一种高压稳定燃烧火焰炉及其控制方法与流程

本发明涉及燃烧火焰炉，用于流场非接触测量；具体是一种高压稳定燃烧火焰炉及其控制方法。

背景技术：

1、高压燃烧反应在内燃机、燃气涡轮机、喷气推进发动机等实际的燃烧应用中是非常普遍的，然而这些系统中的高压燃烧反应是非常复杂的，并且有时还是非稳定的，难以对其中的基本燃烧过程进行研究。因此，要在超燃、航空发动机等高压燃烧环境中开展激光光谱诊断技术的定量测量，需要一个可在宽泛操作条件下稳定燃烧运行，可重复产生燃烧产物（中间产物），压力连续可调的高压稳定燃烧火焰炉，用作高压火焰光谱诊断标定装置，同时可在不同燃烧压力、不同工况构成范围，可用于多种光谱测量手段测量温度、压力、组分浓度等。而传统燃烧不能表征高压下燃烧的状态，同时还没有高压稳定燃烧的光谱数据，可以获取基础标准的高压下的光谱数据。

技术实现思路

1、因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种高压稳定燃烧火焰炉及其控制方法，该发明能够实现燃烧物能够在指定压力值的条件下稳定燃烧，通过炉体的观察窗能够方便监控设备对火焰进行监控，除了可以用于燃烧温度场标定外，还可为plif、frs、cars、srs、tdlas等多种测量手段提供诸如压力线型依赖关系等基础光谱数据。

2、一方面，本发明提供了一种高压稳定燃烧火焰炉，包括炉体、燃烧炉头、温度传感器和尾气排放装置，所述炉体开设有多个透明的观察窗；所述燃烧炉头通过燃烧炉头位移台安装于所述炉体内，所述温度传感器通过传感器位移台安装于炉体内并与所述燃烧炉头适配，所述炉体安装有与所述燃烧炉头适配的点火装置；

3、所述尾气排放装置安装于所述炉体的上部，并设置有开关阀；

4、在所述炉体的上部还设置有安全阀和控制炉体内部压力的控压组件，所述控压组件至少包括背压阀和压力传感器。

5、可选的，所述炉体下部安装有升降底座。

6、可选的，还包括气源系统，该气源系统与所述燃烧炉头连接，并受控于气源控制柜；所述气源系统包括协流空气管道、主流空气管道、燃料气体管道和充填氮气管道。

7、可选的，还包括安装于所述炉体内位于燃烧炉头上方的冷却水集盘，该冷却水集盘与外接的冷却装置连接。

8、可选的，所述点火装置为火花塞，所述温度传感器为热电偶装置。

9、可选的，该高压稳定燃烧火焰炉运行压力范围在0.1mpa～2mpa之间。

10、另一方面，本发明还提供了一种高压稳定燃烧火焰炉的控制方法，包括气体供应及混合方法，该气体供应及混合方法具体是：

11、在常压下先打开协流空气阀门，然后以一定的流量供应并点燃燃料气体，在炉体的燃烧室内形成扩散火焰；

12、打开主流空气阀门并逐步增大主流空气流量，同时减小协流空气流量，扩散火焰逐步向预混火焰过渡；

13、关闭协流空气阀门，逐步调节燃料气体和主流空气流量，使两者按照要求的比例均匀混合。

14、所述一种高压稳定燃烧火焰炉的控制方法，还包括点火方法，该点火方法具体是：

15、点火前，燃烧炉头平移至火花塞下方，打开尾气排放装置的放气阀，使炉体内处于常压；

16、打开燃烧炉头和冷却装置，启动点火，火花塞按照设定的时序启动，若点火失败，切断气源、并对管路进行吹扫；若点火成功，进行点火成功标记；

17、点火成功后，将燃烧炉头移回到炉体中央，以便从观测窗对火焰进行相应的光谱诊断技术研究。

18、所述一种高压稳定燃烧火焰炉的控制方法：还包括压力调节与火焰的稳定和保持方法，具体是：

19、常压下点火成功后，然后关闭开关阀，通过调节各路气体流量，使炉体内部达到设定的压力值；

20、缓慢打开背压阀，通过背压阀实时调节炉体内的压力，使炉体内实际压力和设定压力处于一个动态平衡的过程，整个程完成升压状态；

21、在试验时通过安装于观察窗的监控和热电偶对火焰进行监测，若火焰在高压下熄灭，则将整个高压稳定燃烧火焰炉内部的所有气体完全排空，并在开关阀完全打开的情况下，在常压下重新点火。

22、进一步的，所述背压阀用于炉体内压力高于0.1mpa时的压力控制，压力稳定偏差是0.01mpa。

23、本发明具有如下优点：

24、本发明可以实现燃烧物长时间稳定燃烧运行，可重复运行，多工况比调节，多压力调节，适用氢气、甲烷两种燃烧气体；低成本；除了用于燃烧温度场标定外，还可为plif、frs、cars、srs、tdlas等多种测量手段提供诸如压力线型依赖关系等基础光谱数据。

技术特征：

1.一种高压稳定燃烧火焰炉，包括炉体、燃烧炉头、温度传感器和尾气排放装置，其特征在于：所述炉体开设有多个透明的观察窗；所述燃烧炉头通过燃烧炉头位移台安装于所述炉体内，所述温度传感器通过传感器位移台安装于炉体内并与所述燃烧炉头适配，所述炉体安装有与所述燃烧炉头适配的点火装置；

2.根据权利要求1所述一种高压稳定燃烧火焰炉，其特征在于：所述炉体下部安装有升降底座。

3.根据权利要求1所述一种高压稳定燃烧火焰炉，其特征在于：还包括气源系统，该气源系统与所述燃烧炉头连接，并受控于气源控制柜；

4.根据权利要求1所述一种高压稳定燃烧火焰炉，其特征在于：还包括安装于所述炉体内位于燃烧炉头上方的冷却水集盘，该冷却水集盘与外接的冷却装置连接。

5.根据权利要求1所述一种高压稳定燃烧火焰炉，其特征在于：所述点火装置为火花塞，所述温度传感器为热电偶装置。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述一种高压稳定燃烧火焰炉，其特征在于：该高压稳定燃烧火焰炉运行压力范围在0.1mpa～2mpa之间。

7.一种如权利要求1-5任一权利要求所述高压稳定燃烧火焰炉的控制方法，其特征在于：包括气体供应及混合方法，该气体供应及混合方法具体是：

8.根据权利要求7所述一种高压稳定燃烧火焰炉的控制方法，其特征在于：还包括点火方法，该点火方法具体是：

9.根据权利要求7所述一种高压稳定燃烧火焰炉的控制方法，其特征在于：还包括压力调节与火焰的稳定和保持方法，具体是：

10.根据权利要求9所述一种高压稳定燃烧火焰炉的控制方法，其特征在于：所述背压阀(109)用于炉体内压力高于0.1mpa时的压力控制，压力稳定偏差是0.01mpa。

技术总结本发明涉及流场非接触测量技术领域，公开了一种高压稳定燃烧火焰炉及其控制方法，所述燃烧火焰炉包括炉体、燃烧炉头、温度传感器和尾气排放装置，所述炉体开设有多个透明的观察窗；所述燃烧炉头通过燃烧炉头位移台安装于所述炉体内，所述温度传感器安装于炉体内，所述炉体安装有与所述燃烧炉头适配的点火装置；所述尾气排放装置安装于所述炉体的上部；在所述炉体的上部还设置有安全阀和控制炉体内部压力的控压组件；本发明能够实现燃烧物能够在指定压力值的条件下稳定燃烧，通过炉体的观察窗能够方便监控设备对火焰进行监控，除了可以用于燃烧温度场标定外，还可为PLIF、FRS、CARS、SRS、TDLAS等多种测量手段提供诸如压力线型依赖关系等基础光谱数据。技术研发人员：母金河,陈爽,齐新华,吴运刚,何修杰,闫博受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/4