其输入电压。
大气参数传感器检测环境参数:温度为-50℃、气压为0.04MPa、相对湿度为95%的复杂环境下,调节高能点火变压器的输入电压为220V,输出电压为12kV,放电功率为60W,点火成功率为100%。
作为本发明实施例的一种改进,控制器具有控制点火组件供油前进行预放电的功能,预放电功能可提高点火组件周边空气温度,提高点火成功率。同时,控制器具有控制检火组件供油前检测火焰信号的功能,检测火焰信号的时间是在预放电阶段,如果在此时检测到火焰信号,控制器停止点火器装置工作并启动报警装置报警,可避免因供油油路失效喷油导致炉膛积油雾,防止爆燃故障,从而提高燃烧器点火安全性。并且,控制器具有延时放电控制功能,具体为,正常点火并检测到火焰信号后再持续放电10s~15s时间,提高点火成功率,实现低功率柴油燃烧器在复杂环境下的可靠点火。
本发明实施例技术方案的运用:
根据低功率柴油燃烧器使用柴油标号对应的适用环境温度,按照温度设定要求,在控制器上设定燃烧器工作上下边界温度,在各温控开关上设定温控开关闭合温度和断开温度。
燃烧器通电时,各油路系统中的温控开关可根据油路部件温度自行控制相应的加热元件工作,即当温控开关检测到加热部件温度低于设定的下边界温度T0时,温控开关控制加热元件开始加热,当温控开关检测到加热部件温度高于设定的上边界温度T0+ΔT时,温控开关控制加热元件停止加热,相应的,温度传感器开始实时监测油泵温度,并将检测结果反馈至控制器,控制器将反馈信号与设定的控制器上下边界温度进行比较,当温度传感器检测到油泵温度低于T0或大于等于180℃时,燃烧器不启动;当温度传感器检测温度达到T0或在T0~180℃之间时,燃烧器启动。控制器电驱动电机,带动风机开始前吹扫(油路打开前),此时,大气参数传感器开始检测环境参数(温度、气压、湿度),并将检测信号反馈至控制器,控制器判断并调节高能点火变压器的输入电压,以调整其输出电压,然后,控制点火组件开始预放电,同时控制检火组件检测火焰信号,若此时检测到火焰信号,燃烧器锁定并报警;若未检测到火焰信号,预放电完成后,油路打开。经喷嘴向双旋流稳焰盘内喷射柴油,转动的风机通过双旋流稳焰盘的一、二、三次风通道为燃烧供风(调节调节装置,可改变燃烧配风比例),点火组件开始放电点火,火焰正常燃烧至检测到火焰信号后,点火组件持续放电一段时间,稳定火焰,燃烧器进入正常燃烧阶段。
燃烧器正常燃烧时,燃烧筒的收口结构可将三次风聚拢成一定锥度导向火焰,起到拢火作用;同时,三次风通道的直流气流在燃烧筒前端的收口处形成一个高速低压区,使燃烧产生的部分高温烟气在负压梯度的作用下经末端筒的回流孔回流至火焰根部,再次参与燃烧;通过调节末端筒上末端筒U型槽与燃烧筒上末端筒安装螺纹孔的相对位置,可改变末端筒壁上的回流孔进气口大小,控制高温烟气回流量。
燃烧器通电状态下,温控开关、温度传感器一直保持工作,当燃烧器正常工作时,温度传感器检测温度大于等于180℃时,燃烧器锁定,避免油路系统高温出现安全隐患。因此,该控制系统能够保证在燃油流动雾化良好的情况下,使得燃烧器油路处于T0~180℃安全区间内安全工作。
目前,市场上采用强制供风的35kW压力雾化恒功率电控柴油燃烧器火焰长度为290~380mm,烟气中NOx含量为150~180mg/m3,本申请实施例的35kW压力雾化恒功率柴油燃烧器火焰长度为170mm~220mm,烟气中NOx含量为115~140mg/m3。
本发明实施例还提出适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器的控制方法,控制方法包括柴油燃烧器低氮短焰燃烧的方法、全油路预热的方法和高压高能点火的方法,
实现柴油燃烧器低氮短焰燃烧的方法包括以下步骤:
S1、所述一次风具有强化燃油均匀雾化,避免局部积油燃烧的作用,所述二次风具有强化燃烧区油气混合,保证燃油充分燃烧及改变火焰形态的作用,所述三次风具有加强高温烟气扰动,促进燃烧及改变火焰形态的作用;通过调节调节装置,用于改变三次风通道截面积大小,在燃烧筒中供风风量一定的情况下,三次风通道截面积的改变可使一次风风量、二次风风量及三次风风量改变,从而改变火焰燃烧形态;
S2、通过燃烧筒前端收口结构、双旋流稳焰盘上的内旋流槽和锥形底盘用于将三次风和内旋流槽的二次风聚向组合装置中心,强化拢火性能,缩短火焰;
S3、通过内旋流槽和外旋流槽的双旋流结构,使二次风在保证不吹熄火焰的前提下增大旋流配风强度,加强油雾火焰的湍乱程度,缩短火焰长度,同时,强化柴油雾化与空气充分掺混燃烧,避免火焰局部燃烧温度过高,降低NOx的生成;
S4、利用三次风通道的直流气流在燃烧筒前端的收口处形成一个高速低压区,使燃烧产生的部分高温烟气在负压梯度的作用下经末端筒回流孔回流至火焰根部,再次参与燃烧,从而降低了NOx的排放;
S5、在调节调节装置时,根据火焰形态,调节末端筒上末端筒U型槽与燃烧筒上末端筒安装螺纹孔的相对位置,改变末端筒筒壁上的回流孔进气口大小,从而控制高温烟气回流量,使NOx排放最少。
实现全油路预热的方法包括以下温度参数设定步骤:
S1、所述控制器控制燃烧器工作上下边界温度设定:
所述控制器下边界温度(开机温度):T0(GB 19147《车用柴油》规定的各标号柴油对应最低使用环境温度);
所述控制器上边界温度(停机温度):180℃;
S2、所述温控开关上下边界温度的设定:
所述温控开关下边界温度(温控开关通电温度):T0(GB 19147《车用柴油》规定的各标号柴油对应最低使用环境温度);
所述温控开关上边界温度(温控开关断电温度):T0+ΔT,满足T0+ΔT≤25℃。
实现高压高能点火的方法包括以下步骤:
S1、利用大气参数传感器检测实际的环境参数,获得环境参数的数据;
S2、将环境参数的数据反馈至控制器,控制器判断并调节高能点火变压器的输入电压,高能点火变压器为点火组件提供高点火能量;
S3、点火组件预放电,检火组件检测火焰信号,如果检测到火焰信号,控制器停止所述点火组件并启动报警装置报警;若未检测到火焰信号,预放电完成后,供油油路打开,所述点火组件点火,检火组检测到火焰信号后,点火组件持续放电一段时间。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但并不是用来限定权利要求,任何本领域技术人员在不脱离本发明构思的前提下,都可以做出若干可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其特征在于,包括风机、电机、油泵、第一供油油路、第二供油油路、进油管、回油管、燃油雾化装置、组织燃烧组件、点火组件、检火组件、控制器、油路自预热组件、液压调节风门和高能点火变压器;
所述油路自预热组件用于对整个油路系统进行加热;
所述高能点火变压器安装在点火组件和控制器之间;
所述控制器同时控制所述风机、所述电机、所述油泵、所述点火组件、所述检火组件、所述高能点火变压器和所述油路自预热组件;
所述风机、所述电机和所述油泵串联;所述风机出口连接所述组织燃烧组件,所述风机的进风口配置有所述液压调节风门;所述第一供油油路、所述第二供油油路、所述进油管、所述回油管并联于所述油泵,所述第一供油油路连接所述油泵和所述燃油雾化装置,所述第二供油油路连接所述油泵和所述液压调节风门;液压调节风门包括风门油缸;
所述组织燃烧组件包括调节装置、燃烧筒、末端筒、双旋流稳焰盘和喷嘴;
所述末端筒固定于所述燃烧筒前端,所述双旋流稳焰盘固定于所述燃烧筒前端内部,且外锥面朝向所述燃烧筒内,所述调节装置安装于所述燃烧筒中段内部,所述喷嘴固定于所述燃烧筒中段内部;所述调节装置、所述燃烧筒、所述末端筒、所述双旋流稳焰盘和所述喷嘴组装时均同轴;
所述双旋流稳焰盘外边缘的外锥面与所述燃烧筒形成三次风通道;
所述调节装置一端端面置于三次风通道中,用于控制三次风通道截面积;
所述喷嘴喷油端与所述双旋流稳焰盘距一定距离;
所述第一供油油路、所述第二供油油路设置于所述油泵的同侧,在所述油泵的另一侧设置有通孔;所述油泵上设置有进油管和回油管;
所述油路自预热组件包括加热元件、温度传感器、温控开关、控制器和保温护套;所述加热元件分别安装于所述通孔内、所述喷嘴座尾部、所述进油管外部、所述回油管外部、所述喷嘴座油管外部、所述风门油缸油管外部和所述风门油缸外部;所述保温护套分别套在所述油管及对应所述加热元件和所述风门油缸及对应所述加热元件外部;
所述加热元件包括两根加热棒、两根伴热带、三组加热丝;所述保温护套包括五件保温护套;
所述加热棒包括安装于所述通孔内的第一加热棒和安装于所述喷嘴座尾部的第二加热棒;
所述伴热带包括设置于所述进油管外部的第一伴热带和设置于所述回油管外部的第二伴热带;
所述三组加热丝包括设置于所述喷嘴座油管外部的第一加热丝组、设置于所述风门油缸油管外部的第二加热丝组和设置于所述风门油缸外部的第三加热丝组;
所述保温护套包括套装所述进油管及所述第一伴热带的第一保温护套、套装所述回油管及所述第二伴热带的第二保温护套、套装所述喷嘴座油管及所述第一加热丝组的第三保温护套、套装所述风门油缸油管及所述第二加热丝组的第四保温护套和套装所述风门油缸及所述第三加热丝组的第五保温护套。
2.根据权利要求1所述的适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其特征在于:
所述通孔内设置有向所述油泵内延伸的筒型隔油护套,所述第一加热棒设置于所述筒型隔油护套内,所述筒型隔油护套用于将所述第一加热棒与所述油泵内部的柴油隔开;所述加热丝组由加热丝分别均匀缠绕在所述喷嘴座油管外部、所述风门油缸油管外部和所述风门油缸外部形成,所述加热丝为碳纤维电热丝;
所述第三、第四和第五保温护套为橡胶管;
所述伴热带为PTC恒温加热元件;
所述第一和第二保温护套为橡塑海绵管。
3.根据权利要求1所述的适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其特征在于:
所述第一加热棒、所述第二加热棒、所述第一伴热带、所述第二伴热带、所述第一加热丝组、所述第二加热丝组和所述第三加热丝组并联后与所述控制器串接,所述控制器同时为所述加热元件供电;
所述温度传感器设置于所述油泵的外表面,用于实时监控油泵温度,所述控制器根据所述温度传感器的反馈信息控制燃烧器启停;所述温度传感器电路与所述控制器串联;
所述温控开关包括安装于所述油泵外表面的第一温控开关、安装于所述喷嘴座外表面的第二温控开关、分别设置于所述第一、第二、第三、第四、第五保温护套内的第三、第四、第五、第六、第七温控开关;
所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七温控开关电路分别与所述第一加热棒、所述第二加热棒、所述第一伴热带、所述第二伴热带、所述第一加热丝组、所述第二加热丝组、所述第三加热丝组电路串联。
4.根据权利要求1所述的适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其特征在于:
所述燃烧筒上安装所述双旋流稳焰盘的一端,从端面沿轴向依次设置有收口结构、双旋流稳焰盘安装槽和末端筒安装螺纹孔;
所述双旋流稳焰盘安装槽有3个,且周向均匀设置于所述燃烧筒筒壁上,其中2个为封闭槽,另外1个为前端开口的稳焰盘U型槽,所述稳焰盘U型槽中部设有限位螺纹孔,所述双旋流稳焰盘的外边缘直径小于所述燃烧筒收口端的直径,所述双旋流稳焰盘安装并固定于所述双旋流稳焰盘安装槽内;
所述末端筒筒壁上周向均匀设置有至少2个回流孔,与所述燃烧筒连接端设置有3个轴向末端筒U型槽,所述末端筒U型槽与所述回流孔不连通,通过调节所述末端筒U型槽与所述末端筒安装螺纹孔的轴向相对位置改变所述末端筒回流孔与所述燃烧筒的重合面积,从而调节所述末端筒回流孔的通气截面积。
5.根据权利要求4所述的适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其特征在于:
所述调节装置包括调节筒和调节杆,通过调节所述调节杆使所述调节筒轴向运动,在轴向运动过程中,所述调节筒端面与所述双旋流稳焰盘外边缘锥面发生相对位置的变化,使得三次风通道截面积改变。
6.根据权利要求4所述的适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其特征在于:
所述双旋流稳焰盘为锥形阶梯结构,由锥形的第一折边、底盘和第二折边构成;
所述第一折边内圆与所述底盘外圆相接,所述第一折边上开有圆周均布的径向外旋流槽,所述外旋流槽至少3个,所述第一折边外圆上圆周均布有3个安装支脚,用于将所述双旋流稳焰盘安装在所述双旋流稳焰盘安装槽内;
所述第二折边外圆与所述底盘内圆相接;
所述底盘中部周向均布设有异型百叶窗成型的内旋流槽,所述内旋流槽至少3个,所述内旋流槽凸起部分朝向圆锥内,从所述底盘外圆至内圆,所述内旋流槽的开口面积从大变小,使得从所述内旋流槽出来的旋流风风量由大变小,靠近火焰根部的少量旋流风不易吹熄火焰;
所述内旋流槽与所述外旋流槽旋向相同,且同为二次风通道,所述底盘与所述第二折边形成的中心通道为一次风通道。
7.根据权利要求6所述的适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其特征在于:所述内旋流槽的凸台开口端面为P1,凸台开口端面中心线与所述双旋流稳焰盘中心轴线所确定的平面为P2,P1与P2的夹角为40°~60°;凸台上表面与所述底盘的夹角为25°~35°。
8.根据权利要求1所述的适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器,其特征在于:还包括大气参数传感器;
所述点火组件与所述高能点火变压器电气连接,所述高能点火变压器、所述检火组件和所述大气参数传感器分别与所述控制器通讯连接或电气连接;所述点火组件采用陶瓷点火针;所述高能点火变压器的放电功率为12W~60W,输出电压为8kV~12kV,输入电压范围为150V~220V;所述大气参数传感器检测环境参数,所述环境参数包括温度、气压和湿度,根据环境参数调节高能点火变压器的输入电压,以调整输出点火能量的大小;所述控制器具有供油前的预放电、火焰信号监测功能和延时放电功能;所述延时放电功能为正常点火并检测到火焰信号后继续放电t秒;10≤t≤15。
9.采用如权利要求6所述的适应复杂环境的压力雾化恒功率柴油燃烧器的控制方法,其特征在于,所述控制方法包括柴油燃烧器低氮短焰燃烧的方法、全油路预热的方法和高压高能点火的方法;
实现所述柴油燃烧器低氮短焰燃烧的方法包括以下步骤:
S1、所述一次风具有强化燃油均匀雾化,避免局部积油燃烧的作用,所述二次风具有强化燃烧区油气混合,保证燃油充分燃烧及改变火焰形态的作用,所述三次风具有加强高温烟气扰动,促进燃烧及改变火焰形态的作用;通过调节所述调节装置,用于改变所述三次风通道截面积大小,在所述燃烧筒中供风风量一定的情况下,所述三次风通道截面积的改变使一次风风量、二次风风量及三次风风量改变,从而改变火焰燃烧形态;
S2、通过所述燃烧筒前端收口结构、所述双旋流稳焰盘上的所述内旋流槽和所述锥形底盘用于将三次风和所述内旋流槽的二次风聚向组合装置中心,强化拢火性能,缩短火焰;
S3、通过所述内旋流槽和所述外旋流槽的双旋流结构,使二次风在保证不吹熄火焰的前提下增大旋流配风强度,加强油雾火焰的湍乱程度,缩短火焰长度,同时,强化柴油雾化与空气充分掺混燃烧,避免火焰局部燃烧温度过高,降低NOx的生成;
S4、利用所述三次风通道的直流气流在所述燃烧筒前端的所述收口处形成一个高速低压区,使燃烧产生的部分高温烟气在负压梯度的作用下经所述末端筒回流孔回流至火焰根部,再次参与燃烧,从而降低了NOx的排放;
S5、在调节所述调节装置时,根据火焰形态,调节所述末端筒上所述末端筒U型槽与所述燃烧筒上所述末端筒安装螺纹孔的相对位置,改变所述末端筒筒壁上的所述回流孔进气口大小,从而控制高温烟气回流量,使NOx排放最少;
实现所述全油路预热的方法包括以下温度参数设定步骤:
S1、所述控制器控制燃烧器工作上下边界温度设定:
所述控制器下边界温度:T0;
所述控制器上边界温度:180℃;
S2、所述温控开关上下边界温度的设定:
所述温控开关下边界温度:T0;
所述温控开关上边界温度:T0+ΔT,满足T0+ΔT≤25℃;
其中,T0为各标号柴油对应最低使用环境温度;
实现所述高压高能点火的方法包括以下步骤:
S1、利用大气参数传感器检测实际的环境参数,获得环境参数的数据;
S2、将环境参数的数据反馈至控制器,所述控制器判断并调节高能点火变压器的输入电压,所述高能点火变压器为所述点火组件提供高点火能量;
S3、所述点火组件预放电,所述检火组件检测火焰信号,如果检测到火焰信号,所述控制器停止所述点火组件并启动报警装置报警;若未检测到火焰信号,预放电完成后,所述供油油路打开,所述点火组件点火,所述检火组检测到火焰信号后,所述点火组件持续放电一段时间。
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