CN203929570U

CN203929570U - 一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置

Info

Publication number: CN203929570U
Application number: CN201420254373.7U
Authority: CN
Inventors: 汪箭; 姚嘉杰; 李海航; 周德闯
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2014-05-17
Filing date: 2014-05-17
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2024-05-17

Abstract

本实用新型提供一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置，该装置包括低压舱室内腔(1-1)、气体燃烧器(1-2)、燃料进气管(1-3)、燃料质量流量控制器(1-4)、燃料气瓶及压力控制阀(1-5)、伴流空气进气管(1-6)、伴流空气质量流量控制器(1-7)、燃料气瓶及压力控制阀(1-8)、调压气体进气管(1-9)、调压气体气瓶及压力调节阀(1-10)、安全阀(1-11)、压力计(1-12)、水环泵及止回控制装置(1-13)、石英观察窗(1-14)、清洗气体N₂进入管路(1-15)、和N₂气瓶及压力控制阀(1-16)；该装置不仅结构简单、适用性广、操作方便，而且还可以推广进行测量不同压力条件下的碳烟颗粒特性。

Description

一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置

技术领域

本实用新型属于碳氢燃料碳烟颗粒特性测定技术领域，具体来说，本实用新型涉及一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置。

背景技术

西藏等高原地区的低压低氧的环境不可避免对现有的消防技术手段和建筑设计规范形成一个挑战。目前关于高海拔环境对火灾的发生发展产生何种影响等依然缺少深入研究。一方面，随着海拔高度的升高，环境压力和氧浓度会降低，这将影响可燃物的燃烧速率、火焰及烟气温度、烟气浓度等燃烧特性，而这些参数对建筑消防安全设计十分重要。其中一个极为重要的参数即为碳烟颗粒。火焰中的碳颗粒是影响火焰辐射的重要因素，同时烟气中的碳颗粒对感烟探测系统有直接的影响，因此，研究碳颗粒的浓度和尺寸分布随海拔高度的变化对高原环境下的感烟探测器的应用及火灾机理均具有重要意义。

光学手段被广泛应用于碳烟颗粒的研究中，用于碳烟特性研究的光学装置常常由多个组件对光路按照需要进行多次反射、折射及分光而得到需要结果。由于光学器件对于环境要求极为苛刻，对震动较为敏感，震动易使光路出现偏差，从而影响实验的结果。因此，若需要实现低压环境下，碳烟颗粒特性的测量，如果直接将整套光学仪器小型燃烧器，操作起来不易实现。因此，为开展特殊环境下的燃烧机理，设计一种能够控制燃料流量及舱室压力的可燃燃料碳烟颗粒特性测量的燃烧舱是很好的选择。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置，该装置不仅结构简单、适用性广、操作方便，而且还可以推广进行测量不同压力条件下的碳烟颗粒特性。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置，其特征在于，该装置包括燃料进气管、伴流空气进气管、流量控制装置、高压电弧点火装置、观察窗、数显压力监控装置、真空泵组、工作压力稳定装置、观察窗清理装置及可拆卸校准工装卡槽。

所述的进入低压舱室的气体除清洗观察窗的N₂外均由气体质量流量控制器控制，每次连接管路后，均要检查整个系统管路连接口的气密性。

所述的压力计设在快卸法兰盘上，并由PLC控制界面实时动态监控。

一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置，该装置包括低压舱室内腔，舱内空间为内直径24cm，高60cm，腔室承压范围30.0-101.3kPa，可以模拟低压环境；通过快卸式上法兰盘及压盖式下法兰盘，在舱体的压盖式下法兰盘的中心处焊接气体燃烧器；燃烧器由两层套管及填塞烧结金属组成，内层为不锈钢材质的燃料进气管，其内径为3mm，燃烧器外层为不锈钢材质的伴流空气进气管，其内径为25mm；两路进气处均有不锈钢制接口，通过专用气体输运管与气体质量流量控制器连接：开启燃料气瓶及压力控制阀后，燃料通过燃料质量流量控制器，输入燃料进气管；开启燃料气瓶及压力控制阀后，空气通过伴流空气质量流量控制器，输入伴流空气进气管；受舱室体积限制，在不进行伴流时，需要从压盖式下法兰盘设计的调压气体进气管输入空气从而保证舱室内的压力达到动态稳定平衡的状态；燃料的燃烧通过高压电弧点火装置点燃；低压舱室内的低压环境是通过水环泵及止回控制装置抽取低压舱室内腔内的气体实现的，为了操作时的安全在快卸式上法兰盘处焊接了安全阀，并有压力探头探测舱内压力并反馈给PLC面板中的压力控制，实现动态平衡；在低压舱室内腔的中间金属部分距离压盖式下法兰盘25cm处安装有三个直径为10cm的石英玻璃镶嵌在凸起法兰盘上的石英观察窗，观察窗的中心位置与低压舱中心轴的连线两两夹角为90°，垂直放置的石英观察窗与下边缘与中心处的燃烧器喷口的上边缘齐平；在每个观察窗凸出的环形不锈钢体上，有一个用于清洗吸附在石英观察窗的N₂进入管路，与燃料进气部分相似，通过专用气体输运管与N₂气瓶及压力控制阀连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本装置确保了进行可燃燃料的碳烟颗粒特性测量及火焰形态测量的可行性；

本装置操作方便、容易实现；

本装置设计精细，方便读取；

本装置推广性高，不仅能够测量多种可燃气体及气化液体，同时可以进行不同压力下的测定；

本装置安全性好，不会产生回火爆炸、爆燃现象。

附图说明

图1为本实用新型一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置的结构示意图。图中 1-1为低压舱室内腔；1-2为气体燃烧器；1-3为燃料进气管；1-4为燃料质量流量控制器；1-5为燃料气瓶及压力控制阀；1-6为伴流空气进气管；1-7为伴流空气质量流量控制器；1-8为燃料气瓶及压力控制阀；1-9为调压气体进气管；1-10为调压气体气瓶及压力调节阀；1-11为安全阀；1-12为压力计；1-13为水环泵及止回控制装置；1-14为石英观察窗；1-15为清洗气体N2进入管路；1-16为N₂气瓶及压力控制阀；1-17为高压电弧点火装置；1-18为PLC控制面板；1-19为快卸式上法兰盘；1-20为压盖式下法兰盘。

图2低压舱室侧视图；图中：2-1、舱室内腔；2-2、安全阀；2-3、观察窗；2-4、气体燃烧器喷嘴；2-5、调压气体进气管路；2-6、快卸式上法兰盘；2-7、压盖式下法兰盘；2-8、；伴流空气进气管口；2-9、燃料气体进气管口；

图3燃烧器局部放大图；图中：3-1、燃烧器喷嘴；3-2、燃料进气口及管路；3-3、伴流空气进气口及管路；3-4、烧结金属；3-5、伴流空气套管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置，其特征在于，该装置包括低压舱室内腔(1-1)，舱内空间为内直径24cm，高60cm，腔室承压范围30.0-101.3kPa，可以模拟低压环境；通过快卸式上法兰盘1-19及压盖式下法兰盘1-20，在舱体的压盖式下法兰盘1-20的中心处焊接气体燃烧器1-2；燃烧器由两层套管及填塞烧结金属3-4组成，内层为不锈钢材质的燃料进气管1-3，其内径为3mm，燃烧器外层为不锈钢材质的伴流空气进气管1-6，其内径为25mm；两路进气处均有不锈钢制接口，通过专用气体输运管与气体质量流量控制器连接：开启燃料气瓶及压力控制阀1-5后，燃料通过燃料质量流量控制器1-4，输入燃料进气管1-3；开启燃料气瓶及压力控制阀1-8后，空气通过伴流空气质量流量控制器1-7，输入伴流空气进气管1-6；受舱室体积限制，在不进行伴流时，需要从压盖式下法兰盘1-20设计的调压气体进气管1-9输入空气从而保证舱室内的压力达到动态稳定平衡的状态；燃料的燃烧通过高压电弧点火装置1-17点燃；低压舱室内的低压环境是通过水环泵及止回控制装置1-13抽取低压舱室内腔1-1内的气体实现的，为了操作时的安全在快卸式上法兰盘1-19处焊接了安全阀1-11，并有压力探头1-12探测舱内压力并反馈给PLC面板中的压力控制，实现动态平衡；在低压舱室内腔1-1的中间金属部分(距离压盖式下法兰盘(1-20)25cm处)安装有三个直径为10cm的石英玻璃镶嵌在凸起法兰盘上的石英观察窗1-14，观察窗的中心位置与低压舱中心轴的连线两两夹角为90°，垂直放置的石英观察窗与下边缘与中心处的燃烧器喷口的上边缘齐平；在每个观察窗凸出的环形不锈钢体上，有一个用于清洗吸附在石英观察窗的N₂进入管路1-15，与燃料进气部分相似，通过专用气体输运管与N₂气瓶及压力控制阀1-16连接。

快卸式上法兰盘及压盖式下法兰盘构成。其中燃烧器包含燃料进气管路及伴流空气进气管路两部分，为保证气体能够均匀流出管路，两个管子中均填塞烧结金属屑。燃烧舱室的气源均由工业气瓶提供，并且每个均配有相应的压力控制阀。燃料气体及伴流空气的流量由质量流量控制器控制，并在PLC控制面板上显示实时数值。压力稳定气源的流量根据实验需要进行调节，它的大小受燃烧过程及压力计限制。所有的压力控制，流量控制等均整合在PLC操作面板1-18上，整个实施过程中可以通过PLC面板实现实时的操控。

如图2所示，2-1至2-9共同构成密封燃烧舱室。2-3三个观察窗处于同一高度，在舱体的中间部分，两两相互夹角为90°，且观察窗下边缘与喷口上边缘齐平；2-4，2-8与2-9共同构成了两层套管包裹的燃烧器，燃烧器固定在2-7下法兰盘上，在将2-7从燃烧舱室拆卸下后，燃烧器同时取下；2-5同样为下法兰盘上预留的进气口。

如图3所示，为燃烧器内部剖面图，燃烧器为两层套管，中心处为燃料进气口及管路3-2，外层为伴流空气进气口及管路3-3，为了使气体流出喷口时匀速，在管路中填塞了烧结金属屑。

Claims

1.一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置，其特征在于，该装置包括低压舱室内腔(1-1)，舱内空间为内直径24cm，高60cm，腔室承压范围30.0-101.3kPa，可以模拟低压环境；通过快卸式上法兰盘(1-19)及压盖式下法兰盘(1-20)，在舱体的压盖式下法兰盘(1-20)的中心处焊接气体燃烧器(1-2)；燃烧器由两层套管及填塞烧结金属(3-4)组成，内层为不锈钢材质的燃料进气管(1-3)，其内径为3mm，燃烧器外层为不锈钢材质的伴流空气进气管(1-6)，其内径为25mm；两路进气处均有不锈钢制接口，通过专用气体输运管与气体质量流量控制器连接：开启燃料气瓶及压力控制阀(1-5)后，燃料通过燃料质量流量控制器(1-4)，输入燃料进气管(1-3)；开启燃料气瓶及压力控制阀(1-8)后，空气通过伴流空气质量流量控制器(1-7)，输入伴流空气进气管(1-6)；受舱室体积限制，在不进行伴流时，需要从压盖式下法兰盘(1-20)设计的调压气体进气管(1-9)输入空气从而保证舱室内的压力达到动态稳定平衡的状态；燃料的燃烧通过高压电弧点火装置(1-17)点燃；低压舱室内的低压环境是通过水环泵及止回控制装置(1-13)抽取低压舱室内腔(1-1)内的气体实现的，为了操作时的安全在快卸式上法兰盘(1-19)处焊接了安全阀(1-11)，并有压力探头(1-12)探测舱内压力并反馈给PLC面板中的压力控制，实现动态平衡；在低压舱室内腔(1-1)的中间金属部分距离压盖式下法兰盘(1-20)25cm处安装有三个直径为10cm的石英玻璃镶嵌在凸起法兰盘上的石英观察窗(1-14)，观察窗的中心位置与低压舱中心轴的连线两两夹角为90°，垂直放置的石英观察窗与下边缘与中心处的燃烧器喷口的上边缘齐平；在每个观察窗凸出的环形不锈钢体上，有一个用于清洗吸附在石英观察窗的N₂进入管路(1-15)，与燃料进气部分相似，通过专用气体输运管与N₂气瓶及压力控制阀(1-16)连接。