一種沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及沖壓發(fā)動機技術領域，尤其涉及一種沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置。該沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，包括：燃燒系統(tǒng)，用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合并點燃；裂解系統(tǒng)，與燃燒系統(tǒng)連通，用于為燃燒系統(tǒng)提供可控的液相燃料和氣相燃料；火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與燃燒系統(tǒng)連接，用于檢測氣相和液相燃料混合燃燒的燃燒性能。該沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置主要用于吸熱型碳氫燃料燃燒特性的檢測，可模擬高超飛行器動力裝置的超然沖壓發(fā)動機工作狀態(tài)，對沖壓發(fā)動機的燃料的燃燒性能進行檢測及合理觀測，既能檢測裂解氣燃燒性能，同時也能檢測液體燃料的燃燒性能，設備操作簡潔方便，安全性高，火焰觀察便捷，測溫點位較為靈活。
【專利說明】
一種沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及沖壓發(fā)動機技術領域，尤其涉及一種沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置。
【背景技術】
[0002]飛行馬赫數(shù)大于5的高超音速飛行器是當代航空航天科學技術的發(fā)展前沿。沖壓發(fā)動機作為高超音速飛行器動力裝置，由于苛刻的環(huán)境溫度需要更大的冷卻熱沉。目前常規(guī)使用的熱防護措施，如傳統(tǒng)的氣膜冷卻、改進材質(zhì)和提供鈍化的冷卻技術等，對飛行器高溫部件的熱管理已無法滿足要求。采用機械致冷系統(tǒng)或非可燃冷卻劑等吸熱源可以起到有效冷卻作用，但會降低飛行器的載荷性能。從飛行器一體化設計角度出發(fā)，可燃冷卻劑(即吸熱型燃料)是最經(jīng)濟和最有效的吸熱源。
[0003]在沖壓發(fā)動機燃料燃燒過程中，對燃燒性能測試的研究十分重要，通過對燃料燃燒特性的監(jiān)測了解燃料燃燒過程特性以及存在問題，為高性能燃料的開發(fā)提供基礎數(shù)據(jù)，也為我國的國防和高、深、空技術提供必要的技術保障。但是目前尚沒有合適的裝置能對沖壓發(fā)動機的燃料的燃燒性能進行檢測及合理觀測，并可以在一定程度上模擬高超飛行器動力裝置的超然沖壓發(fā)動機工作狀態(tài)。
[0004]鑒于上述【背景技術】的缺陷，本實用新型提供了一種沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試
目.ο
【實用新型內(nèi)容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供了一種沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，可以在一定程度上模擬高超飛行器動力裝置的超然沖壓發(fā)動機工作狀態(tài)，對沖壓發(fā)動機的燃料的燃燒性能進行檢測及合理觀測，既能檢測裂解氣燃燒性能，同時也能檢測液體燃料的燃燒性能。
[0007](二)技術方案
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，包括:
[0009]燃燒系統(tǒng)，用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合并點燃；
[0010]裂解系統(tǒng)，與所述燃燒系統(tǒng)連通，用于為所述燃燒系統(tǒng)提供可控的液相燃料和氣相燃料；
[0011 ]火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與所述燃燒系統(tǒng)連接，用于檢測所述氣相和液相燃料混合燃燒的燃燒性能。
[0012]進一步的，所述燃燒系統(tǒng)包括:
[0013]燃燒室，用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合形成液氣混合燃料，并為所述液氣混合燃料提供燃燒和檢測空間；其中，所述氣相燃料包括經(jīng)由所述裂解系統(tǒng)裂解后的裂解氣；
[0014]點火器，分別與所述燃燒室和火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于監(jiān)測并控制所述燃燒室內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒，所述點火器的一端連接有變壓器，另一端連接有電極，且所述點火器通過延時控制與火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
[0015]進一步的，所述燃燒室包括:
[0016]腔體，通過空氣分布器分隔為第一腔室和第二腔室，所述第一腔室設有第一空氣進口，以將空氣引入所述第一腔室內(nèi)，并經(jīng)過所述空氣分布器均勻的通入所述第二腔室內(nèi)，所述第二腔室用于為所述液氣混合燃料的燃燒提供燃燒和觀測空間；
[0017]液相燃料通道，一端設有液相燃料進口，另一端設有液相燃料出口，所述液相燃料出口設置于第二腔室內(nèi)，且設有液體霧化器，所述液相燃料進口與第二腔室之間還連通有第二空氣進口；
[0018]裂解氣通道，一端設有裂解氣進口，另一端設有裂解氣出口，所述裂解氣出口設置于第二腔室內(nèi)，且與所述液相燃料出口對應設置，以使所述裂解氣與液相燃料混合均勻；
[0019]熱偶測試口，所述熱偶測試口均勻的分布于所述液相燃料通道和裂解氣通道的兩側。
[0020]進一步的，所述火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括與所述燃燒室對應設置的紅外成像儀和高速攝像機，所述紅外成像儀和高速攝像機用于監(jiān)測所述燃燒室內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒狀
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[0021 ]進一步的，所述裂解系統(tǒng)包括:
[0022]預熱器，用于使所述氣相燃料預熱汽化，包括相互盤旋設置的氣相盤管和液相盤管，所述氣相盤管和液相盤管均連通有混合器；
[0023]裂解反應器，用于使混合預熱汽化后的氣相燃料發(fā)生裂解反應，所述裂解反應器的一端與混合器連通，另一端通過裂解進料管路與燃燒系統(tǒng)連通；
[0024]氣相燃料進料管路，與所述氣相盤管連通；
[0025]液相燃料進料管路，與所述燃燒系統(tǒng)連通，或者是與所述液相盤管連通；
[0026]基礎燃料管路，與所述液相盤管連通；
[0027]空氣進料管路，與所述燃燒系統(tǒng)連通。
[0028]進一步的，所述氣相燃料進料管路包括氮氣進料管和標準燃料氣進料管，所述氮氣進料管和標準燃料氣進料管并聯(lián)設置，且與第一氣體過濾器、第一減壓閥、第一流量計、第一單向閥順次串聯(lián)，所述第一單向閥與氣相盤管連通;所述第一流量計并聯(lián)有二級減壓閥，所述二級減壓閥連通有原料罐，以將減壓后的部分所述氣相燃料提供給所述原料罐作為密封氣體。
[0029]進一步的，所述液相燃料進料管路包括順次串聯(lián)設置的第一冷卻器、第一液體過濾器、第一精密計量栗和第二單向閥，所述第二單向閥與燃燒系統(tǒng)連通，或者是所述第二單向閥與液相盤管連通。
[0030]進一步的，所述基礎燃料管路包括順次串聯(lián)設置的第二冷卻器、第二液體過濾器、第二精密計量栗和第三單向閥，所述第三單向閥與液相盤管連通。
[0031]進一步的，所述空氣進料管路包括順次連通的第二氣體過濾器、第二減壓閥、第二流量計和第一氣動開關閥，所述第一氣動開關閥與燃燒系統(tǒng)連通。
[0032]進一步的，所述裂解進料管路包括順次串聯(lián)的背壓閥、第二氣動開關閥和第四單向閥，所述第四單向閥與燃燒系統(tǒng)連通;所述背壓閥和第二氣動開關閥之間通過三通球閥分別并聯(lián)有二級背壓閥和緩沖罐，所述二級背壓閥連通有氣體排空口。
[0033](三)有益效果
[0034]本實用新型的上述技術方案具有以下有益效果:本實用新型的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，包括:燃燒系統(tǒng)，用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合并點燃;裂解系統(tǒng)，與燃燒系統(tǒng)連通，用于為燃燒系統(tǒng)提供可控的液相燃料和氣相燃料;火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與燃燒系統(tǒng)連接，用于檢測氣相和液相燃料混合燃燒的燃燒性能。該沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置主要用于吸熱型碳氫燃料燃燒特性的檢測，通過燃燒系統(tǒng)和裂解系統(tǒng)模擬高超飛行器動力裝置的超然沖壓發(fā)動機工作狀態(tài)，通過火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對沖壓發(fā)動機的燃料的燃燒性能進行檢測及合理觀測，既能檢測裂解氣燃燒性能，同時也能檢測液體燃料的燃燒性能，可以采集記錄燃燒火焰的形貌，觀測燃燒過程中火焰溫度分布，也可以對火焰圖像進行圖像分析，設備操作簡潔方便，安全性高，火焰觀察便捷，測溫點位較為靈活。
【附圖說明】
[0035]圖1為本實用新型實施例的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置的結構示意圖；
[0036]圖2為本實用新型實施例的燃燒系統(tǒng)的結構示意圖；
[0037]圖3為本實用新型實施例的液體霧化器的結構示意圖；
[0038]圖4為本實用新型實施例的裂解氣噴嘴的結構示意圖；
[0039]圖5為本實用新型實施例的空氣分布器的結構示意圖。
[0040]其中，100、燃燒系統(tǒng)；101、燃燒室；110、空氣分布器；111、安裝孔；112、透氣孔；120、第一空氣進口； 130、液相燃料通道；140、裂解氣通道；141、裂解氣噴嘴；150、熱偶測試P ; 160、液體霧化器；161、外殼;162、內(nèi)管;163、霧化噴嘴;164、第三空氣進口 ; 170、第二空氣進口； 180、視窗；190、點火器；191、變壓器；192、電極;
[0041 ] 200、裂解系統(tǒng)；210、預熱器;211、氣相盤管;212、液相盤管;213、混合器;220、裂解反應器;230、氣相燃料進料管路;231、氮氣進料管；232、標準燃料氣進料管；233、第一氣體過濾器；234、第一減壓閥；235、第一流量計；236、第一單向閥；237、二級減壓閥；238、原料罐;240、液相燃料進料管路;241、第一冷卻器;242、第一液體過濾器;243、第一精密計量栗；244、第二單向閥；250、基礎燃料管路;251、第二冷卻器;252、第二液體過濾器;253、第二精密計量栗；254、第三單向閥；260、空氣進料管路；261、第二氣體過濾器；262、第二減壓閥；263、第二流量計;264、第一氣動開關閥；270、裂解進料管路;271、背壓閥；272、第二氣動開關閥；273、第四單向閥；274、二級背壓閥；275、緩沖罐；
[0042]300、火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);310、紅外成像儀;320、高速攝像機。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖和實施例對本實用新型的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的范圍。
[0044]在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0045]圖1?圖5中的箭頭表示對應物料的流向。
[0046]如圖1所示，本實施例提供的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，主要用于吸熱型碳氫燃料燃燒特性的檢測，該裝置包括:燃燒系統(tǒng)100，用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合并點燃;裂解系統(tǒng)200，與燃燒系統(tǒng)100連通，用于為燃燒系統(tǒng)100提供可控的液相燃料和氣相燃料;火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300，與燃燒系統(tǒng)100連接，用于檢測氣相和液相燃料混合燃燒的燃燒性能;通過燃燒系統(tǒng)100模擬高超飛行器動力裝置的超然沖壓發(fā)動機工作狀態(tài)，通過裂解系統(tǒng)200為燃燒系統(tǒng)100提供模擬沖壓發(fā)動機燃燒所需的氣相燃料和液相燃料，通過火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300對沖壓發(fā)動機的氣相燃料和液相燃料的各項燃燒性能進行檢測及合理觀測，既能檢測裂解氣燃燒性能，同時也能檢測液體燃料的燃燒性能，既可以采集記錄燃燒火焰的形貌，觀測燃燒過程中火焰溫度分布，也可以對火焰圖像進行圖像分析，設備操作簡潔方便，安全性高，火焰觀察便捷，測溫點位較為靈活。
[0047]本實施例的燃燒系統(tǒng)100包括燃燒室101和點火器190。
[0048]燃燒室101用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合形成液氣混合燃料，并為液氣混合燃料提供燃燒和檢測空間；其中，氣相燃料包括經(jīng)由裂解系統(tǒng)200裂解后的裂解氣。
[0049]如圖2所示，為保證燃燒室101內(nèi)的液相燃料的霧化效果，并使霧化后的液相燃料與氣相燃料充分混合，以保證燃燒效果，便于觀測，本實施例的燃燒室101包括腔體、液相燃料通道130、裂解氣通道140和熱偶測試口 150。
[0050]本實施例的腔體通過空氣分布器110分隔為第一腔室和第二腔室，第一腔室設有第一空氣進口 120，以將空氣引入第一腔室內(nèi)，并經(jīng)過空氣分布器110均勻的通入第二腔室內(nèi)，以空氣為燃燒氧化劑，空氣分布器110保證了第二腔室內(nèi)的燃燒氧化劑的含量均勻，從而保證通入到第二腔室內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒更加充分。
[0051]第二腔室用于為液氣混合燃料的燃燒提供燃燒和觀測空間。在第二腔室的側壁上軸對稱的設有至少兩個視窗180，視窗180設置于可直接觀測到第二腔室內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒火焰所在對應位置，以便直接觀測并采集火焰數(shù)據(jù)。第二腔室內(nèi)還布設有若干個火焰檢測器，用于檢測火焰燃燒狀態(tài)。
[0052]本實施例的液相燃料通道130的一端設有液相燃料進口，優(yōu)選液相燃料進口設置于第一腔室的端部，液相燃料通道130的另一端設有液相燃料出口，液相燃料出口設置于第二腔室內(nèi)，在液相燃料出口處設有液體霧化器160，用于將通入液相燃料通道130的液相燃料霧化后均勻噴入第二腔室內(nèi)，以使霧化后的液相燃料能與噴入第二腔室內(nèi)的氣相燃料充分均勻的混合，從而保證液氣混合燃料的燃燒效率和效果，通過調(diào)整液相燃料的通入量、頻率和溫度，可以監(jiān)測液相燃料的燃燒性能。為了保證液相燃料的霧化效果，在液相燃料進口與第二腔室之間還連通有第二空氣進口 170，以將空氣引入液體霧化器160內(nèi)。
[0053]為了保證液相燃料具有良好的可控的燃燒效率和效果，如圖3所示，本實施例的液體霧化器160包括外殼161和內(nèi)管162，外殼161的一端設有霧化噴嘴163，另一端套裝于內(nèi)管162外，內(nèi)管162內(nèi)的一端用于通入液相燃料，另一端與霧化噴嘴163連通;夕卜殼161和內(nèi)管162之間還設有用于通入空氣的第三空氣進口 164，第三空氣進口 164與第二空氣進口 170連通，通入內(nèi)管162的液相燃料與通入外殼161和內(nèi)管162之間的空氣在霧化噴嘴163處混合后，由霧化噴嘴163霧化并噴入到第二腔室內(nèi)。
[0054]本實施例的裂解氣通道140的一端設有裂解氣進口，另一端設有裂解氣出口，裂解氣出口設置于第二腔室內(nèi)，且與液相燃料出口對應設置，即裂解氣出口與液相燃料出口位置優(yōu)選處于同一平面上，該平面優(yōu)選與腔體軸線垂直，以使裂解氣與液相燃料混合均勻，確?；旌虾蟮囊簹饣旌先剂系娜紵映浞挚煽浚阌谟^測燃燒火焰并檢測燃燒性能。
[0055]為了保證氣相燃料具有良好的可控的燃燒效率和效果，如圖4所示，本實施例的裂解氣出口處設有裂解氣噴嘴141，裂解氣噴嘴141的一端用于通入裂解氣，另一端設有將裂解氣噴出的氣體出口。
[0056]為了保證混合后的液氣混合燃料的燃燒充分可靠，可控性強，優(yōu)選將液體霧化器160的霧化噴嘴163與裂解氣噴嘴141的氣體出口設置于同一平面上，且該平面優(yōu)選與腔體軸線垂直，以使裂解氣與液相燃料混合均勻。
[0057]為了保證通入第二腔室內(nèi)的空氣分布均勻，確保液氣混合燃料的燃燒充分，如圖5所示，本實施例的空氣分布器110上設有兩個中心對稱設置的安裝孔111，兩個安裝孔111分別用于安裝液相燃料通道130和裂解氣通道140，兩個安裝孔111之間還設有若干個透氣孔112，若干個透氣孔112以空氣分布器110的中心軸為中心均勻分布，以使空氣通過透氣孔112均勻的流入第二腔室內(nèi)。
[0058]本實施例的熱偶測試口150用于插入熱偶以便于對液相燃料和裂解氣的燃料溫度進行監(jiān)控，熱偶測試口 150均勻的分布于液相燃料通道130和裂解氣通道140的兩側。
[0059]本實施例的點火器190分別與燃燒室101和火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300連接，且用于監(jiān)測并控制燃燒室101內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒;點火器190的一端連接有變壓器191，另一端連接有電極192，且點火器190通過延時控制與火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300連接，當火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300開始進行數(shù)據(jù)采集工作時，點火器190可以根據(jù)火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300的要求，控制燃燒室101內(nèi)的液相燃料和氣相燃料的混合情況，從而控制液氣混合燃料的點燃時間和效果O
[0060]本實施例的火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300包括與燃燒室101對應設置的紅外成像儀310和高速攝像機320，紅外成像儀310和高速攝像機320用于監(jiān)測燃燒室101內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒狀態(tài)。
[0061 ]為了便于火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300能實時對燃燒室101內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒狀態(tài)進行監(jiān)控，優(yōu)選燃燒室101的視窗180軸對稱的分布于第二腔室的外壁上，且與第二腔室內(nèi)的液體霧化器160的霧化噴嘴163和裂解氣噴嘴141的氣體出口處相對設置，以便能直觀的觀測到液氣混合燃料的燃燒火焰;將火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300的紅外成像儀310和高速攝像機320分別設置于兩個視窗180外，可以通過視窗180直接對燃燒火焰進行采集拍攝。
[0062]火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300還連接有圖像處理系統(tǒng)，通過圖像處理系統(tǒng)可以將采集到的燃燒數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析并成像，以便于后續(xù)對液相燃料、氣相燃料及混合后的液氣混合燃料的燃料燃燒性能分別進行分析。
[0063]本實施例的裂解系統(tǒng)200包括預熱器210、裂解反應器220、氣相燃料進料管路230、液相燃料進料管路240、基礎燃料管路250、空氣進料管路260和裂解進料管路270。
[0064]本實施例的預熱器210用于使氣相燃料預熱汽化，包括相互盤旋設置的氣相盤管211和液相盤管212，氣相盤管211和液相盤管212均連通有混合器213。
[0065]本實施例的裂解反應器220用于使混合預熱汽化后的氣相燃料發(fā)生裂解反應，裂解反應器220的一端與混合器213連通，另一端通過裂解進料管路270與燃燒系統(tǒng)100連通。
[0066]本實施例的氣相燃料進料管路230與氣相盤管211連通，以向預熱器210內(nèi)通入氣相燃料進行充分混合預熱，便于進行后續(xù)的裂解反應。
[0067]為了保證氣相燃料進料管路230的燃料流量可控、可計量以及便于監(jiān)測，本實施例優(yōu)選氣相燃料進料管路230包括氮氣進料管231和標準燃料氣進料管232，氮氣進料管231和標準燃料氣進料管232并聯(lián)設置，且與第一氣體過濾器233、第一減壓閥234、第一流量計235、第一單向閥236順次串聯(lián)，第一單向閥236與氣相盤管211連通;第一流量計235并聯(lián)有二級減壓閥237，二級減壓閥237連通有原料罐238，以將減壓后的部分氣相燃料提供給原料罐238作為密封氣體。
[0068]本實施例的液相燃料進料管路240與燃燒系統(tǒng)100連通，以向燃燒系統(tǒng)100的燃燒室101內(nèi)提供液相燃料;或者是將液相燃料進料管路240與預熱器210的液相盤管212連通，以向預熱器210內(nèi)通入液相燃料進行充分混合預熱，便于進行后續(xù)的裂解反應，從而向燃燒系統(tǒng)100內(nèi)的燃燒室1I中提供經(jīng)過處理后的液相燃料。
[0069]為了保證液相燃料進料管路240的燃料流量可控、可計量以及便于監(jiān)測，本實施例優(yōu)選液相燃料進料管路240包括順次串聯(lián)設置的第一冷卻器241、第一液體過濾器242、第一精密計量栗243和第二單向閥244，第二單向閥244與燃燒系統(tǒng)100連通，或者是將第二單向閥244與預熱器210的液相盤管212連通。
[0070]當?shù)诙蜗蜷y244與燃燒系統(tǒng)100連通時，優(yōu)選第二單向閥244與燃燒室101的液相燃料通道130的液相燃料進口連通，以便于向燃燒室1I的第二腔室內(nèi)輸送流量可控的液相燃料。
[0071]本實施例的基礎燃料管路250與預熱器210的液相盤管212連通，以向預熱器210內(nèi)提供基礎燃料進行充分混合預熱，便于進行后續(xù)的裂解反應。
[0072]為了保證基礎燃料管路250的燃料流量可控、可計量以及便于監(jiān)測，本實施例優(yōu)選基礎燃料管路250包括順次串聯(lián)設置的第二冷卻器251、第二液體過濾器252、第二精密計量栗253和第三單向閥254，第三單向閥254與液相盤管212連通。
[0073]本實施例的空氣進料管路260與燃燒系統(tǒng)100連通，以向燃燒系統(tǒng)100的燃燒室101內(nèi)通入減壓后的空氣，以確保燃燒室101內(nèi)的液氣混合燃料在減壓后的空氣作用下充分燃
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[0074]為了保證基礎燃料管路250的燃料流量可控、可計量以及便于監(jiān)測，空氣減壓效果適于模擬燃燒試驗，本實施例優(yōu)選空氣進料管路260包括順次連通的第二氣體過濾器261、第二減壓閥262、第二流量計263和第一氣動開關閥264，第一氣動開關閥264與燃燒系統(tǒng)100連通，優(yōu)選通過燃燒室101的第一空氣進口 120進入第二腔室內(nèi)。
[0075]本實施例的裂解進料管路270包括順次串聯(lián)的背壓閥271、第二氣動開關閥272和第四單向閥273，背壓閥271與裂解反應器220連通，第四單向閥273與燃燒系統(tǒng)100連通;背壓閥271和第二氣動開關閥272之間通過三通球閥分別并聯(lián)有緩沖罐275和二級背壓閥274，二級背壓閥274連通有氣體排空口，已將裂解反應后的裂解氣伴熱保溫全氣態(tài)進入燃燒室101內(nèi)，且部分裂解氣可經(jīng)由二級背壓閥274進行背壓控制后排空。
[0076]為了保證各路管路內(nèi)的氣相燃料或液相燃料的流量控制和參數(shù)監(jiān)控，優(yōu)選在氣相燃料進料管路230、液相燃料進料管路240、基礎燃料管路250和空氣進料管路260上還分別設有若干個兩通球閥、三通球閥和針閥，兩通球閥、三通球閥和針閥均用于輔助控制氣體或液體流量。
[0077]以下以圖1所示的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置為例進行說明。
[0078]該沖壓發(fā)動機燃料性能測試裝置由裂解系統(tǒng)200、燃燒系統(tǒng)100和火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300組成。
[0079]裂解系統(tǒng)200的一路氣相燃料進料管路230內(nèi)通入氮氣、氫氣、乙烯、丙烯等氣體，一路基礎燃料管路250內(nèi)通入液態(tài)的基礎燃料，一路液相燃料進料管路240內(nèi)通入液相燃料，一路空氣進料管路260內(nèi)通入空氣。
[0080]其中，氮氣充當惰性氣體，起到置換、稀釋、液相原料罐238氮封等作用，將氮氣通入氮氣進料管231內(nèi)；氫氣、乙烯、丙烯等氣體燃料作為標準燃料氣，用于燃料系統(tǒng)標定與測試，將標準燃料氣通入標準燃料氣進料管232內(nèi)；然后將氮氣與標準燃料氣混合進入氣相燃料進料管路230內(nèi)形成氣相燃料。氣相燃料通過第一流量計235的控制和計量后通過預熱器210進入裂解反應器220?；A燃料由第二精密計量栗253精確控制和計量，經(jīng)預熱器210氣化進入裂解反應器220。液相燃料優(yōu)選高能燃料，通過第一精密計量栗243的精確控制和計量，直接進入燃燒系統(tǒng)100，或者通過預熱器210氣化進入裂解反應器220中發(fā)生裂解反應?？諝馔ㄟ^第二減壓閥262減壓后，經(jīng)第二流量計263的控制和計量，進入燃燒系統(tǒng)100，作為液氣混合燃料的燃燒氧化劑。該裂解系統(tǒng)200可以在線/離線控制進料流量和裂解反應床層溫度，以及實時監(jiān)測體系中各管路壓力；且根據(jù)液相燃料進料管路240的第二單向閥244的連接方式，可以調(diào)整通入燃燒系統(tǒng)100內(nèi)的液相燃料狀態(tài)。
[0081 ]燃燒系統(tǒng)100的燃料來源為自裂解系統(tǒng)200的裂解進料管路270和液相燃料進料管路240的裂解氣和液相燃料，燃燒氧化劑為壓縮空氣，由空氣進料管路260提供。在空氣進料管路260上還設有空氣電磁閥，裂解進料管路270上設有裂解電磁閥，壓縮空氣通過壓力調(diào)節(jié)，空氣電磁閥控制，第二流量計263計量后由空氣分布器110進入燃燒室101。裂解系統(tǒng)200產(chǎn)生的裂解氣經(jīng)裂解電磁閥控制，由裂解氣噴嘴141與空氣混合進入燃燒室101，由在線控制或手動控制點火燃燒。高能燃料由第一精確計量栗精確控制和計量，與壓縮空氣混合霧化后進入燃燒室101，由在線控制或手動控制點火燃燒。該系統(tǒng)可以在線/離線控制進料流量和監(jiān)測燃燒火焰不同位置的溫度，可以單獨檢測裂解氣的燃燒性能或液相燃料的燃燒性能，也可以檢測液氣混合燃料的燃燒性能。
[0082]火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300由高速攝像機320和紅外成像儀310組成，可以在線或離線采集燃燒火焰圖像和火焰溫度分布圖。
[0083]沖壓發(fā)動機的模擬檢測過程分為兩步:系統(tǒng)調(diào)試和系統(tǒng)開車。
[0084]系統(tǒng)調(diào)試主要包括原材料的準備、裂解系統(tǒng)200置換、裂解系統(tǒng)200氣密性檢測、單機調(diào)試和聯(lián)合調(diào)試。
[0085](I)裂解系統(tǒng)200置換
[0086]采用氮氣置換。首先打開氮氣前端的兩通球閥HV-103并關閉兩通球閥HV-104，調(diào)節(jié)第一減壓閥234至0.1?0.5MPa，打開兩通球閥HV-106和針閥HV-109，氮氣進入預熱器210和裂解反應器220，由裂解反應器220流出的氣體經(jīng)過背壓閥271、三通球閥HV-117、緩沖罐275和高溫針閥HV-121進入二級背壓閥274，調(diào)節(jié)背壓閥271至系統(tǒng)壓力為0.1?0.5MPa，調(diào)節(jié)后流出的氣體由氣體排空口進入放空管線。在背壓閥271出口處取樣檢測氣體樣品(含氧量< 0.5 %為合格)合格后，方可進行下一步操作。
[0087](2)裂解系統(tǒng)200氣密性檢測
[0088]先采用惰性氣體(一般采用氮氣)進行，氣密合格后方可進行反應氣體的氣密性檢測。氣密性檢測可由常壓逐漸升至目標壓力，最終升至反應壓力的1.05倍。
[0089](3)單機調(diào)試
[0090]開車前進行自控系統(tǒng)調(diào)試，檢查和調(diào)試各加熱點位的溫控、液體流量的控制是否合格，合格后方可將準備的物料裝入原料罐238中進行試驗。
[0091](4)聯(lián)合調(diào)試
[0092]聯(lián)合調(diào)試就是將裝置的整體流程運行一遍，但是使用的原料氣體為氮氣，原料液體為輕組分的油或是其它(根據(jù)具體反應來定，但原則是不影響正常開始的實驗為準。)
[0093]系統(tǒng)開車包括空氣進料、氮氣或標準燃料氣進料、液相燃料進料、預熱汽化、裂解反應、背壓、燃燒等步驟。
[0094](I)空氣進料
[0095]空氣由空氣壓縮機壓縮，經(jīng)過兩通球閥HV-101和第二氣體過濾器261過濾后進入第二減壓閥262減至目標反應壓力，減壓后氣體經(jīng)過針閥HV-102調(diào)節(jié)、第二流量計263計量，并經(jīng)第一氣動開關閥264進入燃燒室1I提供氧化劑。
[0096](2)氮氣或標準燃料氣(氫氣、甲烷、乙烯等)的進料
[0097]由氣體鋼瓶經(jīng)過兩通球閥HV-103進入系統(tǒng)的氮氣或由鋼瓶經(jīng)過兩通球閥HV-104進入系統(tǒng)的標準燃料氣，經(jīng)第一氣體過濾器233過濾后進入第一減壓閥234減至目標反應壓力，一路經(jīng)過第一流量計235后，由兩通球閥HV-105和第一單向閥236進入預熱器210的氣相盤管211中充分預熱。另一路經(jīng)過二級減壓閥237減壓至相應的壓力，提供給原料罐238做密封氣體。
[0098](3)液相進料
[0099]一路液相燃料在液相燃料進料管路240內(nèi)通過第一冷卻器241的液相冷卻盤管進行充分液化，然后通過三通球閥HV-111和第一液體過濾器242過濾后進入第一精密計量栗243，由第一精密計量栗243輸送經(jīng)過三通球閥HV-114、第二單向閥244和三通球閥HV-116，三通球閥HV-116的一個出口連接燃燒系統(tǒng)100的燃燒室101，另一個出口連接裂解系統(tǒng)200的裂解反應器220，通過調(diào)節(jié)三通球閥HV-116的出口開關可以選擇使液相燃料進入裂解反應器220中，也可以使液相燃料直接進入燃燒系統(tǒng)100。若輸送的液相燃料為丙烯時，開啟第一冷卻器241;若輸送的液相燃料為高能燃料時，關閉第一冷卻器241。
[0100]一路基礎燃料在基礎燃料管路250內(nèi)通過第二冷卻器251的液相冷卻盤管進行充分液化，然后經(jīng)過三通球閥HV-113和第二液體過濾器252過濾后進入第二精密計量栗253，經(jīng)三通球閥HV-115和第三單向閥254進入預熱器210的液相盤管212進行充分預熱汽化。
[0101](4)預熱汽化
[0102]經(jīng)過精確控制和計量后的氣相燃料和基礎燃料(或是氣相燃料、基礎燃料及液相燃料)分別進入預熱器210的氣相盤管211和液相盤管212進行充分預熱汽化，經(jīng)混合器213充分混合后進入裂解反應器220。
[0103](5)裂解反應
[0104]經(jīng)過充分預熱汽化后的反應原料，進入裂解反應器220中進行裂解反應，反應所需的熱量由裂解反應器220連接的加熱爐提供。加熱爐為多段控溫，每段溫度的控制都由程序升溫的控制儀表進行控制。
[0105](6)背壓
[0106]進入裂解反應器220的反應原料經(jīng)過充分反應后變成裂解氣，進入裂解進料管路270中，裂解進料管路270由背壓閥271控制。從反應器出來的裂解氣經(jīng)裂解進料管路270的伴熱保溫全氣態(tài)進入燃燒室101內(nèi)，經(jīng)過背壓閥271進行背壓控制。
[0107](7)燃燒
[0108]燃燒室101結構示意圖如圖2所示，其中，液體霧化器160結構如圖3所示，優(yōu)選霧化噴嘴163的孔徑為0.2mm?3mm ；裂解氣噴嘴141結構如圖4所示，優(yōu)選裂解氣噴嘴141的氣體出口的孔徑為0.2mm?3mm;空氣分布器110結構如圖5所示。優(yōu)選裂解氣噴嘴141的氣體出口與液體霧化器160的霧化噴嘴163末端垂直對齊。熱偶測試口 150自裂解氣噴嘴141末端沿燃燒室1I軸向方向均勻分布，間距為5-1 Omm。
[0109]空氣沿空氣進料管路260經(jīng)過空氣壓縮機增壓，經(jīng)過兩通球閥HV-101、第二氣體過濾器261和第二減壓閥262減壓至目標壓力，經(jīng)過針閥HV-102調(diào)節(jié)進入第二流量計263并經(jīng)第一氣動開關閥264進入燃燒室101。
[0110]裂解氣經(jīng)背壓閥271，經(jīng)過三通球閥HV-117轉換，選擇性的進入緩沖罐275或直接進入二級背壓閥274背壓后排空。當燃料燃燒時，調(diào)節(jié)針閥和驅動第二氣動開關閥272經(jīng)阻火器由裂解氣噴嘴141進入燃燒室101，與由空氣分布器110分布后的空氣混合，經(jīng)點火器190在線點火或離線點火進行燃燒。
[0111]由第一精密計量栗243輸送的丙烯或高能燃料，經(jīng)三通球閥HV-116調(diào)節(jié)，與由第二空氣進口 170和第三空氣進口 164進入液體霧化器160的空氣混合，經(jīng)液體霧化器160霧化后由霧化噴嘴163直接進入燃燒室101，與由空氣分布器110分布后的空氣混合，經(jīng)點火器190在線點火或離線點火進行燃燒。
[0112](8)觀測
[0113]火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300的高速攝像機320和紅外成像儀310透過燃燒室101的視窗180拍攝并采集火焰數(shù)據(jù)。
[0114]綜上所述，本實施例的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，包括:燃燒系統(tǒng)100，用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合并點燃;裂解系統(tǒng)200，與燃燒系統(tǒng)100連通，用于為燃燒系統(tǒng)100提供可控的液相燃料和氣相燃料;火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300，與燃燒系統(tǒng)100連接，用于檢測氣相和液相燃料混合燃燒的燃燒性能。該沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置主要用于吸熱型碳氫燃料燃燒特性的檢測，通過燃燒系統(tǒng)100和裂解系統(tǒng)200模擬高超飛行器動力裝置的超然沖壓發(fā)動機工作狀態(tài)，通過火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)300對沖壓發(fā)動機的燃料的燃燒性能進行檢測及合理觀測，既能檢測裂解氣燃燒性能，同時也能檢測液體燃料的燃燒性能，可以采集記錄燃燒火焰的形貌，觀測燃燒過程中火焰溫度分布，也可以對火焰圖像進行圖像分析，設備操作簡潔方便，安全性高，火焰觀察便捷，測溫點位較為靈活。
[0115]本實用新型的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本實用新型限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本實用新型的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本實用新型從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【主權項】
1.一種沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，包括: 燃燒系統(tǒng)，用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合并點燃； 裂解系統(tǒng)，與所述燃燒系統(tǒng)連通，用于為所述燃燒系統(tǒng)提供可控的液相燃料和氣相燃料； 火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與所述燃燒系統(tǒng)連接，用于檢測所述氣相和液相燃料混合燃燒的燃燒性能。2.根據(jù)權利要求1所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述燃燒系統(tǒng)包括:燃燒室，用于將液相燃料霧化后與氣相燃料混合形成液氣混合燃料，并為所述液氣混合燃料提供燃燒和檢測空間；其中，所述氣相燃料包括經(jīng)由所述裂解系統(tǒng)裂解后的裂解氣；點火器，分別與所述燃燒室和火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于監(jiān)測并控制所述燃燒室內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒，所述點火器的一端連接有變壓器，另一端連接有電極，且所述點火器通過延時控制與火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。3.根據(jù)權利要求2所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述燃燒室包括: 腔體，通過空氣分布器分隔為第一腔室和第二腔室，所述第一腔室設有第一空氣進口，以將空氣引入所述第一腔室內(nèi)，并經(jīng)過所述空氣分布器均勻的通入所述第二腔室內(nèi)，所述第二腔室用于為所述液氣混合燃料的燃燒提供燃燒和觀測空間； 液相燃料通道，一端設有液相燃料進口，另一端設有液相燃料出口，所述液相燃料出口設置于第二腔室內(nèi)，且設有液體霧化器，所述液相燃料進口與第二腔室之間還連通有第二空氣進口； 裂解氣通道，一端設有裂解氣進口，另一端設有裂解氣出口，所述裂解氣出口設置于第二腔室內(nèi)，且與所述液相燃料出口對應設置，以使所述裂解氣與液相燃料混合均勻； 熱偶測試口，所述熱偶測試口均勻的分布于所述液相燃料通道和裂解氣通道的兩側。4.根據(jù)權利要求2所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述火焰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括與所述燃燒室對應設置的紅外成像儀和高速攝像機，所述紅外成像儀和高速攝像機用于監(jiān)測所述燃燒室內(nèi)的液氣混合燃料的燃燒狀態(tài)。5.根據(jù)權利要求1所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述裂解系統(tǒng)包括: 預熱器，用于使所述氣相燃料預熱汽化，包括相互盤旋設置的氣相盤管和液相盤管，所述氣相盤管和液相盤管均連通有混合器； 裂解反應器，用于使混合預熱汽化后的氣相燃料發(fā)生裂解反應，所述裂解反應器的一端與混合器連通，另一端通過裂解進料管路與燃燒系統(tǒng)連通； 氣相燃料進料管路，與所述氣相盤管連通； 液相燃料進料管路，與所述燃燒系統(tǒng)連通，或者是與所述液相盤管連通； 基礎燃料管路，與所述液相盤管連通； 空氣進料管路，與所述燃燒系統(tǒng)連通。6.根據(jù)權利要求5所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述氣相燃料進料管路包括氮氣進料管和標準燃料氣進料管，所述氮氣進料管和標準燃料氣進料管并聯(lián)設置，且與第一氣體過濾器、第一減壓閥、第一流量計、第一單向閥順次串聯(lián)，所述第一單向閥與氣相盤管連通； 所述第一流量計并聯(lián)有二級減壓閥，所述二級減壓閥連通有原料罐，以將減壓后的部分所述氣相燃料提供給所述原料罐作為密封氣體。7.根據(jù)權利要求5所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述液相燃料進料管路包括順次串聯(lián)設置的第一冷卻器、第一液體過濾器、第一精密計量栗和第二單向閥，所述第二單向閥與燃燒系統(tǒng)連通，或者是所述第二單向閥與液相盤管連通。8.根據(jù)權利要求5所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述基礎燃料管路包括順次串聯(lián)設置的第二冷卻器、第二液體過濾器、第二精密計量栗和第三單向閥，所述第三單向閥與液相盤管連通。9.根據(jù)權利要求5所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述空氣進料管路包括順次連通的第二氣體過濾器、第二減壓閥、第二流量計和第一氣動開關閥，所述第一氣動開關閥與燃燒系統(tǒng)連通。10.根據(jù)權利要求5所述的沖壓發(fā)動機燃料燃燒性能測試裝置，其特征在于，所述裂解進料管路包括順次串聯(lián)的背壓閥、第二氣動開關閥和第四單向閥，所述第四單向閥與燃燒系統(tǒng)連通； 所述背壓閥和第二氣動開關閥之間通過三通球閥分別并聯(lián)有二級背壓閥和緩沖罐，所述二級背壓閥連通有氣體排空口。
【文檔編號】G01N25/22GK205506729SQ201620184644
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】黎漢生, 張錕, 史大昕, 吳芹, 趙蕓, 矯慶澤
【申請人】北京理工大學