燃烧试验设备的制作方法

本发明涉及燃油燃烧器领域，提供了一种燃烧试验设备。

背景技术：

在航空航天领域，存在这样两种类型的零部件：一种是长期工作在高温环境下，耐热温度及时长是检验其性能和安全性的主要指标，如航空燃气轮机的燃烧室、涡轮等部件。另一种是在特定或特殊情况下会承受为时较短的高温环境考验，比如，一旦飞行器失事，要求黑匣子能在超过一千摄氏度的高温中“存活”超过半小时；航天器返回大气层时，外壳需要承受由于与空气高速摩擦产生的高温等等。

由于以上两种类型的零部件在工作过程中一定会或可能会接触高温环境，为保证其可靠性和安全性，在设计阶段需要进行耐热性试验，即在设计温度和热流密度条件下，对部件加热的时间不短于设计时长，然后考核其在高温环境下的强度、刚度等，或者测试其极限寿命、破坏时长。

目前国内外全自动燃油燃烧器尽管品牌、规格繁多，但其结构原理及功能基本相同，主要用于锅炉、窑炉等场合的加热。燃烧器知名品牌有德国威索、英国力威等。经分析论证，现有的传统燃油燃烧器不适用于大中型(尺度在数十厘米～数米量级)热端部件的耐热性试验，主要原因有以下两点：

(1)传统燃油燃烧器产生的通常为柱形火焰，火焰不同位置温度不同，即使同一平面，内外层火焰温度也存在较大差异，难以对大型部件的不同位置进行均匀加热。

(2)传统燃油燃烧器的火焰直径(燃烧头口径)大致与功率成正比。以德国威索燃烧器为例，其大型燃烧器的燃烧头口径可以达到约一米，但其功率高达18mw，热流密度过大，能耗惊人。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种火源面积较大、且火焰不同位置温度较均匀且能耗相对较低的燃烧试验设备。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种燃烧试验设备，该设备包括外筒以及设置在所述外筒内、并与所述外筒限定形成环形进气腔的内筒，所述环形进气腔与所述内筒的进气端连通；所述内筒的进气端处插入有一级进气管，所述一级进气管内设有一级喷油管；在所述内筒的内部、并位于所述一级进气管的上方设有二级进油管；在所述环形进气腔内、并靠近所述内筒的排气端处设有二级进气管，所述二级进气管沿所述内筒的外壁周向延伸，所述二级进气管上设有多个排气孔。

优选的，所述内筒的内径由进气端至排气端逐渐增大。

优选的，所述排气孔朝向所述内筒设置。

优选的，在气体流动的方向上，插入到所述内筒的进气端的部分所述第一进气管的内径逐渐增大。

优选的，所述外筒的进气端通过第一环形挡板与所述一级进气管的外壁连接，所述第一环形挡板与所述内筒的进气端之间具有间隙。

优选的，所述内筒的排气端通过第二环形挡板与所述外筒连接。

优选的，所述内筒的中部通过第三环形挡板与所述外筒连接，在所述第三环形挡板上、并靠近所述内筒的外壁处开设有多个通气孔，多个通气孔沿所述第三环形挡板的周向排布。

优选的，所述二级进油管靠近所述内筒的内壁设置。

优选的，所述二级喷油管为整体呈螺旋形的结构，所述二级喷油管上设有多个燃油雾化孔。

优选的，所述二级喷油管上的燃油雾化孔朝向所述内筒的进气端。

(三)有益效果

本发明提供的一种燃烧试验设备，包括外筒以及设置在外筒内、并与外筒限定形成环形进气腔的内筒，通过设置在内筒进气端的一级喷油管和一级进气管，形成主要分布于内筒中央的火焰；环形进气腔与内筒的进气端连通，以此使环形进气腔中的二级进气管喷出的气体沿着内筒的外壁向下流动而进入到内筒中，另外再通过一级进气管与内筒的进气端之间形成的环形通道的导流作用，使上述气流再沿着内筒的内壁向上流动，最终与二级喷油管喷出的燃料混合燃烧，这样不仅能够在内筒的边缘区域也形成火焰，而且气流在沿着内筒的外壁和内壁流动的过程中，会被内筒加热升温，因此还能保持二级喷油管喷出的燃料能够充分燃烧，以此在外筒的排气端处形成均匀分布的火焰，从而对被试验材料形成均匀的加热。

附图说明

图1是本发明实施例的一种燃烧试验设备的外部视图。

图2是本发明实施例的一种燃烧试验设备的剖视图一。

图3是本发明实施例的一种燃烧试验设备的剖视图二。

附图标记：

1、外筒；11、第一环形挡板；12、第二环形挡板；13、第三环形挡板；14、支架结构；2、内筒；3、一级进气管；4、一级喷油管；5、二级进气管；6、二级喷油管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1至图3所示，本发明实施例提供的一种燃烧试验设备，包括外筒1、内筒2、一级进气管3、二级进气管5、一级进油管以及二级进油管。

外筒1可以为圆筒状结构，可通过支架结构14竖直站立设置，下端为进气端，上端为排气端。内筒2设置在外筒1的内部，可以与外筒1同轴心设置，内筒2与外筒1之间限定形成的空间构成为环形进气腔，环形进气腔与内筒2的进气端连通，即环形进气腔中的气体可由内筒2的进气端进入到内筒2中。

二级进气管5设置在环形进气腔内、并靠近内筒2的排气端处，二级进气管5沿内筒2的外壁周向延伸，二级进气管5上设有多个排气孔，用于向环形进气腔内注入气体；一级进气管3的排气端插设于内筒2的进气端，插入到内筒2的部分一级进气管3可以是与内筒2同轴心设置；一级喷油管4设置在一级进气管3内，一级喷油管4的燃油雾化孔大致处在内筒2的进气端处，该一级喷油管4的燃油雾化孔通常还具有点火器，用于使一级喷油管4内喷出的燃料与一级进气管3排出的气体在内筒2中发生燃烧反应；二级进油管设置在内筒2的内部、并位于一级进气管3的上方，二级喷油管6优选为整体呈螺旋形的结构，且二级喷油管6上设有多个燃油雾化孔，以使燃料充分与气流混合，而且，二级进油管6靠近优选为靠近内筒2的内壁设置，这样二级喷油管6喷出的燃料气体所处的区域更能够与沿着内筒2的内壁向上流动的气流的位置相对应，在内筒的内壁附近燃烧；当然，二级喷油管6也可以是分布于内筒2的整个横截面上，而仅在靠近内筒的内部处开设多个燃油雾化孔，这样也可以主要将燃料喷射在内筒的内壁附近，而位于内筒中央区域的部分二级喷油管6则用于使受热，更有利于其内部燃料的蒸发、雾化；二级喷油管6上的燃油雾化孔朝向内筒2的进气端，这样可以与一级喷油管4形成的火焰气体和来自二级进气管5的气体形成对流，以提升混合效果，二级喷油管6喷出的燃料被一级喷油管4喷出的火焰点燃，并主要与来自环形进气腔内的气体发生燃烧反应。

在进行燃烧试验时，一方面，一级进油管喷出的燃料与其周围由一级进气管3喷出来的气体发生燃烧反应，在内筒2内形成燃烧火焰，但毕竟由一级喷油管4喷出的燃料多集中在内筒2的中央，所以一级喷油管4所形成的火焰也主要集中在内筒2的中央，该一级喷油管4所形成的火焰还可以经过旋流，减速网等结构，使火焰集中问题得以改善，扩大火焰范围。

另一方面，二级进气管5喷出的气体在进入环形进气腔后，使环形进气腔内的气压升高，而由于环形进气腔还通过内筒2的进气端与内筒2的内部空间连通，所以环形进气腔中的高压气体只得由内筒2的进气端进入到内筒2中，进入到内筒2中的气体沿着内筒2与一级进气管3之间的环形通道向上流动，流动到内筒2的上部空间中后不仅可以对来自一级喷油管4未完全燃烧的燃料形成补燃，还主要是为了与二级喷油管6喷出的燃料混合、并被一级喷油管4所形成的火焰点燃，而在此过程中，由于插入到内筒2中的部分一级进气管3与内筒2之间所形成的环形通道的导流作用，上述来自环形进气腔中的气体主要是沿着内筒2的内壁向上流动，最终在内筒2上部空间靠近筒内壁的区域处与二级喷油管6喷出的燃料形成燃烧，由此填补了内筒2中的边缘区域处火焰分别较弱的缺陷，与一级喷油管4所形成的火焰相配合，使内筒2中的火焰分布均匀，保证了不同位置处的加热温度更为均匀，从而可以对外筒1排气端处的试验不仅形成均匀的加热，以得到准确的耐热性试验数据。

另外，由于二级进气管5喷出的气体温度较低，倘若此低温的气体直接排入到内筒2的上部空间中、与二级喷油管6喷出的燃料混合燃烧，会极大抑制二级喷油管6喷出的初始燃烧率，而且，由于二级喷油管6距离外筒1的排气端距离较近，即二级喷油管6喷出的燃料与二级进气管5喷出的气体混合后燃烧的距离较短，在此双重因素的影响下，会使二级喷油管6喷出的燃料的燃烧极不充分，因此几乎不能达到在外筒1的开口处形成均匀加热面的效果。

为此，本发明将二级进气管5靠近内筒2的排气端设置，而环形进气腔中的气体最终又是绕过内筒2的进气端而进入到内筒2中，因此，二级进气管5喷出的气体大体上是贴着内筒2的外壁向下流动的，而气体在贴着内筒2的外壁向下流动的过程中，会在一定程度上被内筒2的外壁加热，而气流在进入到内筒2中后，由于受到内筒2与一级进气管3之间环形通道的导流作用，气体会继续大体上贴着内筒2的内壁向上流动，这样不仅可以在内筒2上部空间的边缘区域形成过量空气、以与二级喷油管6喷出的燃料形成燃烧，还可以被内筒2的内壁进一步加热，这样待气流上升至与二级喷油管6喷出的燃料结合时，已经达到很高的温度，且二级喷油管6中的燃料在喷出前也会受到火焰的烘烤而升温，这样较高温度的燃料在与较高温度的气体混合后，即便燃烧距离较短，仍能够保证充分燃烧，最终达到与内筒中央区域的火焰同等的温度。

另外，二级进气管5喷出的气体在流经内筒2的内壁与外壁的过程中，也会对内筒2形成一定的冷却效果，由此，本设备不会因内筒2的耐热极限而限制对试验材料的加热温度，且有益于延长内筒2的使用寿命。

其中，内筒2的内径优选由进气端至排气端逐渐增大，即内筒2大体上是一个截头锥形结构，一级喷油管4喷出的燃料一般呈放射状，喷出的燃料在于周围来自一级进气管3的气体燃烧的过程中，混合气体的体积膨胀，最终在外筒1的排气端处达到较大的加热面积，以满足对大型材料的耐热性试验要求。

进一步的，二级进气管5上的排气孔优选为朝向内筒2设置，因为内筒2的筒壁为锥面结构，所以由二级进气管5上的排气孔喷出的气体在吹到内筒2的外壁上后，受斜面的作用，会继续向下并紧贴着内筒2的外壁流动，由此可进一步提高内筒2的外壁对气体的加热效果，亦可提高对内筒2的冷却作用。

在气体流动的方向上，插入到内筒2的进气端的部分第一进气管的内径优选为逐渐增大，这样不仅更适应于一级喷油管4所喷出的燃料的燃烧，而且还可与内筒2的形成相对应，即插入到内筒2中的部分一级进气管3与内筒2之间形成的环形通道也是整体呈锥形的空间结构，以将来自环形进气腔中的气流导流向内筒2的内壁。

外筒1的进气端通过第一环形挡板11与一级进气管3的外壁连接，第一环形挡板11与内筒2的进气端之间具有间隙，这样一方面在一级进气管3与外筒1之间建立起了连接关系，使二者相对固定，而且还在一环形挡板与内筒2的进气端之间自然形成用于使环形进气腔中的气体进入到内筒2中的通道。

内筒2的排气端通过第二环形挡板12与外筒1连接，这样既可以在内筒2与外筒1之间建立起连接关系，使二者相对固定，还可以将环形进气腔的上部封闭。

内筒2的中部优选通过第三环形挡板13与外筒1连接，在第三环形挡板13上、并靠近内筒2的外壁处开设有多个通气孔，多个通气孔沿第三环形挡板13的周向排布，该通气孔优选为长孔状结构，以具备更佳的通过性；第三环形挡板13既可以加强内筒2与外筒1之间的连接，而且利用第三环形挡板13靠近内筒2处的通气孔，在气流向下流动的途中，再次限定气流沿内筒2的外壁向下流动，进一步提高了气流与内筒2的换热。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。