CN112128760B - 一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器。涉及预混燃烧中模型试验件设计应用领域。提出了一种综合预混燃烧和扩散燃烧的优点，并且尽可能的克服两种燃烧模式的缺点，得到一种射流管恰当高度下的最优解的燃烧模式可调的射流管式燃烧器。包括沿风洞的长度方向设置于风洞中的上环形管、下环形管、大射流管、中心射流管、电动推杆以及固定块；通过电动推杆驱动大射流管、中心射流管同时相对于下环形管做直线往复运动。本发明从整体上具有燃烧模式调节方便、稳定性好、干扰小以及实验结果可靠等优点，可用于探究预混燃烧和扩散燃烧的燃烧特点，在不同混合程度下的部分预混燃烧找出合适的燃烧稳定性、燃烧效率以及废气排放量的部分预混燃烧模型。

Description

一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器

技术领域

本发明涉及预混燃烧中模型试验件设计应用领域。

背景技术

预混燃烧和扩散燃烧各有其优势和难以克服的固有缺点。预混稀燃在效率和排放上的巨大优势，被认为是未来清洁高效燃气轮机燃烧室中最有前景的燃烧技术，但是其可燃气体稀薄，燃烧温度低，燃烧不稳定，低负荷时容易熄火，可能造成一氧化碳排放量增大，扩散燃烧拥有燃烧稳定性好，一般不会回火等优点，但扩散燃烧氮氧化物排放量较大，油气混合不充分，燃烧不完全，燃烧效率较低，而部分预混燃烧则综合了预混燃烧和扩散燃烧的特点，克服了预混燃烧和扩散燃烧中的一些缺点，但其优势也有了一定的削弱。

针对上述问题，设计人员开展了大量研究，如名为“一种非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置”、公开号为“CN107620961A”的中国发明专利，采用先在预混混合器内混合构成内含有预混用燃气、助燃空气和循环烟气的综合混合气，经空气通道送至喷射机头，非预混用燃气通过燃气通道送至喷射机头，综合混合气和非预混用燃气由喷射机头分别送入炉膛，在炉膛内执行基于全预混燃烧模式基础上的非预混燃烧，将两种燃烧模式有机结合。

名为“一种预混点火、扩散燃烧器系统”、公开号为“CN107314369A”的中国发明专利，提供一个预混点火室和一个扩散燃烧器，一定程度上综合了两种燃烧模式的优点。

名为“一种预混强旋流火焰扩散燃烧器”、公开号为“CN106090907B”的中国发明专利，采用中心分级的结构设计，由燃烧室机匣、空气管路，燃料管路、旋流器、预燃级空气孔、预燃级喷嘴以及主燃级喷嘴构成,空气管路与燃烧室机匣进口采用焊接连接，用于引导空气经过旋流燃烧器，进入燃烧室内进行燃烧；燃料管路将气态燃料分别供入到预燃级和主燃级喷嘴，其中25％的燃料进入预燃级喷嘴后直接喷入燃烧室，与通过预燃级空气孔直接进入燃烧室的预燃级空气发生掺混，进行扩散燃烧，也在一定程度上克服了两种燃烧模式各自的缺点。

但上述发明仍然是不足够的，预混燃烧和非预混燃烧各有其优缺点，但不同的混合程度有可能适用于不同的工况，为某一工况下提供最合适的混合程度的混合气成为值得研究的问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种综合预混燃烧和扩散燃烧的优点，并且尽可能的克服两种燃烧模式的缺点，得到一种射流管恰当高度下的最优解的燃烧模式可调的射流管式燃烧器。

本发明的技术方案为：包括沿风洞的长度方向设置于风洞中的上环形管1、下环形管2、大射流管3、中心射流管4、电动推杆5以及固定块6；

所述风洞包括风洞外壳7、风洞挡板8以及通气管9，所述风洞挡板8垂直地固定连接在风洞外壳7中，通过通气管9向风洞外壳7之内接入空气；

所述上环形管1穿设所述风洞挡板8、且二者固定相连，所述下环形管2固定相连在所述上环形管1的底部、且二者相对接，通过空气管向下环形管2之内接入空气；

所述大射流管3的顶端穿入所述下环形管2中、且二者滑动相连，所述中心射流管4固定连接在大射流管3之内，并向所述大射流管3之内以及中心射流管4之内接入燃料；

所述固定块6固定连接在风洞外壳7之内、且处于风洞挡板8的下方，所述电动推杆5连接在中心射流管4和固定块6之间，通过电动推杆5驱动大射流管3、中心射流管4同时相对于下环形管2做直线往复运动。

所述上环形管1、下环形管2、大射流管3、中心射流管4、电动推杆5均保持同轴心设置。

所述上环形管1中开设有过流通道，所述下环形管2中开设有过流腔，所述过流腔的顶口与过流通道相连通，所述大射流管3自过流腔的底口穿入所述大射流管3中、且通过橡胶垫圈保持大射流管3和大射流管3之间的密封。

所述上环形管1中还开设有顶部敞口的环形凹槽，所述环形凹槽中接入与燃烧反应产物相同的气体，或者接入空气。

所述环形凹槽的顶口处固定连接有一个具有多个通孔的环形卡盘。

所述风洞挡板8上开设有若干气孔。

所述风洞外壳7的侧壁上开设有平行于大射流管3轴向设置的长条形容置孔。

本发明用于探究预混燃烧和扩散燃烧的燃烧特点，在不同混合程度下的部分预混燃烧找出合适的燃烧稳定性、燃烧效率以及废气排放量的部分预混燃烧模型；当射流管和环形管高度一致时，则可以视为完全扩散燃烧，当射流管处于不同高度的中间位置时，则油气有不同程度的混合程度，可以有效的实现对不同油气混合程度的燃烧特性的研究，以应用于不同油气混合程度的场合。

本发明与现有技术相比的有益效果如下：

一、可上下移动的射流管和固定的环形管的设计，可以得到不同混合程度的混合气，然后得到不同混合程度的部分预混火焰。

二、设计了一个风洞外壳，风洞挡板上开了若干空洞，减少了灰尘和空气流动的干扰，促进了燃烧的稳定性，使结果更加可靠。

三、可以通过调节中心射流管和大射流管的不同质量流量，获得不同剪切强度的射流，从而控制湍流强度，获得不同湍流强度的流体。

本发明从整体上具有燃烧模式调节方便、稳定性好、干扰小以及实验结果可靠等优点，可用于探究预混燃烧和扩散燃烧的燃烧特点，在不同混合程度下的部分预混燃烧找出合适的燃烧稳定性、燃烧效率以及废气排放量的部分预混燃烧模型。

附图说明

图1是本案的结构示意图，

图2是图1的D-D向剖视图，

图3是图2的A处局部放大图，

图4是图1的俯视图，

图5是图4的F-F向剖视图，

图6是本案的立体图一，

图7是本案的立体图二；

图中1是上环形管，2是下环形管，3是大射流管，4是中心射流管，5是电动推杆，6是固定块，7是风洞外壳，8是风洞挡板，9是通气管。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明如图1-7所示，包括沿风洞的长度方向设置于风洞中的上环形管1、下环形管2、大射流管3、中心射流管4、电动推杆5以及固定块6；

所述风洞包括风洞外壳7、风洞挡板8以及通气管9，所述风洞挡板8垂直地固定连接在风洞外壳7中，通过通气管9向风洞外壳7之内接入空气；风洞外壳的尺寸为15cm*15cm，由一个通气管9向风洞外壳7之内通入空气；在风洞外壳7之内提供15m·s^-1的匀速协流，对燃烧器起到冷却作用，并防止空气中的灰尘等杂质卷入而干扰检测信号；

所述上环形管1穿设所述风洞挡板8、且二者固定相连，所述下环形管2固定相连在所述上环形管1的底部、且二者相对接，通过空气管向下环形管2之内接入空气；

所述大射流管3的顶端穿入所述下环形管2中、且二者滑动相连，所述中心射流管4固定连接在大射流管3之内，并向所述大射流管3之内以及中心射流管4之内接入燃料；实际使用时，可向大射流管3、中心射流管4直接接入两种气体燃料，如氧气和一氧化碳；也可以接入两种液体燃料；其中大射流管的外径小于10mm、内径为6.5mm，中心射流管的外径小于6.5mm、且内径为1mm；

所述固定块6固定连接在风洞外壳7之内、且处于风洞挡板8的下方，所述电动推杆5连接在中心射流管4和固定块6之间，通过电动推杆5驱动大射流管3、中心射流管4同时相对于下环形管2做直线往复运动。使用时，可以用电动推杆调整射流管的高度，最高可以使大射流管3和上环形管2的顶口平齐，最低处大射流管3和上环形管2的顶口可以相差300mm。

所述上环形管1、下环形管2、大射流管3、中心射流管4、电动推杆5均保持同轴心设置。从而有效确保射流的精度。

所述上环形管1中开设有过流通道，所述下环形管2中开设有过流腔，所述过流腔的顶口与过流通道相连通，所述大射流管3自过流腔的底口穿入所述大射流管3中、且通过橡胶垫圈保持大射流管3和大射流管3之间的密封。

为保证使用时可于上环形管的顶口处稳定燃烧，本案还进行了以下进一步优化：

所述上环形管1中还开设有顶部敞口的环形凹槽，所述环形凹槽中接入与燃烧反应产物相同的气体，或者接入空气。

所述环形凹槽的顶口处固定连接有一个具有多个通孔的环形卡盘。具体来说，环形管由内外两层构成，过流通道的内径10mm，环形凹槽的内径11mm，环形凹槽的外径20mm，环形凹槽的顶口处由一环形卡盘固定，环形卡盘厚度5mm，卡盘上有若干通孔，可以通空气，减少灰尘的干扰，也可以通入和反应物相同的气体，以减少实验干扰。

所述风洞挡板8上开设有若干气孔。风洞挡板靠近上环形管的部分有若干直径1mm的小洞，来进一步减少实验的干扰，在远离上环形管的部分有若干直径5mm的孔洞，可以保证燃烧器上端流场的稳定。

所述风洞外壳7的侧壁上开设有平行于大射流管3轴向设置的长条形容置孔。从而在大射流管3、中心射流管4相对于下环形管2做直线往复运动，给二者与燃料源连接的管道留出足够的运动空间，避免运动干涉。

通过本案的设计可以达到两个方面的精准控制。

一方面，可以通过控制大射流管的顶面和上环形管顶口之间的相对距离S，来控制空气与燃料的混合程度。例如，大射流管、中心射流管是燃料，下环形管通入的是空气，上环形管的环形凹槽则通入和生成物相同的气体；那么，当S＝0mm时，燃烧器产生的就是标准的扩散火焰。同理，当S＝300mm时，燃料和空气拥有充足的时间混合均匀，此时，在出口点燃后就可以视为预混火焰。而当S取0～300mm中间值时，便得到不同混合程度的部分预混火焰，得到相对应的燃烧特性。

另一方面，还可以通过控制中心射流管和大射流管气体的体积流量，以及下环形管中空气的体积流量，可以得到出口速度不同的两股射流。因此，可以通过调节三部分体积流量控制射流间剪切作用强度，进而控制湍流强度。

本试验件灵活小巧，可以实现多种燃料在不同混合程度下预混燃烧，对研究预混燃烧有重要作用。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器，其特征在于，包括沿风洞的长度方向设置于风洞中的上环形管(1)、下环形管(2)、大射流管(3)、中心射流管(4)、电动推杆(5)以及固定块(6)；

所述风洞包括风洞外壳(7)、风洞挡板(8)以及通气管(9)，所述风洞挡板(8)垂直地固定连接在风洞外壳(7)中，通过通气管(9)向风洞外壳(7)之内接入空气；

所述上环形管(1)穿设所述风洞挡板(8)、且二者固定相连，所述下环形管(2)固定相连在所述上环形管(1)的底部、且二者相对接，通过空气管向下环形管(2)之内接入空气；

所述大射流管(3)的顶端穿入所述下环形管(2)中、且二者滑动相连，所述中心射流管(4)固定连接在大射流管(3)之内，并向所述大射流管(3)之内以及中心射流管(4)之内接入燃料；

所述固定块(6)固定连接在风洞外壳(7)之内、且处于风洞挡板(8)的下方，所述电动推杆(5)连接在中心射流管(4)和固定块(6)之间，通过电动推杆(5)驱动大射流管(3)、中心射流管(4)同时相对于下环形管(2)做直线往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器，其特征在于，所述上环形管(1)、下环形管(2)、大射流管(3)、中心射流管(4)、电动推杆(5)均保持同轴心设置。

3.根据权利要求1所述的一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器，其特征在于，所述上环形管(1)中开设有过流通道，所述下环形管(2)中开设有过流腔，所述过流腔的顶口与过流通道相连通，所述大射流管(3)自过流腔的底口穿入所述大射流管(3)中、且通过橡胶垫圈保持大射流管(3)和大射流管(3)之间的密封。

4.根据权利要求1所述的一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器，其特征在于，所述上环形管(1)中还开设有顶部敞口的环形凹槽，所述环形凹槽中接入与燃烧反应产物相同的气体，或者接入空气。

5.根据权利要求3所述的一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器，其特征在于，所述环形凹槽的顶口处固定连接有一个具有多个通孔的环形卡盘。

6.根据权利要求1所述的一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器，其特征在于，所述风洞挡板(8)上开设有若干气孔。

7.根据权利要求1所述的一种燃烧模式可调的射流管式燃烧器，其特征在于，所述风洞外壳(7)的侧壁上开设有平行于大射流管(3)轴向设置的长条形容置孔。

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