一种定容燃烧装置进排气系统的制作方法

1.本发明属于船舶柴油机技术领域，尤其是涉及一种定容燃烧装置进排气系统。


背景技术：

2.柴油发动机经过几百年的发展，是目前应用最广的船舶动力装置，占世界商船总吨位95％以上，在世界动力领域范围内具有重要的价值。对柴油机而言，热效率的好坏直接影响柴油机的工作性能，而燃料的缸内导入及燃烧是决定柴油机效率的关键，因此通过船舶柴油机定容燃烧装置(定容弹)进行喷雾与燃烧的机理试验研究具有重要的意思。
3.为了使定容弹内燃烧达到实验预期的效果，一般需要对燃气的组成和压力进行严格要求。燃气的混合分为弹内混合和弹外混合两种方式，弹内混合就是将各种燃气直接通入定容弹内混合，混合效果较差，后续实验效果欠佳。并且当局部浓度过高时，产生的高温高压会对定容弹造成一定程度的损坏。
4.弹外混合是先将气体通入到外部混合容器，依靠安装在容器内的小风扇或者搅拌棒进行混合再通入定容弹内燃烧。现有的进气混合装置，可以实现多种气体燃料的充分混合，提高发动机性能，减少了各种气体燃料混合的差异，提高了气体发动机工作的一致性。但这种高温高压的环境对混合装置的耐压性与耐热性有较高的要求，并且存在装置泄露的问题。
5.总的来说，目前定容弹的进排气系统存在弹内混合效果较差，局部高温高压的问题。弹外混合整体系统结构较为复杂，对混合容器的混合装置的要求较高，并且存在混合器泄露的风险。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明旨在提出一种定容燃烧装置进排气系统，实现定容弹内预混燃气均匀混合，无局部高温高压问题。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
8.一种定容燃烧装置进排气系统，包括定容弹、真空泵、火花塞、喷油器、增压泵配管、空气驱动式增压泵、总进气配管、进气总阀和燃气进气装置，在定容弹上开设有进气口、出气口、排气口、循环气进口和循环气出口，所述的燃气进气装置经由总进气配管与定容弹的进气口连通，所述空气驱动式增压泵的进、出气口分别通过一增压泵配管与定容弹的循环气出口及循环气进口连通，在定容弹上设有火花塞和喷油器，所述真空泵通过管路与定容弹的排气口连通，在总进气配管上设有进气总阀，在每个增压泵配管上设一个增压节流阀。
9.进一步的，所述燃气进气装置包括多个燃气进气配管和多个燃气气瓶，每个燃气进气配管与一个燃气气瓶连通，在每个燃气进气配管上设有一个进气节流阀，多个燃气进气配管均与总进气配管连通。
10.进一步的，在每个燃气进气配管上设有一个压力计。
11.进一步的，所述燃气气瓶设置四个，分别存放乙炔、氢气、氧气和氮气。
12.进一步的，所述循环气进口设置在定容弹的右侧，所述循环气出口设置在定容弹的上侧。
13.进一步的，在每个燃气气瓶的出口处设有电磁开关阀。
14.进一步的，增压泵配管与定容弹和空气驱动式增压泵连接处密封处理。
15.相对于现有技术，本发明所述的一种定容燃烧装置进排气系统具有以下优势：
16.与现有的弹内混合装置相比，本发明通过空气增压泵带动弹内燃气的流动混合，混合效果较好，并且不存在局部高温高压的风险。
17.与弹外混合技术相比，本发明对于燃气混合减少了外部混合容器的使用，减少进气系统结构的复杂化，节省成本。本发明无需风扇等混合装置带动燃气混合，无需考虑混合器的密封与绝缘，系统安全性更高。
18.除此之外，这种新型进气系统可以实现各燃气进气与混合的同步进行，大大缩短了燃气通入与混合的时间。充分有效混合燃气，对后续的数据采集、机理分析乃至技术应用领域起到至关重要的作用。
附图说明
19.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1为本发明实施例所述的一种定容燃烧装置进排气系统的结构示意图；
21.图2为燃气外部空气增压泵配管示意图；
22.图3为燃气进气装置的结构示意图。
23.附图标记说明：
[0024]1‑
燃气气瓶，2
‑
燃气进气装置，3
‑
进气总阀，4
‑
总进气配管，5
‑
定容弹，6
‑
真空泵，7
‑
火花塞，8
‑
喷油器，9
‑
增压节流阀，10
‑
增压泵配管，11
‑
空气驱动式增压泵，12
‑
进气节流阀，13
‑
燃气进气配管，14
‑
进气口，15
‑
出气口，16
‑
排气口，17
‑
循环气进口，18
‑
循环气出口。
具体实施方式
[0025]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0027]
如图1
‑
图3所示，一种定容燃烧装置进排气系统，包括定容弹5、真空泵6、火花塞7、喷油器8、增压泵配管10、空气驱动式增压泵11、总进气配管4、进气总阀3和燃气进气装置2，在定容弹5上开设有进气口14、出气口15、排气口16、循环气进口17和循环气出口18，所述的燃气进气装置2经由总进气配管4与定容弹5的进气口14连通，所述空气驱动式增压泵11的进、出气口分别通过一增压泵配管10与定容弹5的循环气出口18及循环气进口17连通，在定容弹5上设有火花塞7和喷油器8，所述真空泵6通过管路与定容弹5的排气口16连通，在总进气配管4上设有进气总阀3，在每个增压泵配管10上设一个增压节流阀9。各种燃气分别通入定容弹内，通过增压泵循环缸内燃气进行混合燃烧，使缸内达到预定的燃烧状态，再喷入柴油研究其喷雾的蒸发、燃烧和贯穿。空气驱动式增压泵11为空气增压泵。
[0028]
燃气进气装置包括多个燃气进气配管13和多个燃气气瓶1，每个燃气进气配管13与一个燃气气瓶1连通，在每个燃气进气配管13上设有一个进气节流阀12，多个燃气进气配管12均与总进气配管4连通。在每个燃气进气配管12上设有一个压力计。在每个燃气气瓶1的出口处设有电磁开关阀。燃气气瓶1设置四个，分别存放乙炔、氢气、氧气和氮气。四种气体燃料分别由各自的阀门控制，根据缸内预燃后的目标压力、温度和氧含量分别依次通入四种气体燃料。本发明在使用的过程中由于存在外部增压混合管路以及空气增压泵，因此实际燃气通入时需要考虑这部分体积，具体的修正系数如下计算。进气体积修正系数a＝(定容弹的体积 外部增压管路以及增压泵的体积)/定容弹的体积。进而实际的燃气通入量＝a*定容弹理论燃气量。其中，外部增压管路的体积＝1/4*π*管路直径2，增压泵的体积由选取增压泵的具体型号来确定。
[0029]
循环气进口17设置在定容弹5的右侧，所述循环气出口18设置在定容弹5的上侧，使得燃气在定容弹内可以实现涡流流动，充分均匀混合燃烧，避免了缸内局部的高温高压。
[0030]
自进气口14进入的气体首先会流向侧视窗，然后逐步向定容燃烧室中心位置和主视窗侧流动，在空气驱动式增压泵的作用下逐步与之前通入的气体相混合，形成一个自下向上的混合效果，形成旋流，加强了气体的运动与混合。
[0031]
在增压泵配管10与定容弹5和空气驱动式增压泵11连接处密封处理，具体可以为采用o型密封圈进行密封。定容弹配有外置密封性优良的空气驱动式气体增压泵，使定容弹内部混合燃气通过外部管路流动，进而使其达到搅拌的效果，力求燃气达到混合均匀。并且与燃气进气装置的分次进气相配合，实现边进气边混合。
[0032]
还可以设置一种混合气体控制系统和界面，可设置点燃后定容弹内部的温度与压力，并计算各种燃气所需分压。
[0033]
本技术的工作过程为：在充入预混燃气之前，首先打开定容弹5的进、排气阀，使用氮气对定容弹5进行清扫，扫除容器内存在的其他气体燃料；
[0034]
扫清弹内气体燃料后，为了更好地控制反应物组成，使用真空泵6排空定容燃烧装置内部的所有气体，使缸内处于真空状态，减少进气实验误差；
[0035]
通过定容弹5内部预燃后的目标压力、温度和氧含量计算定容弹5需充入的乙炔、氢气、氧气和氮气四种气体的分压比，并乘以进气体积修正系数a，得到实际需要通入定容弹5内的四种气体；
[0036]
根据分压比，依次打开进气节流阀12通入4种气体，每种燃气的通入之间间隔数秒，观测压力计显示的各气体的压力；不同气体分别由不同管路汇入燃烧室。当每种气体通入定容弹5中达到设定值时，限压开关关闭该气体节流阀门12；通过气体节流阀12、总进气配管4之间的配合，可以实现各燃气充入与混合的同步进行，这种方式实现了进气和预混同步进行，大大缩短了燃气通入与混合的时间；
[0037]
打开节流阀9，开启空气驱动式气体增压泵11，带动整个装置内部的气体进行循环，充分有效混合气体燃料，混合结束后先关闭增压泵，再关闭增压节流阀9；由于空气驱动式气体增压泵11在气体循环管路中是直接使用空气驱动而不需要电力带动，因此在可燃气体周围不容易产生静电，从而降低了可燃气体被点燃的概率，增加了装置的安全性；火花塞7点燃混合均匀的可燃气体，使装置内可燃气体均匀燃烧达到目标预混燃烧的温度和压力。燃烧结束后，当装置内的温度和压力达到试验需求值时，喷油器8开始喷射柴油，进行高温
高压下的喷雾燃烧试验。
[0038]
若可燃气体发生意外燃烧导致压力超过定容弹5的限值，为保护定容弹5，需要采取自动泄压以保障容器能进行安全实验。
[0039]
基于以上提到的燃气进气装置、定容弹、空气驱动式增压泵以及辅助装置的组合使用，本发明实现了进气与混合的同步进行，并且与两种传统混合方式相比，解决了局部高温高压、混合效果差，易泄露、结构系统较为复杂等问题。
[0040]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。