CN206740390U - 一种可视化容弹系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可视化容弹系统，包括：容弹、供气机构、燃油机构、吹扫机构和排气机构；容弹包括容弹本体、内胆本体、燃烧器、承热玻璃组件、承压玻璃组件以及电热塞组件；容弹本体与内胆本体均为腔体，内胆本体位于容弹本体中且与容弹本体内壁有一定间隙，间隙处形成隔热室；燃烧器与内胆本体内部连通，容弹本体上设置有第一电热塞安装窗口与第一光学窗口，内胆本体上设置有第二电热塞安装窗口与第二光学窗口，第一电热塞安装窗口与第二电热塞安装窗口位置对应，电热塞组件穿过第一电热塞安装窗口装设在第二电热塞安装窗口上，第一光学窗口装设有承压玻璃组件，第二光学窗口装设有承热玻璃组件；内胆本体的壁面上设置有压力平衡孔。

Description

一种可视化容弹系统

技术领域

本实用新型涉及可视化定容装置技术领域，尤指一种可视化容弹系统。

背景技术

在内燃机高密度低温燃烧等先进燃烧技术中，采用多级增压后，燃油喷射时刻缸内压力可达2.5MPa，着火之后，压力更是达6MPa以上，而大多数烃类燃料的临界压力范围在1.5～3.0MPa。在航空发动机和工业燃气轮机领域，为提高经济性，降低油耗，目前的总压比达到了30～40，为进一步降低油耗，增压比还要进一步提高，而当增压比为40时，压气机出口温度达到了950K，燃气轮机喷雾燃烧中液体燃料同样处于超临界环境下。其他领域如现代火箭发动机、高压燃烧的斯特林发动机中燃烧室的压力和温度远高于液氧、液氢、甲烷或煤油的临界压力和临界温度。而当液体燃料的温度和压力都超过临界点的值时，液体燃料进入超临界状态。传统的液体燃料喷雾燃烧的环境基本都为压临界环境。随着对发动机经济性和排放的要求进一步提高，液体燃料发动机面临着超临界喷雾燃烧的问题。

相关研究表明，亚临界环境的喷雾燃烧的理论有一部分不适用于超临界环境下喷雾燃烧，因此，需要对超临界环境下的流动、混合和燃烧过程进行深入基础研究。容弹可以模拟燃烧室中的喷雾和燃烧过程，其比实际发动机简单，可以方便的更改温度、压力、密度等参数，研究单一参数变化对喷雾、燃烧的影响，是发动机喷雾燃烧基础研究常用的方法。目前实现超临界环境研究的容弹存在着两个问题，首先是视窗的玻璃无法同时承受高温和高压的环境，容易损坏，因而喷雾燃烧的试验时间被很大程度的限制了。无法对于燃气轮机、斯特林发动机等超临界环境下液体燃料喷雾燃烧的流动、混合和燃烧过程进行深入基础研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可视化容弹系统，实现高温高压环境下的持续喷雾燃烧试验。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种可视化容弹系统，包括：容弹、向所述容弹通入助燃气体的供气机构、向所述容弹通入燃油的燃油机构以及试验后吹扫所述容弹的吹扫机构；所述容弹包括容弹本体、内胆本体、燃烧器、承热玻璃组件、承压玻璃组件以及电热塞组件；其中，所述容弹本体与所述内胆本体均为腔体，所述内胆本体位于所述容弹本体中且与所述容弹本体内壁有一定间隙，所述间隙处形成隔热室；所述燃烧器与所述内胆本体内部连通，所述内胆本体可拆装的设置在所述容弹本体上；所述容弹本体上设置有第一电热塞安装窗口与第一光学窗口，所述内胆本体上设置有第二电热塞安装窗口与第二光学窗口，所述第一电热塞安装窗口与所述第二电热塞安装窗口位置对应，所述电热塞组件穿过所述第一电热塞安装窗口装设在所述第二电热塞安装窗口上，所述第一光学窗口与所述第二光学窗口位置对应，所述第一光学窗口装设有所述承压玻璃组件，所述第二光学窗口装设有所述承热玻璃组件；所述内胆本体的壁面上设置有与所述隔热室连通的压力平衡孔；所述可视化容弹系统上还包括用于降低所述内胆本体的腔体内压强的排气机构，其中，所述排气机构包括控制排气量的压力控制阀。

容弹中包括外围的容弹本体结构和内部的内胆结构，在容弹本体的窗口放置承压玻璃，在内胆本体的窗口放置承热玻璃，通过承热玻璃以及容弹本体与内胆本体间隙的隔热室共同承担热作用；同时在内胆本体壁面上设置压力平衡孔，承热玻璃两侧维持压力一致不承担压力作用，而由外围的承压玻璃承担压力作用。如此承压玻璃只承担压力作用而不承受高温，承热玻璃只承受高温作用而不承担高压，将高温高压两种极端工况分别作用一组玻璃，如此极大的延长了可视化玻璃的使用寿命，使得容弹可以在高温高压环境下长时间运行。

燃气轮机、斯特林发动机内喷雾燃烧过程中是伴随着大量烟气流动的。通过压力控制阀控制排气机构的排气量，进而实时调整容弹内的压力，调节压力的过程实现容弹内动态变化的流场，更好的模拟了燃气轮机、斯特林发动机内喷雾燃烧过程烟气的流动的实际工况，有利于对高温高压环境下的持续喷雾燃烧试验进行基础研究。

优选的，所述内胆本体的内壁上涂有隔热材料。如此可以极大减少高温通过内壁传导到隔热室中进而传导给承压玻璃，限制其主要作用在内胆本体上的承热玻璃上，优化承压玻璃的工作工况，进一步延长承压玻璃的使用寿命。

优选的，所述内胆本体包括自上而下的法兰段、窗口段以及定位段；所述容弹本体的下部通过可拆卸的底盖封闭，所述底盖上设置有与所述内胆本体位置对应的底盖凹腔。

其中，所述法兰段为一法兰盘面，其设置有与所述容弹本体连接的内胆固定孔以及与装设所述燃烧器的燃烧器安装孔；所述窗口段设置有所述第二电热塞安装窗口与所述第二光学窗口；所述定位段卡置于所述底盖凹腔中；

所述底盖上设置有与所述内胆本体位置对应的烟气出口，所述烟气出口与所述排气机构连接。

优选的，所述电热塞组件包括电热塞安装座、电热塞座、电热塞端盖以及电热塞，其中，

所述电热塞安装座为一法兰盘，其紧固在所述第一电热塞安装窗口上；所述电热塞端盖紧固在所述第二电热塞安装窗口上，所述电热塞端盖朝向所述电热塞安装座有一凹槽；所述电热塞座一端紧固在所述电热塞安装座上，另一端卡置在所述凹槽中；所述电热塞穿设于所述电热塞座与所述电热塞端盖内；

所述电热塞安装座同所述电热塞座以及所述第一电热塞安装窗口之间通过密封圈密封。

优选的，所述承热玻璃组件包括承热玻璃和承热玻璃端盖，所述承热玻璃端盖将所述承热玻璃固定在所述第二光学窗口上。

优选的，所述承压玻璃组件包括承压玻璃座、承压玻璃、密封件、红墙纸以及承压玻璃端盖；其中，

所述承压玻璃座固设在所述第一光学窗口外侧，所述承压玻璃端盖紧固在所述承压玻璃座上，所述承压玻璃卡置在所述承压玻璃端盖与所述承压玻璃座之间；

所述承压玻璃座同所述承压玻璃座以及所述第一光学窗口之间通过所述密封件密封；所述承压玻璃端盖与所述承压玻璃座之间卡置有所述红墙纸。

优选的，所述燃烧器包括燃烧器本体、集气管、进气管、喷油器、隔热套以及旋流器；所述内胆本体内放置所述所述燃烧器本体的凸台；

所述燃烧体本体内部包括一空腔，所述燃烧器本体下方装设在所述凸台上，所述燃烧器本体通过位于其上方一压盖以及连接件轴向紧固至所述内胆本体法兰段；

所述集气管焊接于所述燃烧器本体，所述进气管两端分别与所述供气机构与所述集气管连通，所述喷油器与所述隔热套焊接为一体且与所述燃油机构连通，所述旋流器位于所述燃烧器本体上方以使空气形成旋流进入所述空腔；所述空腔与所述内胆本体腔体连通。

优选的，所述供气机构包括氧气电磁阀、惰性气体电磁阀以及加热器，控制所述供气机构向所述燃烧器通入氧气和惰性气体的高温高压混合气。

优选的，所述燃油机构包括供油电磁阀，所述吹扫机构包括氮气电磁阀。

通过本实用新型提供的可视化容弹系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、采用内胆结构，内胆与容弹本体之间形成隔热室，并且在内胆本体内壁上涂设隔热材料，内胆与隔热材料避免高温气体作用在外层的承压玻璃，而由内胆本体上的承热玻璃承受高温气体作用；与此对应的，在内胆本体侧壁上设置有压力平衡孔，使得承热玻璃两端维持相同的压力不承担高压作用，而由承压玻璃来承担高压气体的作用。将高温高压两种极端工况分别作用一组玻璃，如此极大的延长了可视化玻璃的使用寿命，使得容弹可以在高温高压环境下长时间运行。

2、通过压力控制阀控制排气机构的排气量，进而实时调整容弹内的压力，调节压力的过程实现容弹内动态变化的流场，更好的模拟了燃气轮机、斯特林发动机内喷雾燃烧过程烟气的流动的实际工况，有利于对高温高压环境下的持续喷雾燃烧试验进行基础研究。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种可视化容弹系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是可视化容弹系统的系统原理图。

图2是容弹结构图。

图3是内胆本体的立体结构示意图。

图4是内胆本体与承热玻璃组件的组合结构图。

图5是燃烧器的立体结构图。

附图标号说明：1、供气系统，11、氧化剂，12、供氧电磁阀，13、惰性气体，14、惰性气体电磁阀，15、混合气，16、加热器，17、高温高压混合气，2、燃油机构，21、燃油，22、燃油电磁阀，3、吹扫系统，31、氮气，32、氮气电磁阀，4、容弹，41、容弹本体，411、容弹窗口，412、隔热室，42、容弹底盖，421、底盖凹腔，422、高温烟气出口，43、燃烧器，431、燃烧器本体，431A、加强筋，432、集气管，433、进气管，434、喷油器，435、旋流器，436、隔热套，44、内胆，441、内胆本体，441A、法兰段，441B、视窗段，441C、定位段，441D、压力平衡孔，441E、内胆内壁，441F、内胆窗口，442、承热玻璃，443、承热玻璃端盖，444、电热塞端盖，445、铜垫片，446、燃烧室，45、容弹压盖，46、承压玻璃组件，461、承压玻璃座，462、柔性石墨金属波齿复合垫片，463、承压玻璃，464、红钢纸，465、承压玻璃端盖，47、电热塞组件，471、电热塞安装座，472、电热塞座，473、电热塞，474、O型圈，5、排气系统，51、高温烟气，52、一级排气冷却蓄压室，53、单向阀，54、背压控制阀，55、二级排气冷却降压减噪器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例一

如图1可视化容弹系统的原理图所示，一种可视化容弹系统包括：容弹4、向容弹通入助燃气体的供气机构1、向容弹通入燃油的燃油机构2以及吹扫机构3。供给机构1、燃油机构2以及吹扫机构3都作用于容弹4。

其中容弹4的具体结构如图2所示，容弹4包括容弹本体41、内胆本体441、燃烧器43、承热玻璃组件、承压玻璃组件46以及电热塞组件47。容弹本体41与内胆本体441均为腔体，内胆本体441位于容弹本体41中且与容弹本体41内壁有一定间隙，间隙处形成隔热室412；燃烧器43与内胆本体441内部连通，内胆本体441可拆装的设置在容弹本体41上。

容弹本体41上设置有四个容弹窗口411，其中三个为用于装设承压玻璃组件46的第一光学窗口，剩余一个为用于装设电热塞组件47的第一电热塞窗口。内胆本体441上设置有容弹窗口411位置相对应的内胆窗口441F，其中三个为用于装设承热玻璃组件的第二光学窗口，剩余一个为用于装设电热塞组件47的第二电热塞窗口。电热塞组件47穿过第一电热塞安装窗口装设在第二电热塞安装窗口上，第一光学窗口与第二光学窗口位置对应，第一光学窗口装设有承压玻璃组件，第二光学窗口装设有承热玻璃组件。内胆本体441的壁面上设置有与隔热室412连通的压力平衡孔。容弹内作为燃烧器的空间在内胆本体内，如图4所示，标号446为燃烧室。容弹窗口411以及内胆窗口441F的数量设定为4个为举例，可以根据实际进行改变。

如图2所示，燃烧器43位于内胆本体441上方与燃烧室446连通，供给机构1、燃油机构2以及吹扫机构3与燃烧器43连通。如图1所示，供气机构1包括氧气电磁阀12、惰性气体电磁阀14以及加热器16，氧气电磁阀12控制氧气11的质量流量，惰性气体电磁阀14控制惰性气体13的质量流量，氧气11与惰性气体13混合为混合气15，而混合气15的浓度和流量可以通过氧气电磁阀12与惰性气体电磁阀14进行调整，混合气15经过加热器16形成温度高于液体燃料临界温度的高温高压混合气17，高温高压混合气17经由燃烧器43在容弹4内形成高于液体燃料临界压力、温度的环境。燃油机构2包括供油电磁阀22，通过控制其开度控制燃油21的流量。吹扫机构3由氮气电磁阀32组成，通过控制氮气电磁阀32保证每次喷雾或燃烧试验后进行通入氮气31对燃烧器43进行吹扫。

为进一步控制承压玻璃组件46不在高温环境下工作，在内胆本体441的内壁上涂有隔热材料。也即隔绝了内胆本体441内的热量通过内壁经由隔热室412向承压玻璃组件46传导的途径。

如图1所示，可视化容弹系统上还包括排气机构5，其中，排气机构5包括一级排气冷却蓄压室52、单向阀53、背压控制阀54、二级排气冷却降压减噪器55。高温烟气出口422与排气机构5连接。排气机构5连通高温烟气出口422以调整内胆本体441内燃烧室446的压强。

实施例二

在实施例一的基础上，如图2、图3、图4所示，内胆本体441包括自上而下的法兰段441A、窗口段441B以及定位段441C。容弹本体41的下部通过可拆卸的容弹底盖42封闭，底盖42上设置有与内胆本体441位置对应的底盖凹腔421。

其中，法兰段441A为一法兰盘面，其设置有与容弹本体41连接的内胆固定孔以及与装设燃烧器的燃烧器安装孔；窗口段设置有第二电热塞安装窗口与第二光学窗口；定位段441C卡置于底盖凹腔421中卡置固定；

底盖上设置有与内胆本体441位置对应的高温烟气出口422。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上。

如图2和图4所示，电热塞组件47包括电热塞安装座471、电热塞座472、电热塞473、电热塞端盖444以及O型圈474。

电热塞安装座471为一法兰盘，其紧固在第一电热塞安装窗口上；电热塞端盖444紧固在第二电热塞安装窗口上，电热塞端盖444朝向电热塞安装座471有一凹槽；电热塞座472一端通过安装螺钉紧固在电热塞安装座上，另一端卡置在凹槽中；电热塞473穿设于电热塞座472与电热塞端盖444内。电热塞座472与电热塞安装座471连接端面有O型圈槽，通过O型圈474密封。电热塞座472有螺纹孔，用于装设电热塞473。

如图2和图4所示，承热玻璃组件包括承热玻璃442和承热玻璃端盖443，承热玻璃端盖443将承热玻璃442固定在第二光学窗口上。

如图2所示，承压玻璃组件46由承压玻璃座461、复合垫片462、承压玻璃463、红钢纸464和承压玻璃端盖465组成。承压玻璃463固定于承压玻璃座461，承压玻璃463与承压玻璃座461之间有复合垫片462，承压玻璃463通过承压玻璃端盖465轴向限位，承压玻璃端盖465与承压玻璃463之间有红钢纸464，最终通过承压玻璃端盖465上的安装孔连接，形成承压玻璃组件46。承压玻璃组件46通过承压玻璃座461上的安装孔与容弹本体41连接。

如图5所示，燃烧器43由燃烧器本体431、集气管432、进气管433、喷油器434、旋流器435和隔热套436组成，燃烧器43安装在内胆本体441的凸台上，燃烧器本体431上设置有加强筋431A，燃烧器43上有四根高温高压混合气17的进气管433，进气管433焊接在集气管432上，用于高温高压混合气17混合，集气管焊接在燃烧器本体，喷油器434和隔热套436焊接在一起，燃烧器本体431安装有喷油器434、旋流器435和隔热套436。

供气机构通入的助燃气体可以选用纯氧，空气，或者两者的混合物中的一种；通入的惰性气体可以选用二氧化碳、氮气和水蒸气或任意的混合物中的一种。燃油机构2通入的燃油可以选用柴油、航空煤油、二甲醚或相互的混合物中的一种。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种可视化容弹系统，包括：容弹，向所述容弹通入助燃气体的供气机构，向所述容弹通入燃油的燃油机构，以及试验后吹扫所述容弹的吹扫机构，其特征在于：

所述容弹包括容弹本体、内胆本体、燃烧器、承热玻璃组件、承压玻璃组件以及电热塞组件，其中，

所述容弹本体与所述内胆本体均为腔体，所述内胆本体位于所述容弹本体中且与所述容弹本体内壁有一定间隙，所述间隙处形成隔热室；所述燃烧器与所述内胆本体内部连通，所述内胆本体可拆装的设置在所述容弹本体上；

所述容弹本体上设置有第一电热塞安装窗口与第一光学窗口，所述内胆本体上设置有第二电热塞安装窗口与第二光学窗口，所述第一电热塞安装窗口与所述第二电热塞安装窗口位置对应，所述电热塞组件穿过所述第一电热塞安装窗口装设在所述第二电热塞安装窗口上，所述第一光学窗口与所述第二光学窗口位置对应，所述第一光学窗口装设有所述承压玻璃组件，所述第二光学窗口装设有所述承热玻璃组件；

所述内胆本体的壁面上设置有与所述隔热室连通的压力平衡孔；

所述可视化容弹系统还包括用于降低所述内胆本体的腔体内压强的排气机构，所述排气机构包括控制排气量的压力控制阀。

2.根据权利要求1所述的可视化容弹系统，其特征在于：所述内胆本体的内壁上涂有隔热材料。

3.根据权利要求1所述的可视化容弹系统，其特征在于：所述内胆本体包括自上而下的法兰段、窗口段以及定位段；所述容弹本体的下部通过可拆卸的底盖封闭，所述底盖上设置有与所述内胆本体位置对应的底盖凹腔，其中，

所述法兰段为一法兰盘面，其设置有与所述容弹本体连接的内胆固定孔以及与装设所述燃烧器的燃烧器安装孔；所述窗口段设置有所述第二电热塞安装窗口与所述第二光学窗口；所述定位段卡置于所述底盖凹腔中；

所述底盖上设置有与所述内胆本体位置对应的烟气出口，所述烟气出口与所述排气机构连接。

4.根据权利要求3所述的可视化容弹系统，其特征在于：所述电热塞组件包括电热塞安装座、电热塞座、电热塞端盖以及电热塞，其中，

所述电热塞安装座为一法兰盘，其紧固在所述第一电热塞安装窗口上；所述电热塞端盖紧固在所述第二电热塞安装窗口上，所述电热塞端盖朝向所述电热塞安装座有一凹槽；所述电热塞座一端紧固在所述电热塞安装座上，另一端卡置在所述凹槽中；所述电热塞穿设于所述电热塞座与所述电热塞端盖内；

所述电热塞安装座同所述电热塞座以及所述第一电热塞安装窗口之间通过密封圈密封。

5.根据权利要求1-4任一所述的可视化容弹系统，其特征在于：所述承热玻璃组件包括承热玻璃和承热玻璃端盖，所述承热玻璃端盖将所述承热玻璃固定在所述第二光学窗口上。

6.根据权利要求1-4任一所述的可视化容弹系统，其特征在于：所述承压玻璃组件包括承压玻璃座、承压玻璃、密封件、红墙纸以及承压玻璃端盖；其中，

所述承压玻璃座固设在所述第一光学窗口外侧，所述承压玻璃端盖紧固在所述承压玻璃座上，所述承压玻璃卡置在所述承压玻璃端盖与所述承压玻璃座之间；

所述承压玻璃座同所述承压玻璃座以及所述第一光学窗口之间通过所述密封件密封；所述承压玻璃端盖与所述承压玻璃座之间卡置有所述红墙纸。

7.根据权利要求4所述的可视化容弹系统，其特征在于：所述燃烧器包括燃烧器本体、集气管、进气管、喷油器、隔热套以及旋流器；所述内胆本体内放置所述燃烧器本体的凸台；

所述燃烧体本体内部包括一空腔，所述燃烧器本体下方装设在所述凸台上，所述燃烧器本体通过位于其上方一压盖以及连接件轴向紧固至所述内胆本体法兰段；

所述集气管焊接于所述燃烧器本体，所述进气管两端分别与所述供气机构与所述集气管连通，所述喷油器与所述隔热套焊接为一体且与所述燃油机构连通，所述旋流器位于所述燃烧器本体上方以使空气形成旋流进入所述空腔；所述空腔与所述内胆本体腔体连通。

8.根据权利要求1-4任一所述的可视化容弹系统，其特征在于：所述供气机构包括氧气电磁阀、惰性气体电磁阀以及加热器，控制所述供气机构向所述燃烧器通入氧气和惰性气体的高温高压混合气。

9.根据权利要求1-4任一所述的可视化容弹系统，其特征在于：所述燃油机构包括供油电磁阀，所述吹扫机构包括氮气电磁阀。