一种自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器的制作方法

本发明涉及燃气燃烧设备，具体地说，涉及一种自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器。

背景技术：

1、文丘里混合器广泛应用于工业燃气燃烧设备中，其利用高速流动的一次空气（助燃风）在喉口处产生的负压，将燃气吸入并与之预混合；传统文丘里混合器的喉口为固定截面，当助燃风产生压力波动时，一次空气流量和喉口负压均会发生显著变化，导致空燃比大幅偏离最佳爆燃区间，引起燃烧效率下降，甚至引发回火或熄火。

2、为解决上述问题，现有技术中出现了多种调节方案；例如，cn210107388u公开了一种带有调节块的文丘里混合器，通过手动或电动调节块改变喉口面积，但其调节为离散挡位，无法实时响应连续波动；另有采用电控伺服阀的方案，虽能实现精确调节，但系统复杂、成本高，且在高粉尘、高温环境下可靠性差；此外，现有防回火措施多为单一结构，难以兼顾阻火与正常工作的平衡。

3、因此，有必要开发一种基于低成本机械结构的自适应、高可靠性的文丘里混合器，能够在宽幅风压波动下自动锁定空燃比，并具备多重防回火能力。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，通过中心轴导向、导向环滑移、多个弧形节流瓣转动、弹性密封膜构成弹性弧面结构、锥度弹簧提供非线性反力，建立“助燃风压力到受力面积到弹簧压缩到通流面积”的闭环调节关系，使助燃风流量在进气压力变化时保持基本恒定。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明一方面提供了一种自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，在本发明的技术方案中，所述一种自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器包括一混气腔体，所述混气腔体内部具有文丘里通道，所述文丘里通道沿助燃风进气方向依次设有自适应变径收缩段、负压混气喉口段和扩散段；还包括沿所述文丘里通道的轴线固定安装于所述自适应变径收缩段内的中心轴，在所述中心轴上滑动套设有导向环，所述导向环的外侧沿周向转动安装有多个弧形节流瓣，且在各弧形节流瓣的一侧覆盖有一弹性密封膜，所述弹性密封膜同时覆盖各弧形节流瓣之间的间隙、且与所述导向环密封连接，所述弹性密封膜和各弧形节流瓣共同形成一弹性弧面结构，且各弧形节流瓣外沿与所述自适应变径收缩段内壁之间形成一环形间隙，该环形间隙构成助燃风进气通流面积；所述中心轴上还套设有锥度弹簧，所述锥度弹簧的小端抵靠所述导向环、大端固定于所述中心轴。

4、在本发明的技术方案中，助燃风压力作用于所述弹性密封膜及各弧形节流瓣；助燃风压力升高时，推动所述导向环沿所述中心轴轴向位移，所述锥度弹簧被逐步压缩，各弧形节流瓣在所述锥度弹簧锥面的径向顶推下向外张开，使得各弧形节流瓣外沿与所述自适应变径收缩段内壁之间的环形间隙减小，从而减小助燃风进气通流面积，抑制助燃风流量随压力升高而增长，使助燃风流量保持稳定；当助燃风压力降低时，所述锥度弹簧逐步复位，推动所述导向环沿所述中心轴反向位移，各弧形节流瓣逐步向内收拢，使得环形间隙增大，从而增大助燃风进气通流面积，补偿助燃风流量随压力降低而衰减，使助燃风流量保持稳定；即所述助燃风流量在助燃风压力升高和降低时均保持稳定，所述助燃风流量满足以下恒流量条件：，式中，为助燃风进气通流面积，为所述锥度弹簧的弹力，为所述弹性弧面结构的受力面积。

5、进一步的，在本发明的技术方案中，所述锥度弹簧被压缩时的弹力随所述导向环沿所述中心轴轴向位移的距离变化、且与所述导向环的轴向位移满足以下关系：，式中，为所述导向环的轴向位移，为所述锥度弹簧的初始刚度，为所述锥度弹簧的锥度系数。

6、进一步的，在本发明的技术方案中，所述助燃风压力与所述锥度弹簧的弹力满足力学平衡方程：，式中，为助燃风压力；其中，所述弹性弧面结构的受力面积随所述导向环的轴向位移变化、且与所述导向环的轴向位移满足以下关系：，式中，为所述导向环的轴向位移为0时所述弹性弧面结构的受力面积，为受力面积变化率。

7、进一步的，在本发明的技术方案中，各弧形节流瓣外沿与所述自适应变径收缩段内壁之间的环形间隙，即助燃风进气通流面积随所述导向环的轴向位移变化、且与所述导向环的轴向位移满足以下关系：，式中，为所述导向环的轴向位移为0时的助燃风进气通流面积，为通流面积变化率。

8、进一步的，在本发明技术方案中，所述助燃风流量满足以下关系：，式中，为所述助燃风的流量，为助燃风压力，为所述喉口段下游静压，为助燃风密度，为常数。

9、进一步的，在本发明的技术方案中，所述锥度弹簧的锥度系数通过以下计算公式标定：，式中，为所述锥度弹簧材料的剪切模量，为所述锥度弹簧的丝径，为所述锥度弹簧的有效圈数，为所述锥度弹簧的锥角，为所述锥度弹簧的平均中径。

10、进一步的，在本发明的技术方案中，所述受力面积变化率的标定方法为：测量所述导向环在不同的轴向位移时对应的所述弹性弧面结构的受力面积，通过线性拟合得到受力面积变化率；所述通流面积变化率的标定方法为：测量所述导向环在不同的轴向位移时对应的各弧形节流瓣外沿与所述自适应变径收缩段内壁之间的环形间隙，即助燃风进气通流面积，通过线性拟合得到通流面积变化率。

11、有益效果：综上所述，本发明提供了一种自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，在本发明的技术方案中，在助燃风压力升高时由弹性弧面结构接受轴向风压并推动导向环压缩锥度弹簧，利用锥度弹簧锥面对各弧形节流瓣的径向顶推使各弧形节流瓣同步外张、缩小各弧形节流瓣与自适应变径收缩段内壁之间的环形间隙即缩小助燃风进气通流面积，抑制助燃风流量随助燃风压力升高而增长，使助燃风流量保持稳定；在风压降低时由锥度弹簧复位推动导向环回移并使各弧形节流瓣内收、增大环形间隙即增大助燃风进气通流面积，补偿助燃风流量随助燃风压力降低而衰减，使助燃风流量保持稳定，即使助燃风流量在助燃风压力变化时保持基本恒定，间接锁定空燃比。

12、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

1.一种自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，包括一混气腔体，所述混气腔体内部具有文丘里通道，所述文丘里通道沿助燃风进气方向依次设有自适应变径收缩段、负压混气喉口段和扩散段，其特征在于，还包括：中心轴，沿所述文丘里通道的轴线固定安装于所述自适应变径收缩段内；导向环，滑动套设于所述中心轴上，所述导向环的外侧沿周向转动安装有多个弧形节流瓣，且在各弧形节流瓣的一侧覆盖有一弹性密封膜，所述弹性密封膜同时覆盖各弧形节流瓣之间的间隙、且与所述导向环密封连接，所述弹性密封膜和各弧形节流瓣共同形成一弹性弧面结构，且各弧形节流瓣外沿与所述自适应变径收缩段内壁之间形成一环形间隙，该环形间隙构成助燃风进气通流面积；锥度弹簧，套设于所述中心轴上，所述锥度弹簧的小端抵靠所述导向环、大端固定于所述中心轴；其中，助燃风压力作用于所述弹性密封膜及各弧形节流瓣；助燃风压力升高时，推动所述导向环沿所述中心轴轴向位移，所述锥度弹簧被逐步压缩，各弧形节流瓣在所述锥度弹簧锥面的径向顶推下向外张开，使得各弧形节流瓣外沿与所述自适应变径收缩段内壁之间的环形间隙减小，从而减小助燃风进气通流面积，抑制助燃风流量随压力升高而增长，使助燃风流量保持稳定；当助燃风压力降低时，所述锥度弹簧逐步复位，推动所述导向环沿所述中心轴反向位移，各弧形节流瓣逐步向内收拢，使得环形间隙增大，从而增大助燃风进气通流面积，补偿助燃风流量随压力降低而衰减，使助燃风流量保持稳定。

2.根据权利要求1所述的自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，其特征在于，所述锥度弹簧被压缩时的弹力随所述导向环沿所述中心轴轴向位移的距离变化、且与所述导向环的轴向位移满足以下关系：，式中，为所述锥度弹簧的弹力，为所述导向环的轴向位移，为所述锥度弹簧的初始刚度，为所述锥度弹簧的锥度系数。

3.根据权利要求2所述的自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，其特征在于，所述助燃风压力与所述锥度弹簧的弹力满足力学平衡方程：，式中，为助燃风压力，为所述弹性弧面结构的受力面积；其中，所述弹性弧面结构的受力面积随所述导向环的轴向位移变化、且与所述导向环的轴向位移满足以下关系：，式中，为所述导向环的轴向位移为0时所述弹性弧面结构的受力面积，为受力面积变化率。

4.根据权利要求3所述的自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，其特征在于，各弧形节流瓣外沿与所述自适应变径收缩段内壁之间的环形间隙，即助燃风进气通流面积随所述导向环的轴向位移变化、且与所述导向环的轴向位移满足以下关系：，式中，为助燃风进气通流面积，为所述导向环的轴向位移为0时的助燃风进气通流面积，为通流面积变化率。

5.根据权利要求4所述的自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，其特征在于，所述助燃风流量满足以下关系：，式中，为所述助燃风的流量，为助燃风压力，为所述喉口段下游静压，为助燃风密度，为常数。

6.根据权利要求2所述的自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，其特征在于，所述锥度弹簧的锥度系数通过以下计算公式标定：，式中，为所述锥度弹簧材料的剪切模量，为所述锥度弹簧的丝径，为所述锥度弹簧的有效圈数，为所述锥度弹簧的锥角，为所述锥度弹簧的平均中径。

7.根据权利要求3所述的自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，其特征在于，所述受力面积变化率的标定方法为：测量所述导向环在不同的轴向位移时对应的所述弹性弧面结构的受力面积，通过线性拟合得到受力面积变化率。

8.根据权利要求4所述的自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，其特征在于，所述通流面积变化率的标定方法为：测量所述导向环在不同的轴向位移时对应的各弧形节流瓣外沿与所述自适应变径收缩段内壁之间的环形间隙，即助燃风进气通流面积，通过线性拟合得到通流面积变化率。

9.根据权利要求5所述的自适应稳压防回火文丘里燃气激波混合器，其特征在于，所述助燃风流量在助燃风压力升高和降低时均保持稳定，所述助燃风流量满足以下恒流量条件：。