CN116293787B - 一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置 - Google Patents
一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116293787B CN116293787B CN202310467051.4A CN202310467051A CN116293787B CN 116293787 B CN116293787 B CN 116293787B CN 202310467051 A CN202310467051 A CN 202310467051A CN 116293787 B CN116293787 B CN 116293787B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- blunt body
- blunt
- flame
- gap
- plasma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 16
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 239000011214 refractory ceramic Substances 0.000 claims 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 40
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/26—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
本发明涉及一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,包括上游火焰稳定结构和下游管道结构,上游火焰稳定结构包括外部壳体、点火器组件和钝体组件,钝体组件包括钝体支架、第一钝体、第二钝体和固定挡板,第一钝体和第二钝体均通电连接有高压等离子电源;第一钝体和第二钝体之间留有钝体缝隙,固定挡板位于第一钝体和第二钝体中朝向下游管道结构的一侧,并与第一钝体和第二钝体之间留有水平缝隙,固定挡板包括两个固定子板,两个固定子板之间留有与钝体缝隙相配合的垂直缝隙,各个固定子板的一端均连接有活动挡板,该活动挡板用于切换封闭水平缝隙和垂直缝隙。与现有技术相比,本发明具有提高了燃烧效率、拓宽了稳燃边界等优点。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧装置领域,尤其是涉及一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置。
背景技术
气体流经钝体在钝体后形成回流区,在高速来流情况下常利用这一特性来稳定火焰,在工程实践中有着重要的意义,因此钝体稳定器广泛应用于军用发动机的加力燃烧室以及无人机的微尺度燃烧室中。加力燃烧室由于燃烧环境恶劣、运行工况极端,其燃烧稳定具有重要的军事意义;微尺度燃烧器由于尺寸较小导致了散热严重、气体停留时间短化学反应不充分、不易点燃、燃烧效率低下等缺点,也需要钝体等稳燃措施。如何扩宽稳定燃烧工况范围,保证钝体火焰稳定燃烧,进一步提高燃烧速率和效率,成为当前的研究热点。
等离子体助燃技术作为一种可以提高燃烧性能的先进技术,在改善燃烧室出口温度场的均匀性、扩宽稳定燃烧范围以及提高燃烧效率等方面显示出广阔的应用前景,受到工业界的广泛关注。从上世纪70年代开始,国内外在等离子体助燃激励器的研制方面开展了许多研究,主要采用介质阻挡放电的方式产生等离子体。近年来,滑动弧放电也得到了广泛的关注。滑动弧放电等离子体的电子温度较低,但电子数密度较高,具有典型的低温等离子体特征,相比于介质阻挡放电等其他放电产生等离子体的方式,滑动弧放电具有电极结构简单、持续放电无电极烧蚀、无须水冷等优点。此外,滑动弧放电过程中产生的高能电子、活性基团具有高度的化学活性,这些活性粒子可以提高化学反应速率、加快化学反应进程。因此,滑动弧放电等离子体在燃料重整、污染物降解、污水处、等离子体点火助燃等方面具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,通过对二维钝体火焰不同燃烧状态进行实时监测,并在此基础上对等离子体助燃的空间位置进行优化调整,从而实现提高燃烧效率、拓宽稳燃边界的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,包括上游火焰稳定结构和下游管道结构,所述上游火焰稳定结构包括外部壳体以及安装在外部壳体内的点火器组件和钝体组件,所述钝体组件包括钝体支架以及受钝体支架支撑的第一钝体、第二钝体和固定挡板,所述第一钝体和第二钝体均通电连接有高压等离子电源;
所述第一钝体和第二钝体之间留有钝体缝隙,所述固定挡板位于所述第一钝体和第二钝体中朝向下游管道结构的一侧,并与所述第一钝体和第二钝体之间留有水平缝隙,所述固定挡板包括两个固定子板,两个固定子板之间留有与所述钝体缝隙相配合的垂直缝隙,各个所述固定子板的一端均连接有活动挡板,该活动挡板用于切换封闭所述水平缝隙和垂直缝隙。
进一步的,所述活动挡板可转动连接所述钝体支架,并在第一状态和第二状态下切换,当所述活动挡板处于第一状态时,两个固定子板上的活动挡板的端部相接,封闭所述垂直缝隙;
当所述活动挡板处于第二状态时,各个所述活动挡板分别封闭对应的固定子板一侧的水平缝隙。
进一步的,当所述活动挡板处于第一状态时,所述第一钝体和第二钝体产生的活性粒子和经过点火器组件的来流依次经过钝体缝隙和水平缝隙,从上游火焰稳定结构的两侧进入下游管道结构;
当所述活动挡板处于第二状态时,所述第一钝体和第二钝体产生的活性粒子和经过点火器组件的来流依次经过钝体缝隙和垂直缝隙,从上游火焰稳定结构的中部进入下游管道结构。
进一步的,所述活动挡板还连接有旋转驱动结构,该旋转驱动结构包括依次连接的电机、减速机构和传动轴,所述电机和减速机构均安装在钝体支架上,所述传动轴连接所述活动挡板。
进一步的,所述钝体支架上还设有抽气孔,该抽气孔位于所述固定挡板中朝向下游管道结构的一侧,所述燃烧装置还包括未燃物质浓度检测结构和控制器,所述未燃物质浓度检测结构的探测端连接所述抽气孔,所述控制器分别连接所述未燃物质浓度检测结构和电机;
所述控制器的控制过程包括:
当根据所述未燃物质浓度检测结构的输出结果判断火焰为稳定燃烧时,控制电机带动所述活动挡板处于第一状态,使得经过所述钝体缝隙的气体通过水平缝隙进入钝体两侧;
当根据所述未燃物质浓度检测结构的输出结果判断火焰为不稳定燃烧时,控制电机带动所述活动挡板处于第二状态,使得经过所述钝体缝隙的气体通过垂直缝隙进入钝体下游,进一步增强抽气孔空间位置的燃烧。
进一步的,所述旋转驱动结构还包括电机密封盖,所述电机和减速机构均位于电机密封盖内侧,所述电机密封盖通过螺栓与密封圈与钝体支架固定,所述电机的电线通过航空接头引出连接所述控制器。
进一步的,所述第一钝体和第二钝体在钝体缝隙的两侧均设有相互平行的阻挡介质,
进一步的,所述钝体缝隙从朝向上游火焰稳定结构的一端到朝向下游管道结构的一端大小逐渐增大。
进一步的,所述第一钝体和第二钝体均为金属材料,所述固定挡板和活动挡板均为耐高温陶瓷材料。
进一步的,所述外部壳体包括上游方管和固定在上游方管端部的上游法兰,所述下游管道结构包括下游方管和固定在下游方管端部的下游法兰,所述上游法兰连接所述下游法兰;
所述点火器组件包括点火器固定件和点火器,所述点火器固定件固定在上游方管的内壁上,所述点火器安装在点火器固定件上。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明将等离子体助燃与钝体稳定火焰结构相结合,通过改变钝体稳定火焰的流场结构,使得部分气体可以经由位于钝体结构缝隙中的等离子体放电区域进入回流区,增强回流区内部火焰的燃烧,进而提高火焰燃烧效率,提升火焰燃烧稳定性,拓宽熄火极限。
(2)本发明将等离子体放电状态与燃烧状态结合,在密封、绝缘等前提下实现了等离子体对火焰不同位置的稳定,具有很好的工况适应性。
(3)本发明可以基于火焰状态改变等离子体助燃具体位置,优化稳焰的燃烧组织方式。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置的整体结构示意图;
图2为本发明实施例中提供的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置的火焰稳定部分截面示意图;
图3为本发明实施例中提供的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置点火器(22)部分结构示意图;
图4(a)为本发明实施例中提供的一种钝体部分示意图;
图4(b)为本发明实施例中提供的一种在抽气孔区域稳定燃烧时的钝体部分活动挡板(35)空间位置示意图;
图4(c)为本发明实施例中提供的一种在抽气孔区域不稳定燃烧时的钝体部分活动挡板空间位置示意图;
图5为本发明实施例中提供的一种滑动弧等离子体放电方式下的钝体部分示意图;
图6(a)为本发明实施例中提供的一种电机与活动挡板连接部分整体示意图;
图6(b)为本发明实施例中提供的一种电机与活动挡板连接部分局部示意图;
图7为本发明实施例中提供的一种等离子体助燃位置控制逻辑图;
图中,1、外部壳体,11、上游方管,12、上游法兰,2、点火器组件,21、点火器固定件,22、点火器,23、放电电极,3、钝体组件,31、钝体支架,311、抽气孔,312、电机轴孔,32、第一钝体,33、第二钝体,34、固定挡板,35、活动挡板,36、钝体缝隙,37、水平缝隙,38、垂直缝隙,39、阻挡介质,4、旋转驱动结构,41、电机,42、减速机构,43、传动轴,44、电机密封盖,5、下游管道结构,51、下游方管,52、下游法兰,6、螺栓,7、螺母,8、垫片,9、高压导线,10、陶瓷管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
此外,术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
实施例1
如图1-4(a)所示,本实施例提供一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,包括上游火焰稳定结构和下游管道结构5,上游火焰稳定结构包括外部壳体1以及安装在外部壳体1内的点火器组件2和钝体组件3,钝体组件3包括钝体支架31以及受钝体支架31支撑的第一钝体32、第二钝体33和固定挡板34,第一钝体32和第二钝体33均通电连接有高压等离子电源;
第一钝体32和第二钝体33之间留有钝体缝隙36,固定挡板34位于第一钝体32和第二钝体33中朝向下游管道结构5的一侧,并与第一钝体32和第二钝体33之间留有水平缝隙37,固定挡板34包括两个固定子板,两个固定子板之间留有与钝体缝隙36相配合的垂直缝隙38,各个固定子板的一端均连接有活动挡板35,该活动挡板35用于切换封闭水平缝隙37和垂直缝隙38。
第一钝体32和第二钝体33的放电方式可以为DBD介质阻挡放电,也可以为滑动弧等离子体放电;
DBD介质阻挡放电时,第一钝体32和第二钝体33在钝体缝隙36的两侧均设有相互平行的阻挡介质39,此时的钝体缝隙36为等离子体放电区域;
滑动弧等离子体放电时,如图5所示,钝体缝隙36从朝向上游火焰稳定结构的一端到朝向下游管道结构5的一端大小逐渐增大,此时的钝体缝隙36为滑动弧放电区域,在气流的作用下,放电电弧逐渐向下游移动,并不断拉长,直到拉断,并再次在两个钝体最短位置处进行放电,循环往复以实现更好的等离子体助燃效果。
本方案通过第一钝体32和第二钝体33激发出的活性粒子,起到稳定火焰的效果,并且设置固定挡板34和可转动的活动挡板35,可根据内部区域的火焰燃烧情况,对不同位置进行火焰增强,提高整体的燃烧效率,拓宽稳燃边界。
其中点火器组件2和下游管道结构5,分别实现点火器22的安装以及提供下游管道的功能,可通过现有技术中的类似方案实现,不做唯一限定。
具体的,对于钝体组件内的结构,活动挡板35可转动连接钝体支架31,并在第一状态和第二状态下切换,如图4(b)所示,当活动挡板35处于第一状态时,两个固定子板上的活动挡板35的端部相接,封闭垂直缝隙38;
如图4(c)所示,当活动挡板35处于第二状态时,各个活动挡板35分别封闭对应的固定子板一侧的水平缝隙37。
当活动挡板35处于第一状态时,第一钝体32和第二钝体33产生的活性粒子和经过点火器组件2的来流依次经过钝体缝隙36和水平缝隙37,从上游火焰稳定结构的两侧进入下游管道结构5;
当活动挡板35处于第二状态时,第一钝体32和第二钝体33产生的活性粒子和经过点火器组件2的来流依次经过钝体缝隙36和垂直缝隙38,从上游火焰稳定结构的中部进入下游管道结构5。
作为一种优选的实施方式,为实现对上述燃烧装置的自动控制,如图6(a)和6(b)所示,活动挡板35还连接有旋转驱动结构4,该旋转驱动结构4包括依次连接的电机41、减速机构42和传动轴43,电机41和减速机构42均安装在钝体支架31上,传动轴43连接活动挡板35。
钝体支架31上还设有抽气孔311,该抽气孔311位于固定挡板34中朝向下游管道结构5的一侧,燃烧装置还包括未燃物质浓度检测结构和控制器,未燃物质浓度检测结构的探测端连接抽气孔311,控制器分别连接未燃物质浓度检测结构和电机41;
控制器的控制过程包括:
当根据未燃物质浓度检测结构的输出结果判断火焰为稳定燃烧时,控制电机41带动活动挡板35处于第一状态,使得经过钝体缝隙36的气体通过水平缝隙37进入钝体两侧;
当根据未燃物质浓度检测结构的输出结果判断火焰为不稳定燃烧时,控制电机41带动活动挡板35处于第二状态,使得经过钝体缝隙36的气体通过垂直缝隙38进入钝体下游,进一步增强抽气孔311空间位置的燃烧。
由此可实现,当检测出抽气孔311所在区域为稳定燃烧时,两钝体之间的流道中富含等离子体的气体会通过水平流道进入钝体两侧,直接注入剪切层区域,进一步稳定火焰;
当检测出抽气孔311所在区域为不稳定燃烧时,两钝体之间流道中富含等离子体的气体会通过垂直流道进入钝体下游,进一步增强抽气孔311空间位置的燃烧;
由此可以基于火焰状态改变等离子体助燃具体位置,优化稳焰的燃烧组织方式。
由于传动轴43与侧壁之间存在缝隙,因此需要对于电机41部分进行密封,优选的,旋转驱动结构4还包括电机密封盖44,电机41和减速机构42均位于电机密封盖44内侧,电机密封盖44通过螺栓与密封圈与钝体支架31固定,电机41的电线通过航空接头引出连接控制器。
基于电机密封盖44的设置,电机41和减速机构42可以安装在钝体支架31的侧壁上或者电机密封盖44上。
优选的,第一钝体32和第二钝体33均为金属材料,固定挡板34和活动挡板35均为耐高温陶瓷材料。
优选的,外部壳体1包括上游方管11和固定在上游方管11端部的上游法兰12,下游管道结构5包括下游方管51和固定在下游方管51端部的下游法兰52,上游法兰12连接下游法兰52;
上游法兰12和下游法兰52之间设有垫片8,上游法兰12和下游法兰52之间通过螺栓6和螺母7进行固定连接。
点火器组件2包括点火器固定件21和点火器22,点火器固定件21通过螺栓6固定在上游方管11的内壁上,点火器22安装在点火器固定件21上,点火器22的端部引出放电电极23进行点火。
将上述优选的实施方式进行任意组合可以得到更优的实施方式,下面将所有实施方式进行组合得到的一种最优的实施方式进行具体描述。
本实施方式提供的整体装置分为两部分:下游管道部分与上游火焰稳定部分,两部分通过法兰进行连接,并在连接处放置石墨垫片以实现密封。实际工作中,燃料与空气的预混气通过上游管道入口进入,先后流经上游管道、点火器22、钝体及下游管道。
下游管道部分主要由方管以及法兰通过焊接进行连接,材料为耐热金属。
上游管道火焰稳定部分的整体结构如图2所示。外部由方管与法兰焊接而成,内部点火器22部分如图3所示,点火器22伸入腔体部分的放电电极材料为金属,点火器22主体部分材料为陶瓷。点火器22点火时,正负两个电极之间出现电火花放电,在未燃气中产生火核,火核在来流推动下向下游移动,最终使得火焰稳定在钝体下游。点火器22主体与侧壁之间通过点火器固定件21与螺栓进行固定连接,点火器22主体与点火器固定件21之间通过高温胶密封。
钝体部分如图4所示,钝体两端支架为耐高温的绝缘陶瓷,两侧三角形钝体为金属材料并利用穿过侧壁的导线与高压等离子电源连接,导线与侧壁之间使用陶瓷管进行绝缘(如图2所示),两侧的三角形钝体中间留出缝隙,缝隙两侧为相互平行的阻挡介质39,中间缝隙为等离子体放电区域。三角形钝体、固定挡板34以及活动挡板35与两侧绝缘陶瓷支架之间使用凹槽进行安装固定。实际应用中,未燃气会流经放电区域,放电区域产生的热量以及等离子体激发出的活性粒子会进入钝体下游,进一步稳定火焰。
此外,本装置还可以将DBD介质阻挡放电进一步改为滑动弧等离子体放电,通过改变钝体的形状造成两个钝体之间的距离是渐变的,如图5所示,在气流的作用下,放电电弧逐渐向下游移动,并不断拉长,直到拉断,并再次在两个钝体最短位置处进行放电,循环往复以实现更好的等离子体助燃效果。
本装置基于机械结构以实现等离子助燃位置的调整。机械结构由电机41与活动挡板35构成,两者之间的连接如图6所示。电机41与减速机构42通过传动轴43与活动挡板35连接,为方便安装,该部分使用榫卯结构进行连接。由于传动轴43与侧壁之间存在缝隙,因此需要对于电机41部分进行密封,具体密封方式如图6(a)所示,电机密封盖44通过螺栓与密封圈与侧壁固定,电机41的电线通过专用的航空接头引出连接控制器。
等离子体助燃位置控制逻辑图如图7所示,首先通过钝体下游的抽气孔311抽取部分气体,根据气体中未燃物质(碳氢混合物、一氧化碳等)的浓度,以及该区域的实时火焰状态,对于该区域的火焰进行判断,进一步决定挡板状态。当气体样品检测结果判定为稳定燃烧时,活动挡板35空间位置如图4(b),此时,两钝体之间的流道中富含等离子体的气体会通过水平流道进入钝体两侧,直接注入剪切层区域,进一步稳定火焰。当气体样品检测结果判定为不稳定燃烧时,活动挡板35空间位置如图4(c),此时,两钝体之间流道中富含等离子体的气体会通过垂直流道进入钝体下游,进一步增强抽气孔311空间位置的燃烧,待该位置火焰稳定时(气体样品中未燃物质较少),活动挡板35空间位置转为图4(b)。因流道内部活动挡板35与固定挡板34处于高温区域,因此挡板应选用耐高温陶瓷材料。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,包括上游火焰稳定结构和下游管道结构(5),其特征在于,所述上游火焰稳定结构包括外部壳体(1)以及安装在外部壳体(1)内的点火器组件(2)和钝体组件(3),所述钝体组件(3)包括钝体支架(31)以及受钝体支架(31)支撑的第一钝体(32)、第二钝体(33)和固定挡板(34),所述第一钝体(32)和第二钝体(33)均通电连接有高压等离子电源;
所述第一钝体(32)和第二钝体(33)之间留有钝体缝隙(36),所述固定挡板(34)位于所述第一钝体(32)和第二钝体(33)中朝向下游管道结构(5)的一侧,并与所述第一钝体(32)和第二钝体(33)之间留有水平缝隙(37),所述固定挡板(34)包括两个固定子板,两个固定子板之间留有与所述钝体缝隙(36)相配合的垂直缝隙(38),各个所述固定子板的一端均连接有活动挡板(35),该活动挡板(35)用于切换封闭所述水平缝隙(37)和垂直缝隙(38)。
2.根据权利要求1所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,所述活动挡板(35)可转动连接所述钝体支架(31),并在第一状态和第二状态下切换,当所述活动挡板(35)处于第一状态时,两个固定子板上的活动挡板(35)的端部相接,封闭所述垂直缝隙(38);
当所述活动挡板(35)处于第二状态时,各个所述活动挡板(35)分别封闭对应的固定子板一侧的水平缝隙(37)。
3.根据权利要求2所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,当所述活动挡板(35)处于第一状态时,所述第一钝体(32)和第二钝体(33)产生的活性粒子和经过点火器组件(2)的来流依次经过钝体缝隙(36)和水平缝隙(37),从上游火焰稳定结构的两侧进入下游管道结构(5);
当所述活动挡板(35)处于第二状态时,所述第一钝体(32)和第二钝体(33)产生的活性粒子和经过点火器组件(2)的来流依次经过钝体缝隙(36)和垂直缝隙(38),从上游火焰稳定结构的中部进入下游管道结构(5)。
4.根据权利要求2所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,所述活动挡板(35)还连接有旋转驱动结构(4),该旋转驱动结构(4)包括依次连接的电机(41)、减速机构(42)和传动轴(43),所述电机(41)和减速机构(42)均受钝体支架(31)支撑,所述传动轴(43)连接所述活动挡板(35)。
5.根据权利要求4所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,所述钝体支架(31)上还设有抽气孔(311),该抽气孔(311)位于所述固定挡板(34)中朝向下游管道结构(5)的一侧,所述燃烧装置还包括未燃物质浓度检测结构和控制器,所述未燃物质浓度检测结构的探测端连接所述抽气孔(311),所述控制器分别连接所述未燃物质浓度检测结构和电机(41);
所述控制器的控制过程包括:
当根据所述未燃物质浓度检测结构的输出结果判断火焰为稳定燃烧时,控制电机(41)带动所述活动挡板(35)处于第一状态,使得经过所述钝体缝隙(36)的气体通过水平缝隙(37)进入钝体两侧;
当根据所述未燃物质浓度检测结构的输出结果判断火焰为不稳定燃烧时,控制电机(41)带动所述活动挡板(35)处于第二状态,使得经过所述钝体缝隙(36)的气体通过垂直缝隙(38)进入钝体下游,进一步增强抽气孔(311)空间位置的燃烧。
6.根据权利要求5所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,所述旋转驱动结构(4)还包括电机密封盖(44),所述电机(41)和减速机构(42)均位于电机密封盖(44)内侧,所述电机密封盖(44)通过螺栓与密封圈与钝体支架(31)固定,所述电机(41)的电线通过航空接头引出连接所述控制器。
7.根据权利要求1所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,所述第一钝体(32)和第二钝体(33)在钝体缝隙(36)的两侧均设有相互平行的阻挡介质(39)。
8.根据权利要求1所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,所述钝体缝隙(36)从朝向上游火焰稳定结构的一端到朝向下游管道结构(5)的一端大小逐渐增大。
9.根据权利要求1所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,所述第一钝体(32)和第二钝体(33)均为金属材料,所述固定挡板(34)和活动挡板(35)均为耐高温陶瓷材料。
10.根据权利要求1所述的一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置,其特征在于,所述外部壳体(1)包括上游方管(11)和固定在上游方管(11)端部的上游法兰(12),所述下游管道结构(5)包括下游方管(51)和固定在下游方管(51)端部的下游法兰(52),所述上游法兰(12)连接通过螺栓(6)所述下游法兰(52);
所述点火器组件(2)包括点火器固定件(21)和点火器(22),所述点火器固定件(21)固定在上游方管(11)的内壁上,所述点火器(22)安装在点火器固定件(21)上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310467051.4A CN116293787B (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310467051.4A CN116293787B (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116293787A CN116293787A (zh) | 2023-06-23 |
CN116293787B true CN116293787B (zh) | 2024-05-03 |
Family
ID=86797978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310467051.4A Active CN116293787B (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116293787B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4604988A (en) * | 1984-03-19 | 1986-08-12 | Budra Research Ltd. | Liquid vortex gas contactor |
KR100844976B1 (ko) * | 2007-07-18 | 2008-07-09 | 한국에너지기술연구원 | 플라즈마/가스 혼합형 연소장치 및 이를 이용한 용융방법 |
CN203131814U (zh) * | 2013-01-31 | 2013-08-14 | 武汉誉德锅炉技术研究院(有限合伙) | 一种可调式钝体燃烧器 |
CN108800108A (zh) * | 2017-04-28 | 2018-11-13 | 施政 | 一种煤粉燃烧系统 |
CN113280365A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-08-20 | 上海交通大学 | 一种燃烧室点火装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10064259B4 (de) * | 2000-12-22 | 2012-02-02 | Alstom Technology Ltd. | Brenner mit hoher Flammenstabilität |
-
2023
- 2023-04-27 CN CN202310467051.4A patent/CN116293787B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4604988A (en) * | 1984-03-19 | 1986-08-12 | Budra Research Ltd. | Liquid vortex gas contactor |
KR100844976B1 (ko) * | 2007-07-18 | 2008-07-09 | 한국에너지기술연구원 | 플라즈마/가스 혼합형 연소장치 및 이를 이용한 용융방법 |
CN203131814U (zh) * | 2013-01-31 | 2013-08-14 | 武汉誉德锅炉技术研究院(有限合伙) | 一种可调式钝体燃烧器 |
CN108800108A (zh) * | 2017-04-28 | 2018-11-13 | 施政 | 一种煤粉燃烧系统 |
CN113280365A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-08-20 | 上海交通大学 | 一种燃烧室点火装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
钝体燃烧器火焰变化过程的速度分布特性;葛冰;臧述升;顾欣;;中国电机工程学报;20070220(第05期);36-40 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116293787A (zh) | 2023-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR0171959B1 (ko) | 공업용 로, 축열 연소용 버너 및, 공업용 로의 연소방법 | |
US20090151322A1 (en) | Plasma Assisted Combustion Device | |
US20110225948A1 (en) | Apparatus for high-frequency electromagnetic initiation of a combustion process | |
US20040185396A1 (en) | Combustion enhancement with silent discharge plasma | |
US20100186414A1 (en) | Magnetic ion plasma annular injection combustor | |
US6042371A (en) | Combustion apparatus | |
CN108412616A (zh) | 航空发动机燃烧室导流叶片式dbd等离子体助燃激励器 | |
CN103925116A (zh) | 滑动弧点火装置 | |
CN109882886A (zh) | 一种斜坡火箭布局方式的rbcc发动机燃烧室及其设计方法 | |
WO2022152311A1 (zh) | 废气/废液/固废燃烧处理器及其使用方法 | |
US20080173270A1 (en) | Fuel injection device including plasma-inducing electrode arrays | |
CN111936790A (zh) | 燃烧器以及具备该燃烧器的燃气轮机 | |
US20230332564A1 (en) | Intake plasma generator systems and methods | |
US20090114178A1 (en) | Fuel injection device including plasma-inducing electrode arrays | |
CN116293787B (zh) | 一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置 | |
CN108915893B (zh) | 一种多管螺旋式脉冲爆轰发动机 | |
CN114877371A (zh) | 一种具有双重稳定火焰机制的先进燃烧室及其燃烧方法 | |
KR101008683B1 (ko) | Dpf 시스템용 버너장치 | |
CN202757150U (zh) | 一种等离子催化气态旋流喷嘴 | |
CN114543094A (zh) | 具有内部废气再循环的燃料焚烧燃烧器 | |
CN113107684B (zh) | 一种用于航空发动机的电极及其组成的航空发动机 | |
CN107013910B (zh) | 混合盘和燃烧器 | |
CN116557147B (zh) | 等离子体起爆装置、旋转爆震发动机及起爆方法 | |
CN114340131B (zh) | 三维滑动弧等离子体发生器 | |
CN216814161U (zh) | 一种进气装置和燃烧器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |