一种便于调节来流的火焰稳定装置

技术领域

本发明涉及火焰稳定器领域，尤其是涉及一种便于调节来流的火焰稳定装置。

背景技术

火焰稳定器亦称“火焰保持器”，是一种用以在燃烧设备中保持火焰稳定的装置。现有技术中的火焰稳定器大多解决的是火焰燃烧过程中，受外界干扰所产生的稳定性问题，如授权公告号为CN104896510B的发明公开了一种火焰稳定器，包括中心环和沿径向均匀地固定在中心环外环面上的若干个径向支柱，中心环的环体和径向支柱皆由槽状结构的构件组成，且中心环和径向支柱的槽口方向相同，槽状结构的构件内设有气流通道，气流通道通过槽底设置的多个喷气孔与外界连通，中心环和径向支柱内的气流通道彼此连通，形成一个形状与火焰稳定器对应的气流腔。

该火焰稳定器仅针对燃气在高速气流冲击下的稳定性问题，没有考虑对火焰的来流调节，对火焰的稳定性考虑仍存在缺陷。

现有技术中也有考虑到火焰的来流情况，但都是将压力含氧量流速等因素是耦合在一起进行调节，无法单独研究某一因素对火焰稳定的影响。

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可独立调节来流不同因素的情况的便于调节来流的火焰稳定装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种便于调节来流的火焰稳定装置，包括依次连接的来流调节段、稳流段和观察段，所述来流调节段包括依次连接的进料外壳、稳定外壳和补料外壳，所述进料外壳的一端连接有进料燃料管，另一端连接所述稳定外壳，所述进料外壳的侧面设有进料空气管和点火器，所述补料外壳远离所述稳定外壳的一端连接所述稳流段，所述补料外壳设有补充燃料管和补充空气管。

进一步地，所述进料空气管的进气方向偏离所述进料外壳的中心，所述补充空气管与所述进料空气管位于同一铅垂面上，所述补充空气管与所述进料空气管的进气方向相反。

进一步地，所述稳流段包括稳流方管和稳流蜂窝板，所述稳流方管的两端分别连接所述补料外壳和所述观察段，所述稳流蜂窝板位于所述稳流方管的内部，并且位于所述稳流方管中靠近所述补料外壳的一侧。

进一步地，所述稳流方管分别通过方形法兰连接所述补料外壳和所述观察段。

进一步地，所述稳流段还包括传感器，该传感器连接所述稳流方管，用于对所述稳流方管内的来流进行检测。

进一步地，所述观察段包括转接单元和观察单元，所述转接单元分别连接所述稳流段和观察单元，所述观察单元设有用于观察的透明窗口。

进一步地，所述观察单元包括观察窗框架、观察窗结构和封闭结构，所述观察窗框架分别连接所述观察窗结构、转接单元和封闭结构，形成有观察室。

进一步地，所述观察窗结构包括观察窗、密封圈、盖片和底片，所述密封圈的数量为两个，所述盖片、一个密封圈、观察窗、一个密封圈和底片依次连接。

进一步地，所述盖片可拆卸连接所述底片，实现所述盖片、一个密封圈、观察窗、一个密封圈和底片的整体固定；

所述底片可拆卸连接所述观察窗框架，实现所述观察窗结构与所述观察窗框架的固定。

进一步地，所述封闭结构包括第五方形法兰和第二转接方管，所述第二转接方管分别连接所述观察窗框架和所述第五方形法兰，所述第五方形法兰用于转接密闭腔体。

进一步地，所述转接单元设有来流调节板，该来流调节板设有多个孔，所述来流调节板通过设置孔的直径和分布密度进行来流调节。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过在来流调节段的进料端设置进料空气管和点火器，能对来流的温度(含氧量)进行调节；在补料端增加了补充燃料管和补充空气管，能对来流进行流速和压力调节(本装置的压力调节是通过出口端的法兰，即第五方形法兰，与低压环境相连而实现的)，因此本发明装置可以实现多个来流因素的耦合与解耦，完成不同因素对火焰稳定影响的研究，使得火焰的稳定性更高。

(2)本发明中稳定外壳可以降低火焰的高度，避免底部加热火焰引燃上部燃料；并通过稳流段起到稳流作用，通过观察段便于观察燃气的情况，从而进行来流的调节。

(3)补充空气管与进料空气管位于同一铅垂面且进气方向相反，使得两空气管所产生的旋流抵消，有利于稳流。

(4)稳流方管通过方形法兰连接补料外壳，可通过螺栓实现可拆卸组装，方便根据稳流效果更换稳流蜂窝板的稳流管的管径或者使用其他的稳流材料。

(5)观察单元包括观察窗框架、四个观察窗结构和封闭结构，可以全方位观察火焰，观察窗结构包括观察窗、密封圈、盖片和底片，观察窗的内外两侧均设有密封圈，当燃烧室的环境为高压时，外部垫片受力，低压反之，由此适应不同环境的需要，并且易于取下清洗。

附图说明

图1为本发明便于调节来流的火焰稳定装置的总体结构示意图；

图2为来流调节段的结构示意图；

图3为来流调节段的透视图；

图4为稳流段的结构透视图；

图5为稳流蜂窝板的安装状态示意图；

图6为观察段的结构示意图；

图7为观察段的结构分解图；

图8为观察窗结构的主视图；

图9为图8的A向视图；

图10为来流调节板的安装状态示意图；

图11为观察窗中设置凹陷的示意图；

图中，1、来流调节段，11、进料外壳，12、稳定外壳，13、补料外壳，14、进料燃料管，15、进料空气管，16、点火器，17、补充燃料管，18、补充空气管， 19、第一方形法兰，2、稳流段，21、稳流方管，22、稳流蜂窝板，23、传感器， 24、第二方形法兰，25、第三方形法兰，3、观察段，31、观察窗框架，32、观察窗结构，321、观察窗，322、密封圈，323、盖片，324、底片，325、凹陷，33、封闭结构，331、第五方形法兰，332、第二转接方管，34、来流调节板，35、第四方形法兰，36、第一转接方管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种便于调节来流的火焰稳定装置，可调节不同来流情况(来流温度(含氧量)，流速以及速度分布，压力)，总体上包括依次连接的来流调节段1、稳流段2和观察段3。

下面对各部分进行详细描述。

1、来流调节段1

如图2和图3所示，来流调节段1包括依次连接的进料外壳11、稳定外壳12 和补料外壳13，进料外壳11的一端连接有进料燃料管14，另一端连接稳定外壳 12，进料外壳11的侧面设有进料空气管15和点火器16，补料外壳13远离稳定外壳12的一端连接有第一方形法兰19，通过该第一方形19法兰连接稳流段2，补料外壳13设有补充燃料管17和补充空气管18。

进料空气管15的进气方向偏离进料外壳11的中心，补充空气管18与进料空气管15位于同一铅垂面上，补充空气管18与进料空气管15的进气方向相反。来流调节段1各部分组件均焊接密封，保证密封性能。

来流调节段1的工作原理：

如需要加热来流空气，则由下端的进料空气管15与进料燃料管14的管路进气，同时点火器16点火，进料空气管15的管路偏置，以减少火焰的体积。上端的补充空气管18的进气口也偏置，上端空气相比上端燃料的进气量较大，本实施例的布置使得补充空气管18的空气进气流与下游的进料空气管15所产生的旋流抵消，有利于稳流。中间的火焰稳定外壳12可以降低火焰的高度，避免底部火焰引燃上部燃料。

若不需要加热，空气由上下两个空气进口(即进料空气管15和补充空气管18) 进气，燃料由进料燃料管14进入，下端通过旋流充分混合，上端空气抵消旋流实现稳流的目的。

2、稳流段2

如图4和图5所示，稳流段2包括稳流方管21和稳流蜂窝板22，稳流方管21 的两端分别连接补料外壳13和观察段3，稳流蜂窝板22位于稳流方管21的内部，并且位于稳流方管21中靠近补料外壳13的一侧。

稳流方管21通过第二方形法兰24连接补料外壳13，通过第三方形法兰25连接观察段3，并在补料外壳13和观察段3的连接处均设有密封圈。

稳流段2还包括传感器2，该传感器23连接稳流方管21，用于对稳流方管21 内的来流进行检测。

本实施例中连接在稳流方管21上的传感器有氧气传感器、温度传感器和压力传感器。

稳流段2的工作原理：

稳流段2主要的目的是稳流，在于下部的连接中第二方形法兰24将圆形截面转换成方形，在头部与中部的内管界面尺寸不变。

首先是用于支撑稳流蜂窝板22的杆件，用螺栓固定在第二方形法兰24上，方便根据稳流效果更换稳流蜂窝板22的稳流管的管径或者使用其他的稳流材料。在上端由传感器23固定在稳流方管21的管壁上，用于测量来流的物理参数。

3、观察段3

如图6和图7所示，观察段3包括转接单元和观察单元，转接单元分别连接稳流段2和观察单元，观察单元设有用于观察的透明窗口。

观察单元包括观察窗框架31、观察窗结构32和封闭结构33，观察窗框架31 分别连接观察窗结构32、转接单元和封闭结构33，形成有观察室。

转接单元包括依次连接的第四方形法兰35和第一转接方管36，完成转接。

如图8和图9所示，观察窗结构32包括观察窗321、密封圈322、盖片323 和底片324，密封圈322的数量为两个，盖片323、一个密封圈322、观察窗321、一个密封圈322和底片324依次连接。观察窗321的为石英观察窗。

封闭结构33包括第五方形法兰331和第二转接方管332，第五方形法兰331 分别连接观察窗框架31和第二转接方管332，第二转接方管332用于转接密闭腔体。

转接单元设有来流调节板34，该来流调节板34设有多个孔，来流调节板34 通过设置孔的直径和分布密度进行来流调节。

相当于，如图6所示，观察段3主要由两个方形法兰与两个转接方管在两端，完成转接；中间为火焰流场观察区。最上面的第五方形法兰331可继续转接密闭腔体，若所接腔体为低压，则整个燃烧器处于低压环境，若所接腔体为高压，则整个燃烧器处于高压环境；若直接接大气，则为常压环境。

中部的观察区为头部观察段3的主要部分，包括观察窗框架31和四个观察窗结构32，每个观察窗结构32均由观察窗321、密封圈322、盖片323与底片324 构成，他们之间的位置关系如截面图9所示。

两个密封圈322、一个观察窗321、一个盖片323和一个底片324构成一个整体，位置顺序为盖片323-密封圈322-观察窗321-密封圈322-底片324，螺栓通过盖片323上的通孔与底片324上的螺纹孔将五者固定，该整体再通过螺栓固定在框架上。

观察窗321被底片324固定在观察窗框架31上，使用时，观察窗先被固定在五个零件组成的整体中，整体通过底片上的通孔与框架上的螺纹孔进行固定。

观察窗321的内外分别由一个密封圈322，当燃烧室的环境为高压时，外部密封圈322受力，低压反之，由此适应不同环境的需要。在尺寸设计上，通多协调尺寸(观察窗框架31、石英观察窗、密封圈、盖片)使得内部截面积与稳流段2尺寸相同，最大可能保证流动的稳定；与此同时使得内部截面的宽与石英观察窗的宽相等，进而可以全方位观察火焰。

如图10所示，若需要非均匀来流，则在头部入口出加装来流调节板34，通过孔的直径及密度将均匀来流变成目标非均匀来流。

各个部分之间的连接充分保证了流场的均匀，不被内表面的形状所干扰，并且可以通过控制来流调节板调节来流分布。

石英观察窗与金属部分的连接，通过密封圈322的布置实现密封，通过保留观察窗321与金属框架的间隙保证在燃烧的高温条件下，石英与金属热膨胀系数不同的问题，与此同时，内外都设置密封圈322，由此满足高压低压的不同燃烧条件。通过结构尺寸的协调，实现该部分内部截面与之前截面相同，不干扰流动。设计使得观察窗321易取下清洗：将底片324上的螺栓拧下，即可。

观察区内可设置火焰稳定器，进一步进行火焰稳定，下面进行具体描述。

火焰稳定器的固定：如图11所示，在观察窗321上做与稳定器形状类似形状的凹陷325，尺寸大一圈，在间隙放置垫圈，适应圆柱稳定器与观察窗在火焰的热作用下热胀冷缩作用下的尺寸变化。

稳定器与观察窗之间的连接：将稳定器悬空稳定于流场中，没有多余的支撑，减少了对流场的干扰，在尺寸发面，考虑受热膨胀，使观察窗上的卡槽尺寸略大于稳定的尺寸，便于安装。

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。