旋流流化床固体粒子发生器的制作方法

本发明涉及一种固体粒子发生器，尤其涉及一种旋流流化床固体粒子发生器，该发生器可直接接入原气体管路而不改变总气流量,是特别适合于燃烧诊断的固态粒子发生器。

背景技术：

近几年来，激光多普勒测速仪(LDV，Laser Doppler Velocimetry)、粒子图像测速仪(PIV,Particle Image Velocimetry)等激光测量技术越来越多地被用于燃烧诊断中。

在应用LDV，PIV等激光测量技术进行粒子流动测量时，示踪粒子产生与散播是获得理想测量结果的保障，也是制约这类激光技术应用的限制条件之一。为了能准确测量流场的速度与结构，示踪粒子必须具有良好的跟随性，对激光有较高的散射率，在测量区域内散播均匀而且浓度恰当。因此示踪粒子产生和输送都至关重要,对燃烧诊断来说,还需要考虑粒子在高温下的稳定性。

目前基于雾化方式的液态粒子发生器,在高温下容易分解或者气化，不能在燃烧测量时保持气溶胶的粒子形态。现有的固体粒子发生器，通常采用额外的高压气源驱动，从设备容器下方设单个喷嘴，垂直通入高速气流通过固态粒子层，携带颗粒通过细小喷嘴，实现固态粒子的输送和散布，但是常常会遇到由于气路堵塞或者固态粒子散布不均匀，而造成粒子发生失效或者聚积的问题。

同时，这些设备通常都需要额外的高压气源，实际使用过程中往往需要额外的流量计或流量控制器来精确计量控制燃烧室中燃气和空气流量。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对目前在燃烧诊断中使用的粒子发生器往往需要额外高压气源和流量计/流量控制器，且基于流化床原理的固体粒子发生器内部易形成稳定气路而失效的问题，提供一种简易的旋流流化床固体粒子发生器，能够以较低成本解决流化床中形成稳定气路的问题，可以提供稳定、粒径均匀、浓度可调的高质量气溶胶，还可避免使用额外气源和流量计/流量控制器，特别适合用于燃烧诊断。

本发明的旋流流化床固体粒子发生器通过接头接入燃气管路中，包括：单向阀、主气路和压力容器，单向阀设置在主气路上游，在主气路上设有第一气阀，并在第一气阀与单向阀之间开有旁路，旁路上设置有第二气阀，在第二气阀之后旁路分支为若干路，其中一路与压力容器底部连通，其余旁路分支分别与开设在压力容器圆周侧壁上的旋流进气孔连通，压力容器内下部设有烧结玻璃板，烧结玻璃板上放置固体粉末，压力容器具有密封顶盖，该顶盖可打开，压力容器上部设有气路与主气路连通。

上述技术方案中，所述的旋流进气孔沿压力容器圆周切向开设，使得多个旁路分支气流分别切向射入压力容器中，从而形成旋流，通过旋流剪切作用增加气流紊乱程度，分散粒子，有效避免流化床内形成稳定气路而失效。

所述的第一气阀为球形阀，第二气阀为针型阀。通过设置第一、二气阀可以很好地调节进入主气路和压力容器中的气流流量，实现对生成气溶胶中粒子浓度的控制，在旁路中安装针型阀，在不需要使用粒子发生器的时候，可以完全关闭针型阀截断旁路气流，而不需要把整个旋流流化床固体粒子发生器拆卸下来，操作便捷。

所述的粒子发生器还包括偏心马达与调压电源，偏心马达通过卡箍固定在压力容器外壁，调压电源为偏心马达供电。可以依靠偏心马达带动旋流流化床固体粒子发生器的压力容器振动，搅动罐体内部粒子，避免流化床中形成稳定气流通路而失效。并通过可调压电源实现对偏心马达的转速控制，从而控制气溶胶中粒子浓度。

为了清理方便，在所述的压力容器底部开有卸料孔，并安装有卸料孔堵头。

为了提高旋流流化床固体粒子发生器的耐压能力，优选地，所述的主气路及旁路均采用不锈钢管。

所述的固体粉末通常为微米级的氧化物粉末。

本发明基于的原理是：在空气或者是混合燃气主气路中引出旁路气流用作粒子发生器的驱动动力，旁路气流通过粒子发生器压力容器底部和侧壁切向通孔分别注入，底部注入的气流用于驱动流化床，切向注入的气流可形成旋流增加气流紊乱程度，综合利用流化床和旋流来分散干燥的固体粒子，形成气溶胶，从而保证粒子质量，最后通过压力容器顶部侧壁上的气路将气溶胶注入主气路。

本发明的有益效果是，不需要额外的气源用于粒子生成和撒布，不会改变空气或者是燃气流量，从而不会影响到当量比，可以减少流量计/流量控制器的使用。同时结合流化床和旋流，能够提高粒子撒布的质量。同时，旋流和偏心马达的使用，能够以很低的成本避免流化床中形成稳定气路而失效的麻烦。压力容器底部的卸料孔可以在实验完成后方便地取出粒子粉末，避免粒子受潮。本发明结构简单，操作方便，维护简单，投资及维护费用低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明旋流流化床固体粒子发生器的整体结构示意图。

图2是本发明旋流流化床固体粒子发生器旋流产生示意图(图1A-A剖向)。

图3是本发明旋流流化床固体粒子发生器的应用示意图。

图中1.法兰接头 2.单向阀 3.球阀 4.主气路 5.压力容器顶盖(盲板法兰) 6.快装卡箍接头 7.法兰接头 8.垫片 9.偏心马达 10.卡箍 11.调压电源 12.压力容器 13.多孔板(烧结玻璃板)14.支架 15.卸料孔堵头16.三通接头 17.四通接头 18.针型阀 19.旋流进气孔 20.卸料孔

A.气源 B.流量计/流量控制器 C.旋流流化床固体粒子发生器 D.燃烧设备。

具体实施方式

图1为旋流流化床固体粒子发生器的正面示意图，图2为图1A-A剖向示意图，即旋流流化床固体粒子发生器旋流产生示意图，图3是旋流流化床固体粒子发生器的应用示意图。如图1、图2及图3所示，本实例的旋流流化床固体粒子发生器装置，主要包括法兰接头1和7、单向阀2、球阀3、主气路4、快拧法兰顶盖(由盲板法兰5,快装卡箍接头6，垫片8构成)、偏心马达9、卡箍10、调压电源11、压力容器12、烧结玻璃板13、支架14、三通接头16、四通接头17、针型阀18。

该粒子发生器通过法兰接头1和7接入气路中，实现快速地拆装(当气路使用的是软管时，也可以替换为宝塔接头)。单向阀2设置在主气路4上游，在进入段安装单向阀可以防止固体粉末沿气路逆流而上，污染上游的流量计/流量控制器，燃气气流或者氧化空气经过单向阀2之后分为两路，一路沿主气路运行，另一路通过开设在主气路上的旁路导入旋流流化床固体粒子发生器的压力容器内(也是粒子存储容器)，分配到两路管路的气流大小可以通过球阀3和针型阀18来调节。压力容器12内下部设有烧结玻璃板13，烧结玻璃板13上放置微米级的氧化物粉末(一般常用Al₂O₃,MgO,TiO₂)，进入压力容器的气流分为两种方式注入，一路通过压力容器底部竖直注入，驱动流化床，另外一种则从压力容器侧向旋流进气孔注入，形成旋流增加气流紊乱程度，分散粒子，同时避免流化床形成稳定气路失效。经过竖直气流和旋流作用，微米级的氧化物粉末在压力容器顶部形成均匀的气溶胶，之后通过设置在压力容器上部的气路注入到主气路之中通向燃烧设备。

本实例中所述的压力容器12沿其圆周均布有四个旋流进气孔19，所述的旁路在针型阀18之后连接四通接头17，其中一路与压力容器12底部连通，其余两路各连接一个三通接头16最终共形成4条旁路分支，4条旁路分支分别与4个旋流进气孔19相连通，如图2所示。

为了调节主气路和进入压力容器中的气流流量，实现对生成气溶胶中粒子浓度的控制，分别在主气路和旁路中安装了球形阀3和针型阀18。优选地，旁路中安装针型阀，在不需要使用粒子发生器的时候，可以完全关闭针型阀18截断旁路气流，而不需要把整个旋流流化床固体粒子发生器拆卸下来。

为了提高旋流流化床固体粒子发生器的耐压能力，优选地，管路采用不锈钢管，在气路分叉口使用了三通接头16和四通接头17连接。

为了保证气溶胶质量，固体粉末要求保持干燥，把固体粉末加入到容器中之前，最好加热一下，除去固体粉末中额外的水分。使用时的气体应当干燥。

为了方便地往压力容器中加入固体粉末，压力容器顶盖可快速打开和密封，该压力容器密封顶盖由盲板法兰盘5，密封垫圈8和快装卡箍接头6组成。

为了防止粉末长期放置在压力容器中受潮堵塞管路，实验完毕后先打开压力顶盖，取出大部分的残余粉末，取出烧结玻璃板，多余残留粉末可以通过在压力容器底部开设的卸料孔20方便地取出。

为了进一步防止流化床中形成稳定气路而失效和增加对气溶胶浓度的控制能力，本发明旋流流化床固体粒子发生器在压力容器外壁安装了偏心马达9，偏心马达通过两个不锈钢卡箍10固定在压力容器上，依靠偏心马达带动旋流流化床固体粒子发生器振动，搅动罐体内部粒子，避免流化床中形成稳定气路而失效。并通过可调压电源实现对偏心马达的转速控制，从而控制气溶胶中粒子浓度。

为保证粒子发生器产生气溶胶的质量，优选地，当燃烧为预混燃烧时，旋流流化床固体粒子发生器接入混合燃气气路；当采用非预混燃烧时，旋流流化床固体粒子发生器接入气流量较大的空气气路。

为了防止粒子在气路中沉积结块，堵塞气路，要求粒子发生器和设备之间的气路尽量的短。