一种低氧低压舱燃烧实验台

1.本发明属于气体燃烧技术领域，尤其涉及一种低氧低压舱燃烧实验台。


背景技术：

2.我国西部地区(如青海、西藏等地)，由于海拔较高(平均海拔高于4000米)由此导致的低压、低温、低氧环境给燃气燃烧稳定性带来很大挑战，易出现诸如火焰脉动、吹熄等燃烧不稳定现象，给我国高原地区燃气锅炉的安全、稳定运行带来较大隐患。因此研究高海拔地区低压低氧环境下火焰形态特征及其稳定性的影响规律与作用机理显得尤为重要。
3.目前，开展低气压，低氧试验主要还是采取搭建真空实验台模拟高原工况的方式来开展火焰燃烧特性和稳定性研究。然而，传统的真空试验台仍然存在较多问题。例如：无法保证燃烧室内各种气体混合均匀；无法实现压力稳定在一个较低值的时候实时调节供气质量流量，调配不同氧浓度的空气。基于此，有必要研发新技术来解决上述问题，更好开展对高海拔地区火焰燃烧的研究。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种低氧低压舱燃烧实验台，以解决上述问题，达到本发明在保持稳定负压状态下能够控制燃烧实验所需的助燃气体中的氧含量维持在稳定的状态中。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：包括：
6.燃烧室，所述燃烧室为密闭结构；
7.供气系统，所述供气系统包括助燃气体混合部以及甲烷导通部，所述助燃气体混合部和所述甲烷导通部通过燃烧器和所述燃烧室内腔相连通；
8.监控装置，所述监控装置设置在所述燃烧室内腔；
9.控制系统，所述控制系统包括真空泵和压力反馈控制器，所述真空泵的进气口和所述燃烧室内腔相连通，所述压力反馈控制器分别与所述监控装置和所述真空泵信号连接；
10.控制面板，所述控制面板分别和所述监控装置所述供气系统以及所述控制系统信号连接。
11.优选的，所述助燃气体混合部包括氮气气瓶和氧气气瓶，所述氮气气瓶和所述氧气气瓶分别通过输运管路和空气混合罐进气口相连通，两所述输运管路上分别设置有质量流量计，两所述质量流量计分别和所述控制面板信号连接。
12.优选的，所述助燃气体混合部还包括分别设置在两所述输运管路上靠近所述氮气气瓶和所述氧气气瓶处的气体开关，两所述输运管路上靠近所述空气混合罐处分别设置有单向阀，所述空气混合罐出气口和所述燃烧器相连通。
13.优选的，所述甲烷导通部包括甲烷气瓶，所述甲烷气瓶通过另一所述输运管路和所述燃烧器相连通，所述输运管路上设置有另一所述质量流量计,所述质量流量计和所述
控制面板信号连接。
14.优选的，所述甲烷导通部还包括设置在所述输运管路上靠近所述甲烷气瓶处的另一所述气体开关，所述输运管路上靠近所述空气混合罐处设置有另一所述单向阀。
15.优选的，所述监控装置包括设置在所述燃烧室内的压力传感器、温度传感器和烟气分析仪，所述温度传感器、所述烟气分析仪分别和所述控制面板信号连接，其中所述压力传感器通过压力反馈控制器和所述控制面板信号连接。
16.优选的，所述压力反馈控制器包括控制器和变频器，所述控制器和所述压力传感器信号连接，所述控制器和所述变频器信号连接，所述变频器和所述真空泵电性连接。
17.优选的，所述控制面板分别和三个所述质量流量计信号连接。
18.优选的，所述燃烧室侧壁设置有可视透明窗口，所述燃烧室另一侧壁设置有透明观察孔。
19.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
20.1、通过控制面板对通过质量流量计气体流量进行控制，实现氮气气瓶以及氧气气瓶内的气体依照一定的比例流入空气混合罐内，充分均匀混合后通入燃烧器中用于燃烧实验；
21.2、通过控制系统实现了对燃烧室内的压力实时进行监测及调整，能够模拟高原低气压的燃烧条件，实现了通入燃烧室内的用于实验的气体不会对燃烧室内腔的负压状态产生较大影响。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
23.图1为本发明一种低氧低压舱燃烧实验台的结构示意图；
24.图2为本发明中控制系统的结构示意图；
25.其中，1、供气系统；2、燃烧室；3、燃烧器；4、控制系统；41、真空泵；421、压力传感器；422、压力反馈控制器；423、控制面板；4221、控制器；4222、变频器；11、氮气气瓶；12、氧气气瓶；13、甲烷气瓶；14、输运管路；15、空气混合罐；16、质量流量计；17、气体开关；18、单向阀；21、温度传感器；22、烟气分析仪；23、透明窗口；24、透明观察孔。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.实施例一：
29.参照图1-图2所示，本发明提供了一种低氧低压舱燃烧实验台，包括：
30.燃烧室2，燃烧室2为密闭结构；
31.供气系统1，供气系统1包括助燃气体混合部以及甲烷导通部，助燃气体混合部和甲烷导通部通过燃烧器3和燃烧室2内腔相连通；
32.监控装置，监控装置设置在燃烧室2内腔；
33.控制系统4，控制系统4包括真空泵41和压力反馈控制器422，真空泵41的进气口和燃烧室2内腔相连通，压力反馈控制器422分别与监控装置和真空泵41信号连接；
34.控制面板423，控制面板423分别和监控装置供气系统1以及控制系统4信号连接。
35.在实验过程中，首先需要通过助燃气体混合部将氮气与氧气依照设定的比例混合均匀之后，通入燃烧器3内作为甲烷燃烧的助燃气体，利用甲烷导通部将甲烷通入燃烧器3内，利用设置在燃烧室2内的燃烧器3实现燃烧，设置的监控装置用于实时监控燃烧室2内部的压力、温度以及燃烧时的烟气成分，为了模拟燃烧室2的低压环境，实现的原理为：通过监控装置得到的压力数据传递至压力反馈控制器422，并利用压力反馈控制器422与设定的压力值进行比较，并实时控制压力泵抽取燃烧室2内部的空气；为了保证燃烧时氧气的占比，可通过控制面板423控制助燃气体流量，实现不同氧气浓度的助燃气体参与甲烷的燃烧。
36.进一步优化方案，助燃气体混合部包括氮气气瓶11和氧气气瓶12，氮气气瓶11和氧气气瓶12分别通过输运管路14和空气混合罐15进气口相连通，两输运管路14上分别设置有质量流量计16，两质量流量计16分别和控制面板423信号连接。
37.进一步优化方案，助燃气体混合部还包括设置在两输运管路14上靠近氮气气瓶11和氧气气瓶12处分别设置有气体开关17，两输运管路14上靠近空气混合罐15处分别设置有单向阀18，空气混合罐15出气口和燃烧器3相连通。
38.通过两气体开关17能够实现氧气气瓶12和氮气气瓶11的开启以及关闭，通过两质量流量计16能够控制氧气气瓶12和氮气气瓶11的流量，单向阀18的设置避免了混合后的气体导流至氧气气瓶12或氮气气瓶11内，通过调整质量流量计16的流量能够实现不同的氧气与氮气流量，两种气体能够在空气混合罐15内进行充分混合，得到所需的含氧量的助燃气体，混合后的助燃气体直接通入燃烧器3内对甲烷助燃。
39.进一步优化方案，甲烷导通部包括甲烷气瓶13，甲烷气瓶13通过另一输运管路14和燃烧器3相连通，输运管路14上设置有另一质量流量计16,质量流量计16和控制面板423信号连接。
40.进一步优化方案，甲烷导通部还包括设置在输运管路14上靠近甲烷气瓶13处的另一气体开关17，输运管路14上靠近空气混合罐15处设置有另一单向阀18。
41.通过气体开关17能够实现甲烷气瓶13的开启以及关闭，设置的单向阀18避免了助燃气体流入甲烷气瓶13内，通过设置的质量流量计16能够调整甲烷的气体流量，通过输运管路14，甲烷气瓶13内的甲烷能直接进入燃烧器3中，进行燃烧。
42.进一步优化方案，监控装置包括设置在燃烧室2内的压力传感器421、温度传感器21和烟气分析仪22，温度传感器21、烟气分析仪22分别和控制面板423信号连接，其中压力传感器421通过压力反馈控制器422和控制面板423信号连接。
43.通过设置在燃烧室2内的温度传感器21用于监测燃烧室2内部温度，设置的压力传感器421能够检测燃烧室2内部的气压，设置的烟气分析仪22能够监测燃烧室2内部的烟气
成分，上述信息可通过控制面板423的可视化窗口进行显示，并且压力传感器421监测的气压数据可传输至压力反馈控制器422内。
44.进一步优化方案，压力反馈控制器422包括控制器4221和变频器4222，控制器4221和压力传感器421信号连接，控制器4221和变频器4222信号连接，变频器4222和真空泵41电性连接。
45.如图2所示，通过压力传感器421检测到了气压信号进入控制器4221中，值得说明的是，压力传感器421通过数显仪将气压信号传递给了控制器4221，同时数显仪和控制器4221通过控制箱电源供电，控制器4221能将所接收到的压力传感器421反馈信号与设定值进行比较，根据比较结果通过变频器4222调节频率控制真空泵41，将真空腔压力维持在设定值附近，形成燃烧室2内稳定的压力环境，值得说明的是压力传感器421中的数据进入控制器4221后通过485转usb接头传递至控制面板423处进行可视化显示。
46.进一步优化方案，控制面板423分别和三个质量流量计16信号连接。
47.设置的控制面板423能够控制三个质量流量计16进行调整，使得内部的气体流量得到控制，实现了实时对不同氧气含量的助燃气体进行配置，并控制甲烷气体的流量。
48.进一步优化方案，燃烧室2侧壁设置有可视透明窗口23，燃烧室2另一侧壁设置有透明观察孔24。
49.设置的可使透明窗口23方便实验室观察真空腔内部火焰的燃烧状况，设置的透明观察孔24，可以更好的从另一角度观察火焰燃烧变化。
50.实施例二：
51.本实施例与实施例一的唯一区别在于，用于运输甲烷的输运管路14上还连通有惰性气体存储装置(图中未示出)，其中惰性气体优选为氩气，在实验结束，关闭对应气体开关17后可通过开启惰性气体存储装置将输运管路14内的危险气体吹排至大气内，防止输运管路14内残留危险气体，引发火灾。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种低氧低压舱燃烧实验台，其特征在于，包括：燃烧室(2)，所述燃烧室(2)为密闭结构；供气系统(1)，所述供气系统(1)包括助燃气体混合部以及甲烷导通部，所述助燃气体混合部和所述甲烷导通部通过燃烧器(3)和所述燃烧室(2)内腔相连通；监控装置，所述监控装置设置在所述燃烧室(2)内腔；控制系统(4)，所述控制系统(4)包括真空泵(41)和压力反馈控制器(422)，所述真空泵(41)的进气口和所述燃烧室(2)内腔相连通，所述压力反馈控制器(422)分别与所述监控装置和所述真空泵(41)信号连接；控制面板(423)，所述控制面板(423)分别和所述监控装置所述供气系统(1)以及所述控制系统(4)信号连接。2.根据权利要求1所述的一种低氧低压舱燃烧实验台，其特征在于：所述助燃气体混合部包括氮气气瓶(11)和氧气气瓶(12)，所述氮气气瓶(11)和所述氧气气瓶(12)分别通过输运管路(14)和空气混合罐(15)进气口相连通，两所述输运管路(14)上分别设置有质量流量计(16)，两所述质量流量计(16)分别和所述控制面板(423)信号连接。3.根据权利要求2所述的一种低氧低压舱燃烧实验台，其特征在于：所述助燃气体混合部还包括分别设置在两所述输运管路(14)上靠近所述氮气气瓶(11)和所述氧气气瓶(12)处的气体开关(17)，两所述输运管路(14)上靠近所述空气混合罐(15)处分别设置有单向阀(18)，所述空气混合罐(15)出气口和所述燃烧器(3)相连通。4.根据权利要求3所述的一种低氧低压舱燃烧实验台，其特征在于：所述甲烷导通部包括甲烷气瓶(13)，所述甲烷气瓶(13)通过另一所述输运管路(14)和所述燃烧器(3)相连通，所述输运管路(14)上设置有另一所述质量流量计(16),所述质量流量计(16)和所述控制面板(423)信号连接。5.根据权利要求4所述的一种低氧低压舱燃烧实验台，其特征在于：所述甲烷导通部还包括设置在所述输运管路(14)上靠近所述甲烷气瓶(13)处的另一所述气体开关(17)，所述输运管路(14)上靠近所述空气混合罐(15)处设置有另一所述单向阀(18)。6.根据权利要求5所述的一种低氧低压舱燃烧实验台，其特征在于：所述监控装置包括设置在所述燃烧室(2)内的压力传感器(421)、温度传感器(21)和烟气分析仪(22)，所述温度传感器(21)、所述烟气分析仪(22)分别和所述控制面板(423)信号连接，其中所述压力传感器(421)通过压力反馈控制器(422)和所述控制面板(423)信号连接。7.根据权利要求6所述的一种低氧低压舱燃烧实验台，其特征在于：所述压力反馈控制器(422)包括控制器(4221)和变频器(4222)，所述控制器(4221)和所述压力传感器(421)信号连接，所述控制器(4221)和所述变频器(4222)信号连接，所述变频器(4222)和所述真空泵(41)电性连接。8.根据权利要求1所述的一种低氧低压舱燃烧实验台，其特征在于：所述燃烧室(2)侧壁设置有可视透明窗口(23)，所述燃烧室(2)另一侧壁设置有透明观察孔(24)。

技术总结
本发明属于气体燃烧技术领域，提供一种低氧低压舱燃烧实验台,包括：燃烧室，燃烧室为密闭结构；供气系统，供气系统包括助燃气体混合部以及甲烷导通部，助燃气体混合部和甲烷导通部通过燃烧器和燃烧室内腔相连通；监控装置，监控装置设置在燃烧室内腔；控制系统，控制系统包括真空泵和压力反馈控制器，真空泵的进气口和燃烧室内腔相连通，压力反馈控制器分别与监控装置和真空泵信号连接；控制面板，控制面板分别和监控装置供气系统以及控制系统信号连接。本发明实现了：在保持稳定负压状态下能够控制燃烧实验所需的助燃气体中的氧含量维持在稳定的状态中。持在稳定的状态中。持在稳定的状态中。


技术研发人员：赛庆毅 严永辉 赵进 毕德桂 王敬燊
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/8