CN208502890U - 可配置层数混合气浓度分层燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料理化特性研究领域，具体涉及一种可配置层数混合气浓度分层燃烧装置，包括燃烧器本体、混合气配制供给系统、温度场监测记录系统、点火系统；通过多路配气柜配制出多路不同浓度的混合气并利用燃烧器本体的分层作用，获得混合气在透气整流盘的上方形成沿着径向方向的浓度分层的有益效果，通过扩展层混合气浓度分层机构的模块化安装，获得可以通过调整该机构的安装数量来配置整个装置的分层数量的有益效果，通过设置防爆装置，获得在分层座内的压力异常升高后能够及时断气泄压的有益效果，通过浓度分层燃烧，获得燃烧过程中可以直观的探究混合气的火焰跨浓度分层传播极限的有益效果。

Description

可配置层数混合气浓度分层燃烧装置

技术领域

本实用新型属于燃料理化特性研究领域，具体涉及不同浓度混合气通过燃烧器的分层座及分层管，在燃烧器整流盘表面形成沿着径向方向的混合气浓度分层的装置，达到获取火焰跨浓度分层传播极限的有益效果。

背景技术

气相混合物燃烧过程特性的研究是内燃机燃烧过程精细控制的前提。无论是采用预混点燃燃烧模式的汽油机还是采用扩散燃烧燃烧模式的柴油机，其燃烧室内部均存在浓度分层，研究火焰的跨浓度分层传播极限对内燃机燃烧过程的分析具有重大意义。在现代先进发动机中经常采用废气再循环来稀释可燃混合气，通过降低最高燃烧温度来降低氮氧化物NO_x排放，因此考虑燃料-空气-稀释气体三组分混合气具有实际意义。

以往的火焰传播极限测试装置有玻璃长管、定容燃烧弹、对冲火焰燃烧器，玻璃长管通过在一端点燃内部的混合气并观察火焰在管内的传播距离是否超过某一阀值来判断火焰的传播极限，定容燃烧弹通过点燃弹体内部的混合气并测量压力的升高量是否超过某一阀值来判断火焰的传播极限，对冲火焰燃烧器通过逐渐减小供气的浓度并观察火焰的熄灭来判断火焰的传播极限，这三种测试装置都无法直观的体现火焰的跨浓度分层传播能力。

实用新型内容

本实用新型提供一种可以制备不同浓度的燃料-空气-稀释气体三组分混合气、使不同浓度混合气沿着燃烧器表面的径向方向形成混合气浓度分层，并点燃使其燃烧，从而利用温度场观测记录设备对其燃烧情况进行观测记录的装置。

本实用新型主要于由燃烧器本体I、混合气配制供给系统II、温度场监测记录系统III、点火系统IV、组成；其中混合气配制供给系统II中的燃料气体高压气源1、稀释气体高压气源2、空气高压气源3分别与多路配气柜4连接，多路配气柜4与燃烧器本体I)通过外层电磁阀7、扩展层电磁阀8、内层电磁阀9连接；温度场监测记录系统III中的温度场记录装置5通过电缆与温度场相机6连接，温度场相机6的视场对准燃烧器本体I的透气整流盘10的上方；点火系统IV中的点火线圈12通过电缆与火花发生器11连接，火花发生器11贴近燃烧器本体I的透气整流盘10的上方。

燃烧器本体I由外层电磁阀7、扩展层电磁阀8、内层电磁阀9、内层进气口13、扩展层进气口14、外层进气口15、冷却水套17、透气整流盘10、内层分层管18、扩展层分层管19、外层分层管20、压紧螺栓21、外层分层座22、外层泄压阀23、外层压力传感器24、外层气密垫圈25、扩展层分层座26、扩展层泄压阀27、扩展层压力传感器28、扩展层气密垫圈29、内层分层座30、内层泄压阀31、内层压力传感器32、内层气密垫圈33、底座34、螺母35、压力信号转换器36、限压通断控制器37组成；其中底座34、内层气密垫圈33、内层分层座30、扩展层气密垫圈29、扩展层分层座26、外层气密垫圈25、外层分层座22依次连接，并通过压紧螺栓21、螺母35压紧固定，内层分层管18与内层分层座30连接，扩展层分层管19与扩展层分层座26连接，外层分层管20与外层分层座22连接，透气整流盘10与冷却水套17、外层分层管20依次连接，所述内层分层管18、扩展层分层管19、外层分层管20，其特征在于下端分别设有内层阵列式透气孔38、扩展层阵列式透气孔39、外层阵列式透气孔40，内层分层座30上设有内层进气口13、内层泄压阀31、内层压力传感器32，扩展层分层座26上设有扩展层进气口14、扩展层泄压阀27、扩展层压力传感器28，外层分层座22上设有外层进气口15、外层泄压阀23、外层压力传感器24，内层进气口13、扩展层进气口14、外层进气口15分别与内层电磁阀7、扩展层电磁阀8、外层电磁阀9连接，内层压力传感器32、扩展层压力传感器28、外层压力传感器24分别与压力信号转换器26、限压通断控制器37通过电缆依次连接，限压通断控制器37分别与内层电磁阀7、扩展层电磁阀8、外层电磁阀9通过电缆连接，所述冷却水套17，其特征在于设有进水口41、出水口42及隔板16，其中隔板16位于进水口41、出水口42之间。

扩展层分层座26、扩展层分层管19、扩展层电磁阀8、扩展层进气口14、扩展层泄压阀27、扩展层压力传感器28共同构成一套扩展层混合气浓度分层机构，可以通过更改扩展层混合气浓度分层机构的安装数量，来对燃烧器混合气浓度分层的分层数量进行配置。

本实用新型的工作过程是：燃料气体高压气源1、稀释气体高压气源2、空气高压气源3将气体输送至多路配气柜4，多路配气柜4将三种气体配置成多路不同浓度的混合气，并通过内层进气口13、扩展层进气口14、外层进气口15将混合气输送至燃烧器本体I的内层分层座30、扩展层分层座26、外层分层座22的内部，进入内层分层座30的混合气通过内层阵列式透气孔38进入内层分层管18，进入扩展层分层座26的混合气通过扩展层阵列式透气孔39进入每层扩展层分层管19与其内层的分层管之间的环状间隙，进入外层分层座22的混合气通过外层阵列式透气孔40进入外层分层管20与最外层的扩展层分层管19之间的环状间隙，在分层管中，混合气进一步的混合，并通过透气整流盘10形成层流射流，之后被火花发生器11点燃，从而形成混合气浓度分层燃烧；初期每层混合气的射流速度并不能完全与该层的层流火焰速度达到平衡，这时为了防止火焰被吹熄，通过控制多路配气柜4没条通路的气体流量，采取较小的混合气喷射速度，并通过冷却水套17来冷却透气整流盘10，之后逐步增加射流速度，将火焰从透气整流盘10的表面托举起来，使其不再向透气整流盘10传热，从而形成准绝热火焰，之后通过温度场相机6来确定火焰跨浓度梯度传播的极限，并通过温度场记录装置5完成数据记录；燃烧器运作过程中，若出现回火现象，导致燃烧器内部某一层分层座中的压力异常升高，外层泄压阀23、扩展层泄压阀27、内层泄压阀31中对应层的泄压阀将会开启泄压，外层压力传感器24、扩展层压力传感器28、内层压力传感器32中对应层的压力传感器将会将压力信号传给压力信号转换器26，之后限压通断控制器37将会控制外层电磁阀7、扩展层电磁阀8、内层电磁阀9中对应层的电磁阀关闭，停止向该层供应混合气，从而达到燃烧器的防爆效果；每次实验开始前，可根据实验需求来调整扩展层浓度分层机构的安装数量，从而对燃烧器本体I的分层通路数量进行配置，从而实现可配置层数混合气浓度分层燃烧。

本实用新型的有益效果在于：通过多路配气柜配制出多路不同浓度的混合气并利用燃烧器本体的分层作用，使得混合气在透气整流盘的上方形成沿着径向方向的浓度分层。扩展层混合气浓度分层机构为模块化安装，可以通过调整该机构的安装数量来配置整个装置的分层数量。设有防爆装置，在分层座内的压力异常升高后能够及时断气泄压。燃烧过程中，可以直观的探究混合气的火焰跨浓度分层传播性能。

附图说明

图1为可配置层数混合气浓度分层燃烧装置

其中：I.燃烧器本体 II.混合气配制供给系统 III.温度场监测记录系统 IV.点火系统 1.燃料气体高压气源 2.稀释气体高压气源 3.空气高压气源 4.多路配气柜 5.温度场记录装置 6.温度场相机 7.内层电磁阀 8.扩展层电磁阀 9.外层电磁阀 10.透气整流盘 11.火花发生器 12.点火线圈

图2为燃烧器本体

其中：13.内层进气口 14.扩展层进气口 15.外层进气口 16.隔板 17.冷却水套18.内层分层管 19.扩展层分层管 20.外层分层管 21.压紧螺栓 22.外层分层座 23.外层泄压阀 24.外层压力传感器 25.外层气密垫圈 26.扩展层分层座 27.扩展层泄压阀 28.扩展层压力传感器 29.扩展层气密垫圈 30.内层分层座 31.内层泄压阀 32.内层压力传感器 33.内层气密垫圈 34.底座 35.螺母 36.压力信号转换器 37.限压通断控制器 38.内层阵列式透气孔 39.扩展层阵列式透气孔 40.外层阵列式透气孔

图3为燃烧器本体轴测图

其中：41.进水口 42.出水口

具体实施方式

以下结合附图1对本实用新型技术方案作进一步详细阐述：

实施例：测定甲烷-空气双组分混合气的跨浓度分层传播极限，浓度分层层数为5层，故安装的扩展层混合气浓度分层机构的数量为3层，由于是双组分混合气，故只需要使用燃料气体高压气源1及空气高压气源2两个气源。

甲烷气体高压气源、空气高压气源分别将气体输送至多路配气柜4，多路配气柜4将这两种气体配制成5路不同浓度的混合气，分别为当量比为1.0的内层混合气，当量比分别为0.8、0.6、0.4的扩展层混合气，当量比为0.2的外层混合气，5路混合气分别通过内层进气口13、3个扩展层进气口14、外层进气口15到达燃烧器本体I的内层分层座30、3个扩展层分层座26以及外层分层座22的内部，进入内层分层座30的当量比为1.0的混合气通过内层阵列式透气孔38进入内层分层管18，进入扩展层分层座26的当量比分别为0.8、0.6、0.4的混合气通过扩展层阵列式透气孔39进入每层扩展层分层管19与其内层的分层管之间的环状间隙，其中当量比越高的混合气，其所进入的扩展层分层座26越靠近内层分层座30，进入外层分层座22的当量比为0.2的混合气通过外层阵列式透气孔40进入外层分层管20与最外层的扩展层分层管19之间的环状间隙，在分层管中，这5路混合气进一步的混合，并通过透气整流盘10形成层流射流，之后被火花发生器11点燃，从而形成混合气浓度分层燃烧；由于不同浓度的混合气其层流火焰速度不同，初期每层混合气的射流速度并不能完全与该层的层流火焰速度达到平衡，这时为了防止火焰被吹熄，通过控制多路配气柜4每条通路的气体流量，采取较小的混合气喷射速度，这会使得火焰不断贴近透气整流盘10，并向其传热，故需要向冷却水套17通水，通过冷却水套17来冷却透气整流盘10，防止透气整流盘10过热烧蚀及燃烧器回火，并通过火焰向燃烧器持续传热的方式稳定火焰，火焰稳定后，逐步增加射流速度，将火焰从透气整流盘10的表面托举起来，使其不再向透气整流盘10接触传热，只向周围环境进行辐射传热，从而形成准绝热火焰，之后通过温度场相机6来确定浓度分层火焰沿着透气整流盘10径向方向的尺寸，根据每层不同浓度的混合气的射流所处的位置，得到火焰无法传播处的混合气浓度，从而得到火焰跨浓度梯度传播的极限，并通过温度场记录装置5完成数据记录。

以上所述本实用新型的实施方式,并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可配置层数混合气浓度分层燃烧装置，其特征在于由燃烧器本体(I)、混合气配制供给系统(II)、温度场监测记录系统(III)、点火系统(IV)、组成；其中混合气配制供给系统(II)中的燃料气体高压气源(1)、稀释气体高压气源(2)、空气高压气源(3)分别与多路配气柜(4)连接，多路配气柜(4)与燃烧器本体(I)通过内层电磁阀(7)、扩展层电磁阀(8)、外层电磁阀(9)连接；温度场监测记录系统(III)中的温度场记录装置(5)通过电缆与温度场相机(6)连接，温度场相机(6)的视场对准燃烧器本体(I)的透气整流盘(10)的上方；点火系统(IV)中的点火线圈(12)通过电缆与火花发生器(11)连接，火花发生器(11)贴近燃烧器本体(I)的透气整流盘(10)的上方。

2.按权利要求1所述的可配置层数混合气浓度分层燃烧装置，其特征在于所述燃烧器本体(I)由内层电磁阀(7)、扩展层电磁阀(8)、外层电磁阀(9)、内层进气口(13)、扩展层进气口(14)、外层进气口(15)、冷却水套(17)、透气整流盘(10)、内层分层管(18)、扩展层分层管(19)、外层分层管(20)、压紧螺栓(21)、外层分层座(22)、外层泄压阀(23)、外层压力传感器(24)、外层气密垫圈(25)、扩展层分层座(26)、扩展层泄压阀(27)、扩展层压力传感器(28)、扩展层气密垫圈(29)、内层分层座(30)、内层泄压阀(31)、内层压力传感器(32)、内层气密垫圈(33)、底座(34)、螺母(35)、压力信号转换器(36)、限压通断控制器(37)组成；所述内层分层管(18)、扩展层分层管(19)、外层分层管(20)，其特征在于下端分别设有内层阵列式透气孔(38)、扩展层阵列式透气孔(39)、外层阵列式透气孔(40)，所述冷却水套(17)，其特征在于设有进水口(41)、出水口(42)及隔板(16)，其中隔板(16)位于进水口(41)、出水口(42)之间。

3.按权利要求1所述的可配置层数混合气浓度分层燃烧装置，其特征在于所述扩展层分层座(26)、扩展层分层管(19)、扩展层电磁阀(8)、扩展层进气口(14)、扩展层泄压阀(27)、扩展层压力传感器(28)共同构成一套扩展层混合气浓度分层机构，可以通过更改扩展层混合气浓度分层机构的安装数量，来对燃烧器混合气浓度分层的分层数量进行配置。