專利名稱：一種無(wú)閥型燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)閥型燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器
背景技術(shù)：
脈動(dòng)燃燒器是在一定的聲學(xué)條件控制下，專門工作在聲學(xué)脈動(dòng)狀態(tài)下的燃燒器。目前應(yīng)用最廣泛的脈 動(dòng)燃燒器是亥爾姆霍茨型脈動(dòng)燃燒器，它是基于聲學(xué)上的亥爾姆霍茨諧振器的原理工作的。
亥爾姆霍茨型脈動(dòng)燃燒器與亥爾姆霍茨諧振器很相似，在結(jié)構(gòu)上，它由一個(gè)具有一定容積的空心腔體 構(gòu)成的，在其一個(gè)壁面上開有一個(gè)小直徑的孔， 一根相當(dāng)長(zhǎng)的尾管與這個(gè)孔相連接在一起。另一端有空氣 和燃料的進(jìn)口及單向閥門。尾管的出口一般裝有容積更大的去耦室，它具有消聲作用，并能確保尾管出口 平面的聲學(xué)邊界條件及燃燒器系統(tǒng)的聲學(xué)特性。燃燒器的上游一般裝有一只小直徑的混合室，其中設(shè)有空 氣和燃料的進(jìn)口通道以及點(diǎn)火裝置。在空氣和燃?xì)獾倪M(jìn)口通道上，各裝有膜片式或簧片式的單向閥。
亥爾姆霍茨型脈動(dòng)燃燒器的工作過程是初步混合的燃料和空氣被火花塞點(diǎn)燃，燃燒伴隨著放熱使燃 燒室內(nèi)的壓力上升。當(dāng)燃燒室內(nèi)的壓力上升到大于空氣或燃料供給壓力時(shí)，兩進(jìn)口閥相繼關(guān)閉，熱燃?xì)獠?能通過閥倒流，只能沿尾管向后流動(dòng)、膨脹排出，燃燒室內(nèi)的壓力也隨之下降。由于高速流動(dòng)著的氣柱的 慣性作用，在燃燒室壓力下降到低于尾管出口的外界壓力時(shí)，燃燒產(chǎn)物仍繼續(xù)排出，造成燃燒室內(nèi)部分真 空形成負(fù)壓。當(dāng)燃燒室壓力下降到低于空氣或燃?xì)膺M(jìn)口閥前的壓力時(shí)，又使進(jìn)口閥再次開啟，新鮮的空氣 和燃料又重新進(jìn)入燃燒室。與此同時(shí)，部分燃燒產(chǎn)物又從尾管回流到燃燒室，其后跟著把新鮮冷空氣吸入 尾管。兩股氣流對(duì)燃燒室內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行壓縮，使燃燒室內(nèi)壓力回升。新鮮燃料和空氣經(jīng)過混合又與熱燃?xì)饣?合并被加熱，自動(dòng)地被未滅的火種點(diǎn)燃，開始燃燒、放熱，開始了新一周期的燃燒排氣過程。這個(gè)周期性 的燃燒過程自行循環(huán)，不需要再點(diǎn)火，能一直工作下去。由于整個(gè)燃燒器中的氣流都是脈動(dòng)流，所以能夠 強(qiáng)化對(duì)流傳熱。
盡管亥爾姆霍茨型脈動(dòng)燃燒器廣泛地被應(yīng)用在家用熱水器、采暖等加熱設(shè)備中，但由于其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的 脈動(dòng)燃燒有一定的條件，具體如下
脈動(dòng)燃燒器的可靠性由于脈動(dòng)燃燒器內(nèi)的壓力脈動(dòng)會(huì)引發(fā)裝置系統(tǒng)組件的振動(dòng)，對(duì)其可靠性會(huì)造成 一定的影響。尤其對(duì)于帶機(jī)械單向閥的脈動(dòng)燃燒器，單向閥的壽命和可靠性成為脈動(dòng)燃燒器能否正常運(yùn)行 的關(guān)鍵。
脈動(dòng)燃燒器的大功率化目前應(yīng)用的脈動(dòng)燃燒器的功率都比較小，主要應(yīng)用在家用熱水器、食品烤箱、 小型鍋爐等領(lǐng)域，原因除了是由于聲學(xué)結(jié)構(gòu)的限制(如燃燒器的長(zhǎng)徑比等，但通過采用彎尾管的形式已基 本解決)，另一個(gè)重要的原因是采用自吸的方式不能大范圍地對(duì)脈動(dòng)燃燒器的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服帶機(jī)械單向閥的脈動(dòng)燃燒器的疲勞問題，改善燃燒器的性能，延長(zhǎng)脈動(dòng)燃燒器的壽命，提高 其運(yùn)行的穩(wěn)定性，本發(fā)明中，燃燒器的空氣、燃?xì)膺M(jìn)氣方式采用無(wú)閥的結(jié)構(gòu)，并通過改變空氣/燃?xì)獾谋壤?來控制燃燒強(qiáng)度、聲學(xué)壓力振幅等，從而改變換熱強(qiáng)度。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
采用亥爾姆霍茨型脈動(dòng)燃燒器的基本結(jié)構(gòu)，在混合室段管壁處沿徑向均勻開小孔作為燃?xì)?、空氣的進(jìn) 氣口，開孔的大小(面積)可以按燃?xì)馀c空氣的化學(xué)當(dāng)量比和流量的大小等來確定。為了保證燃?xì)馀c空氣 混合比較均勻，燃?xì)饪着c空氣孔在周向上交替分布，開孔數(shù)量可以根據(jù)燃燒器的設(shè)計(jì)功率或設(shè)計(jì)燃料消耗 量來確定。燃燒器所需要的空氣，由風(fēng)機(jī)給入，在燃燒器運(yùn)行過程中，燃?xì)夂涂諝舛际沁B續(xù)給入且可調(diào)節(jié) 的，產(chǎn)生的脈動(dòng)燃燒(包括其聲學(xué)頻率、壓力振幅等)不完全是由亥爾姆霍茨諧振器的聲學(xué)結(jié)構(gòu)決定的， 空氣、燃料進(jìn)氣口的壓力以及燃料與空氣混合的比例關(guān)系對(duì)其也有較大的影響。
本發(fā)明的無(wú)閥燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器的工作過程如下
燃?xì)夂涂諝馔ㄟ^供氣裝置和風(fēng)機(jī)經(jīng)噴口進(jìn)入混合室，由于氣流方向都是指向混合室中心的，所以燃?xì)?br> 和空氣可以得到比較充分的混合。在混合室的尾部(通向燃燒室的一側(cè))，火花塞或脈沖點(diǎn)火器將混合氣 體點(diǎn)燃。燃燒伴隨著放熱使燃燒室內(nèi)的壓力上升。當(dāng)燃燒室內(nèi)的壓力上升到大于混合室內(nèi)的壓力時(shí)，混合 室內(nèi)的氣體不能流入燃燒室，燃燒室內(nèi)熱燃?xì)怆m然會(huì)進(jìn)入混合室，但由于燃?xì)夂涂諝鈬娍诘拿娣e都很小阻 力很大，所以熱燃?xì)獠粫?huì)倒流到風(fēng)機(jī)或燃?xì)夤庋b置中，隨著混合室內(nèi)不斷的氣體供應(yīng)，熱燃?xì)庵荒苎匚?管向后流動(dòng)、膨脹排出，燃燒室內(nèi)的壓力也隨之下降。由于高速流動(dòng)著的氣柱的慣性作用，在燃燒室壓力 下降到低于尾管出口的外界壓力時(shí)，燃燒產(chǎn)物仍繼續(xù)排出，造成燃燒室內(nèi)部分真空形成負(fù)壓。當(dāng)燃燒室壓 力下降到低于混合室出口的壓力時(shí)，新鮮的空氣和燃?xì)庥种匦逻M(jìn)入燃燒室。與此同時(shí)，部分燃燒產(chǎn)物又從 尾管回流到燃燒室，其后跟著把新鮮冷空氣吸入尾管。兩股氣流對(duì)燃燒室內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行壓縮，使燃燒室內(nèi)壓 力回升?；旌虾蟮男迈r燃料和空氣又被熱燃?xì)饧訜?，自?dòng)地被未滅的火焰點(diǎn)燃，開始燃燒、放熱，開始了 新一周期的燃燒排氣過程。這個(gè)周期性的燃燒過程自行循環(huán)，不需要再點(diǎn)火，能一直工作下去。通過調(diào)整 空氣和燃?xì)獾墓饬考锤淖內(nèi)細(xì)馀c空氣的混合比例，可以改變脈動(dòng)燃燒的狀態(tài)(如脈動(dòng)壓力振幅等)和燃 燒器的功率。
本發(fā)明的無(wú)閥燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器與帶機(jī)械式單向閥的脈動(dòng)燃燒其的主要區(qū)別在于它不存在機(jī)械閥門的 開啟和關(guān)閉時(shí)序上的差異造成注入混合室或燃燒室內(nèi)反應(yīng)物混合比的脈動(dòng)，而是反應(yīng)物流量的脈動(dòng)，從而 導(dǎo)致周期性的燃燒放熱過程。
本發(fā)明的無(wú)閥燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器的優(yōu)點(diǎn)如下
1. 由于取消了機(jī)械式的單向閥，延長(zhǎng)了燃燒器的壽命；
2. 燃料與空氣在混合室內(nèi)混合比較充分，可以認(rèn)為是預(yù)混燃燒；
3. 由于燃料和空氣都是連續(xù)給入，便于調(diào)節(jié)和控制燃燒器的功率、燃燒強(qiáng)度、脈動(dòng)振幅等，為脈動(dòng) 燃燒器在工業(yè)領(lǐng)域的大功率應(yīng)用創(chuàng)造了條件
4. 操作簡(jiǎn)便、工作穩(wěn)定、效率高。


圖1是本發(fā)明裝置的示意圖
附圖標(biāo)記1、混合室；2、燃?xì)?空氣噴口； 3、燃?xì)?空氣進(jìn)氣管；4、點(diǎn)火器5、燃燒室；6、尾管； 7、煙氣去藕室；8、排氣管。
圖2是燃?xì)?、空氣進(jìn)氣方式圖
說明本圖是其中一種形式的進(jìn)氣方式圖，即燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)氣管的數(shù)量相等(各為兩個(gè))，且成均勻 分布(各管角度間隔為90度)，實(shí)際中，可以根據(jù)不同的要求增設(shè)更多的進(jìn)氣管。調(diào)節(jié)燃?xì)夂涂諝獾牧髁浚?可以控制燃燒器的功率和燃燒的總的混合比。
圖3是燃燒器軸測(cè)圖
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，上述無(wú)閥型脈動(dòng)燃燒器由混合室1、燃燒室5、尾管6、排煙去耦室7組成，上述混合室 l周向開有一個(gè)或一個(gè)上以上的燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)氣噴口2，每個(gè)噴口2外是進(jìn)氣管3，與風(fēng)機(jī)或燃?xì)夤夤芟?連。上述混合室1周向的燃?xì)夂涂諝鈬娍?數(shù)量、大小是不限定的，即燃?xì)鈬娍诘臄?shù)量和大小與空氣噴口 的數(shù)量和大小可以相等也可以不相等。在燃燒器運(yùn)行過程中，燃?xì)夂涂諝舛际峭ㄟ^—卜.述供氣管3連續(xù)不間 斷注入混合室l的。
如圖1、圖2所示，燃?xì)夂涂諝馔ㄟ^供氣管3經(jīng)噴口 2進(jìn)入混合室1,氣流方向指向混合室1中心的， 燃料和空氣垂直沖撞，可以得到比較均勻的混合。在混合室1的尾部(通向燃燒室5的一側(cè))，點(diǎn)火器4 將混合氣體點(diǎn)燃。燃燒伴隨著放熱使燃燒室5內(nèi)的壓力上升。當(dāng)燃燒室5內(nèi)的壓力上升到大于混合室l內(nèi) 的壓力時(shí)，混合室1內(nèi)的氣體不能流入燃燒室5，燃燒室5內(nèi)熱燃?xì)怆m然會(huì)進(jìn)入混合室1，但由于燃?xì)夂?空氣噴口2截面與回流氣體流速平行，并且它們的面積都很小，阻力很大，再加上噴口2前的壓力較大， 有效的消除了熱燃?xì)獾沽鞯斤L(fēng)機(jī)或燃?xì)夤庋b置中的可能，這樣，熱燃?xì)庵荒苎匚补?向后流動(dòng)、膨脹排 出，燃燒室5內(nèi)的壓力也隨之下降。當(dāng)燃燒室5內(nèi)壓力下降到低于混合室1出口的壓力時(shí)，新鮮的空氣和 燃?xì)庥种匦逻M(jìn)入燃燒室5。當(dāng)燃燒室5壓力下降到低于尾管6出口壓力吋，由于高速流動(dòng)著的氣體的慣性作用，熱燃?xì)鈺?huì)繼續(xù)排出，直到流速降至零。此時(shí)，部分燃燒產(chǎn)物從尾管6回流到燃燒室5，并把新鮮冷 空氣吸入尾管6。這樣，燃料和空氣的供氣流和尾管6回流對(duì)燃燒室5內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行壓縮，使燃燒室內(nèi)5壓 力回升?；旌虾蟮男迈r燃料和空氣又被熱燃?xì)饧訜?，自?dòng)地被上一周期殘留下的火焰點(diǎn)燃，燃燒、放熱， 開始了新一周期的燃燒排氣過程。這個(gè)周期性的燃燒過程自行循環(huán)，不需要再點(diǎn)火，能一直持續(xù)下去。通 過調(diào)整空氣和燃?xì)獾墓饬靠梢愿淖兠}動(dòng)燃燒的狀態(tài)(如脈動(dòng)壓力振幅等)和燃燒器的功率。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)閥型燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器，其特征在于燃燒器由混合室(1)、燃燒室(5)、尾管(6)、排煙去耦室(7)組成，上述混合室(1)周向開有一個(gè)或一個(gè)上以上的燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)氣噴口(2)，每個(gè)噴口(2)外是進(jìn)氣管(3)，與風(fēng)機(jī)或燃?xì)夤夤芟噙B。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)閥型燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器，其特征在于上述混合室(1)周向的燃?xì)夂涂諝鈬娍?2)數(shù)量、大小是不限定的，即燃?xì)鈬娍诘臄?shù)量和大小與空氣噴口的數(shù)量和大小可以相等也可以不相 等。，
3. 根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的無(wú)閥型燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器，其特征在于在燃燒器運(yùn)行過程中，燃?xì)夂涂諝?都是通過上述供氣管(3)連續(xù)不間斷注入混合室(1)的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)閥型燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器，其特征在于反應(yīng)物流量的脈動(dòng)導(dǎo)致了周期性燃 燒放熱過程，而反應(yīng)物總的混合比保持不變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)閥型燃?xì)饷}動(dòng)燃燒器，它由混合室、燃燒室、尾管、排煙去耦室組成，混合室周向開有一個(gè)或一個(gè)上以上的燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)氣噴口，每個(gè)噴口外是進(jìn)氣管，與風(fēng)機(jī)或燃?xì)夤夤芟噙B。燃燒器運(yùn)行過程中，燃?xì)夂涂諝舛际沁B續(xù)不間斷供給的，形成的脈動(dòng)燃燒特性與燃燒器的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)也與燃?xì)饪諝獾呐浔汝P(guān)系有關(guān)，可以根據(jù)實(shí)際的不同要求進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，且操作方便，工作穩(wěn)定，效率高，便于此類燃燒器的大功率化。
文檔編號(hào)F23D14/64GK101344249SQ20081006495
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月21日
發(fā)明者明 翟, 芃 董 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)