專利名稱：燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種燃燒裝置，燃燒一種含有兩種可溶成分的可燃混合物。
談到燃燒過程，正如現(xiàn)代內(nèi)燃機上的燃燒過程一樣，可以分為封閉式的系統(tǒng)和開啟式的系統(tǒng)。封閉式系統(tǒng)指的是一種封閉式的燃燒室，在室內(nèi)，燃料和氧化劑同時輸入、燃燒，并然后燃燒氣體的膨脹進行機械傳動工作或產(chǎn)生熱量。
若開啟式系統(tǒng)，則燃料和氧化劑在一個燃室內(nèi)燃燒，燃燒氣體作為射流從燃室的一個出口排出，這種氣體射流可以作為飛機，航天機或透平上的驅(qū)動機構(gòu)來使用，也可以用它作諸如加熱等其它目的。
使用開啟式系統(tǒng)，其燃料和氧化劑流入燃室的流速很高，對點火性能會產(chǎn)生不利影響，燃料和氣化劑的易燃混合比范圍將隨著流速和燃室壓力的增高而縮小。
如果不能遵循燃料和氧化劑之間的必要的易燃混合比，那么就會變成所謂的熄火，焰峰會中斷，媒質(zhì)會不經(jīng)燃燒流經(jīng)燃室。要是燃料本身極不均勻，那么不采用價格昂貴的輔助結(jié)構(gòu)和輔助方法要遵循這一易燃范圍是不可能的;要是燃料燃燒極快或甚至爆燃，如氫氣那樣，那么，在流速較快，燃室壓力相應(yīng)較高的情況下，易燃范圍將變得極小。這種熱影響可能已導(dǎo)致易燃范圍位移，結(jié)果變成熄火。
如果低配比混合物燃燒發(fā)熱有利，那么在要燃燒的媒質(zhì)流速較高、燃室壓力相應(yīng)很高的情況下，同樣會產(chǎn)生一個很小的易燃范圍，即使在這里熄火的危險也很大。為了達到高熱有效系數(shù)，在開啟式系統(tǒng)上不得不使用一種相當(dāng)昂貴的、帶預(yù)燃室和閥門的結(jié)構(gòu)。
解決點火問題的另一個辦法是使混合物過濃，遠遠超出化學(xué)計量平衡，但這將會使得熱有效系數(shù)較差，采用催化劑補救辦法是會很貴的，可能也會破壞環(huán)境。
在US-pS3733165中對一種燃燒液體燃料的燃燒裝置作了說明，它是使用氧氣和空氣作為氧化劑的。使用這種燃燒裝置是設(shè)法把氧氣的使用與少量火焰容積配合，以達到盡量充分的燃燒，使由于采用純氧而可能達到的高溫不至于因大量火焰容積重又降低。為此，用一個純氧噴咀，經(jīng)中心管，在它周圍較大的一個導(dǎo)管中輸入燃料，緊挨著噴咀前，一小部分燃料經(jīng)斜孔道進入氧氣預(yù)燃室，在那里與氧氣渦流一起，然后在預(yù)燃室內(nèi)與少量高熱火焰一起燃燒，由于高熱火焰使其周圍的絕大部分燃料得以充分氣化，在一個同軸圍繞燃料管的第三根管子里輸入燃燒空氣，然后連同氣化的、部分霧化的以及反應(yīng)性強的燃料一起燃燒。上述這種燃燒裝置中的、用燃燒空氣的主燃料是在一個經(jīng)噴咀口發(fā)射出的平面上進行的，在這個平面上，氣化燃料和空氣這兩個反應(yīng)組分同時從噴咀流出，這時候，現(xiàn)存氧化劑-純氧和空氣-的總量，從化學(xué)計量看，存量還很充足。這一燃燒裝置對低于化學(xué)計量的燃燒，即對低配比混合物的燃料中產(chǎn)生的問題，尤其是在高流速時產(chǎn)生的問題是不予處理的。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)造一種燃燒裝置，它能燃燒一種帶可溶氧化劑的可溶燃料，使用這一裝置可避免由于低配比混合物而出現(xiàn)的點火問題。
為解決這一任務(wù)，本發(fā)明提出一種燃燒裝置，供燃燒由兩種可溶成分組成的一種可溶混合物，其中至少有一種成分是用高速或高壓輸入。這一裝置有一個帶燃室的機體，有輸入和混合第一和第二種成分的構(gòu)件以及一個燃燒氣體的排氣口。本發(fā)明有一個注射管，作為第一種成分的輸入構(gòu)件，它朝排氣口方向伸入燃室機體，在其朝排氣口方位的終端有一個后軸向孔，在其離排氣口的終端有一個狹窄的前軸向孔，兩孔之間有一個狹窄點和斜孔道(至少有一個)。這個孔道朝注射軸徑、斜設(shè)置，經(jīng)燃室機體的內(nèi)室通入狹窄點或在其附近進入前軸向孔，其內(nèi)終端指向后軸向孔，通過斜孔道，一部分流入燃室機體的第二種成分流向狹窄點，或流入前軸向孔，在那里與第一種成分混合，照此，這種混合物至少部分在后軸向孔內(nèi)燃燒并由此孔流入燃室機體。
注射管的優(yōu)點是由一個帶后軸向孔的基本部件和一個帶前軸向孔的、在基本部件內(nèi)能軸向運動的共軸注射針?biāo)M成，同時，通過注射針的軸向運動，斜孔道總橫截面是可變更的。
如果注射管內(nèi)燃燒的能量很充分，那么在注射管外殼上配上散熱片對完善發(fā)明可能是必要的，這樣，發(fā)散到沿注射管外側(cè)流動的第二種成分即氧化劑上的熱量就比較高。
如果燃室機體是前面開啟式，譬如像沖壓式空氣噴氣發(fā)動機那樣，那么在進一步完善發(fā)明時，注射管必須是折角折撓或弧形彎曲形成。
在燃燒裝置的特殊造形方面，這種機體是一個圓柱形燃室機體，帶一個頂端部件，這一頂端部件有一個中心孔，用以緊夾注射管，孔周圍安裝噴口，作為第二種成分的輸入裝置。
在本發(fā)明的獨特外形方面，注射管是由一種催化物質(zhì)組成，或配備一種催化物質(zhì)。
在樣圖中，本發(fā)明的實施例是以透視描述、部分剖面描述來顯示的，附圖有

圖1帶一個燃室機體和一個注射管的燃燒裝置;
圖2無注射管的燃燒裝置(見圖1);
圖3一個不可調(diào)節(jié)的注射管;
圖4一個可調(diào)節(jié)的注射管圖4A對可調(diào)節(jié)注射管的解體描述(見圖4)圖4B帶開啟式斜孔道的可調(diào)注射管(見圖4)圖4C帶幾乎是封閉式斜孔道的可調(diào)注射管(見圖4);
圖5一個帶散熱片的注射管和圖6一個帶折角撓曲注射管的燃室機體。
圖1對帶燃室機體1和注射管2的燃燒裝置作了透視描述、部分剖面描述。燃燒機體1是在燃室壓力高、或流入速度快的情況下用作燃燒一種帶可溶氧化劑的可溶燃料。“可溶物質(zhì)”是指氣體或乳劑、溶液混合物或具有可溶性能的帶固體顆粒的氣體等全部溶液。譬如作為一種實施例，在圖1和圖2中對帶園盤狀頂端部分11的圓柱形燃室機體1作了描述，這一頂端部分11配備一個中心孔12(見圖2)，用來緊夾注射管2，孔周圍裝有若干個噴咀13，作為可燃混合物的第二種成分的輸入構(gòu)件，譬如噴咀131-136在圖2中清晰可見，但噴咀13的數(shù)量及位狀并不具有重要發(fā)明意義。燃燒氣體從燃室機體內(nèi)，經(jīng)排氣口15以射束狀曳出。
圖3描述的注射管2是用作可燃混合物第一種成分的輸入構(gòu)件，在其朝排氣口15方向的后終端上有一個后軸向孔21，在其離排氣口15的終端上有一個較狹窄的前軸向孔22，兩孔(21，22)之間有一個狹窄點23，此外，還有若干個斜孔道241，242，徑向地朝中心軸線i斜向設(shè)置，其卷角為α，指向前軸向孔22，從燃室內(nèi)室通向狹窄點23，或在后軸向孔21方面通到緊靠狹窄點23的前面。一部分流入燃室機體的第二種成分，經(jīng)斜孔道241，242流入狹窄點23，或流到緊挨著狹窄點的前面，在那里與流經(jīng)后軸向孔22的第一種成分混合，并在后軸向孔21中燃燒。由于斜孔道241，242形成一個帶注射軸i的尖角α，所以經(jīng)斜孔道241，242流向狹窄點23的第二種成分對經(jīng)前軸向孔22流進的第一種成分起著一種抽引作用。全部斜孔道241、242的橫截面面積與前軸向孔的橫截面面積一起比狹窄點23的橫截面面積大，因此，斜孔道241，242即使全部或局部匯入狹窄點23，那時候，全部斜孔道241，242的橫截面面積也不加算進狹窄點23的橫截面面積。
可燃混合物的點火是在燃室機體內(nèi)用點火探測器3進行的。對此，在燃燒裝置的點火階段內(nèi)，用僅僅微弱壓力或僅僅緩慢流速，將可燃混合物的兩種成分送入燃室機體，點火后，火焰射至兩個軸向孔道21，22之間的狹窄點23前折回，而不是越過狹窄點出去?？扇蓟旌衔锏膬煞N成分先是在狹窄點23處混合，因為在前軸向孔22內(nèi)的狹窄點23的前面沒有易燃混合物，在開啟式燃燒裝置上，譬如說在燃室機體1內(nèi)的燃燒壓力為4巴，那么第二種成分空氣以5巴至6巴的壓力，通過噴咀13輸入燃室機體內(nèi)，第一種成分燃料則以0.6巴的壓力輸入注射管2，燃燒的反壓或不均勻現(xiàn)象，即使壓力差異懸殊，也不會發(fā)生。
出于技術(shù)上和經(jīng)濟上的考慮，作為低配比混合物的第二種成分，如空氣，如果過剩，那么尤其是燃燒裝置的燃燒性能很重要。使用注射管2的作用是，即使在燃室機體1內(nèi)改變壓力和流速，關(guān)于混合物易燃性方面的燃燒性能不會改變，只有在改變注射管安置(如圖4B和圖4C描述的那樣)的情況下才受影響。因此，通過對斜孔道241，242的擴大和縮小可以影響在注射管2內(nèi)的燃燒。如果只是通過抑入燃室機體1的空心針(帶噴咀或不帶噴咀)將第一種成分輸入燃室機體1，那么，上面所描述的將燃燒裝置的燃燒性能與混合物的低配比率的脫鉤現(xiàn)象是不存在的，這里可能會導(dǎo)致產(chǎn)生降低易燃性的低配比混合物。
后軸向孔含有一種多油脂混合物，因為較大一部分第二種成分從注射管2的外部流過，只有較少一部分經(jīng)斜孔道241，242流入注射管2的第二種成分與注射管2中的第一種成分起反應(yīng)，在注射管2外部的、并沿著它流過去的那部分第二種成分起著套管氣流的作用，并以此阻止注射管2的熱氣從燃燒系統(tǒng)流失。這種套管氣流會減緩從注射管2流出的高溫管芯氣流向燃室機體1的外墻傳熱，因為對熱損失來說，只有套管氣流和外墻之間極微小溫度落差才是決定性的，這樣，持留在燃室氣體中的能量更多些，總的燃燒效應(yīng)系數(shù)更好些。在注射管2的后軸向孔21內(nèi)燃燒的時候，經(jīng)斜孔道241，242，243，244進入注射管2的那部分第二種成分與經(jīng)前軸向孔22流入的第一種成分起反應(yīng)，但是燃燒時，由于種種原因，未燃盡的殘余部分可能由注射管2進入燃室機體1，隨后，在管芯氣流到其周圍的套管氣流的邊緣區(qū)，套管氣流中的第二種成分(不是經(jīng)斜孔道241，244進入注射管的)和第一種成分的未燃盡殘余部分(經(jīng)注射管2進入燃室機體1的)之間會產(chǎn)生反應(yīng)。在下列情況下，可能會產(chǎn)生第一種成分的未燃盡殘余部分
一如果一種或兩種成分不均勻。
在這種情況上，后軸向孔21的燃燒，會隨著一種或兩種成分的組成變化而變化，如果燃料不均勻，則要調(diào)整成分的容積比，使肯定在易燃范圍內(nèi)的混合物，即使其成分的能含量極少，也能在后軸向孔21內(nèi)燃燒，另一方面，這意味著，如果第一種成分的能含量很高，它也不會完全和經(jīng)斜道孔241-244進入注射管2的第二種成分起反應(yīng)。
一另一種情況是，第二種成分的未燃盡殘余部分也可能由于壓力或流速(其后果又是壓力)的改變而產(chǎn)生，這種壓力和流速的改變，其進一步的后果是第一種成分的能量密度發(fā)生變化。如果借以輸入成分的流速或壓力有波動，那么，當(dāng)注射管2的后軸向孔21內(nèi)發(fā)生反應(yīng)時，同樣可能產(chǎn)生未燃盡殘余部分。
一如果在注射管2的后軸向孔內(nèi)的燃燒反應(yīng)速度很小，以致成分流經(jīng)后軸向孔21的時間不夠一次充分的反應(yīng)，那么，這也可能產(chǎn)生未燃盡殘余部分。譬如，這一點在緩緩燃燒的乳劑是可以想像的。在這種情況下，注射管2的結(jié)構(gòu)，尤其是后軸向孔21的長度對燃盡有著根本性的影響。
在離開注射管2的后軸向孔21時，第一種成分的未燃盡殘余部分，溫度很高，以致馬上會與套管氣流中的第二種成分起反應(yīng)。
如果一種或兩種燃料成分很不均勻，那么能優(yōu)化調(diào)整注射管25中兩種成分的混合比是很必要的。此外，圖4，圖4A所描述的注射管25是由基本部件26所組成的，這一基本部件有后軸向孔21和一支在基本部件26中可軸向移動的，帶前軸向孔22的共軸注射針27。由于注射針27在基本部件26中的軸向移動，斜孔道243，244的全部橫截面是可以變更的。
由此，隨意改變兩個成分在后軸向孔21中燃燒時的混合比是可能的。圖4A對基本部件26和注射針27作了一個解體說明。如，通過基本部件26和注射針27之間的螺紋(圖中未加以說明)可以對基本部件26中的注射針27進行一次清晰的分辨。
在圖4B，4C中，對注射管25作了說明，上面標(biāo)有注射針27的兩個極限值位置。在圖4B中，斜孔道243，244是完全開啟的，而在圖4C中幾乎是封閉的。如果在同一個注射管25中燃燒不同的成分，那么在由一種燃料更替另一種燃料時，只須對注射針27按事先規(guī)定的方式作改變或重新調(diào)整。
在附圖中只是對兩組斜孔道241，242及243，244各自作了說明，顯然，斜孔道的數(shù)量不僅僅限于這個數(shù)量，而是可以備置很多斜孔道，以滿足輸入足夠的第二種成分或空間等同分配的需要。
圖5對注射管2作了說明，管外殼有散熱片28，散熱片28的數(shù)量及幾何圖形應(yīng)按情況決定。
最后，圖6是一個前面開啟式的燃室機體4，機體內(nèi)置入注射管2。通過軸肩29，也輸入第一種成分，像圓弧截面一樣，軸肩29也可以是彎曲的。這樣，帶可變橫截面的斜孔道243，244的注射管25是可以使用的。
為改進燃燒，注射管2可由一種催化材料組成，或配置一種催化材料。
相關(guān)符號清單1燃室機體11頂端部件12中心孔13噴咀131-136噴咀14前面開啟式燃室機體15排氣口2注射管21后軸向孔22前軸向孔23狹窄點241，242帶穩(wěn)定橫截面的斜孔道243，244帶可變橫截面的斜孔道25帶斜孔道可變橫截面的注射管26基本部件27注射針28散熱片3點火探測器
權(quán)利要求
1.燃燒裝置。這種裝置燃燒一種可燃混合物，這種混各物含有兩種可溶成分，其中至少有一種成分可高壓或高速輸入，這種裝置有一個帶燃室的機體、有供輸入和混合第一種成分和第二種成分的構(gòu)件以及一個燃燒氣體的排氣口，其特征是有一個注射管(2)，作為第一種成分的輸入構(gòu)件，它朝排氣口(15)方向伸入燃室機體(1)，在其朝排氣口(15)方位的終端有一個后軸向孔(21)，在其離排氣口(15)的終端有一個狹窄的前軸向孔(22)，在兩孔之間(21，22)有一個狹窄點(23)以及至少有一個斜孔道(241，242；243；244)，它(們)徑向地朝中心軸線(i)斜向設(shè)置，經(jīng)燃室機體的內(nèi)室通入狹窄點(23)，或在其附近通入前軸向孔(22)，其內(nèi)終端指向后軸向孔(21)；通過斜孔道一部分流入燃室機體(1)的第二種成分流向狹窄點(23)，或流入前軸向孔(22)，然后在那里與第一種成分混合，照此辦法，這種混合物至少部分是在后軸向孔(21)內(nèi)燃燒，并由此孔流入燃室機體(1)。
2.按權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征為注射管(25)是由一個帶后軸向孔(21)的基本部件和一個帶前軸向孔(22)的、在基本部件內(nèi)能軸向運動的共軸注射針(27)可組成，同時，通過注射針(27)的軸向運動，斜孔道(243，244)的總橫截面是可以變更的。
3.按權(quán)利要求1或2所述的燃燒裝置，其特征為注射管(22)在其擴大表層的外殼上有散熱片(28)。
4.按權(quán)利要求1至3所述的燃燒裝置其特征為注射管(2)是折角繞曲形成的。
5.按權(quán)利要求1至3所述的燃燒裝置其特征為注射管(2)是弧形彎曲形成的。
6.按照權(quán)利要求1至5所述的燃燒裝置，其特征為一個圓柱形燃室機體(1)，帶一個頂端部件(11)，該頂端部件(11)有一個中心孔(12)，用以緊夾注射管(2)，中心孔周圍安裝若干噴嘴(131-136)作為第二種成分的輸入裝置。
7.按權(quán)利要求1至6燃燒裝置，其特征為注射管(2)是由一種催化物質(zhì)所組成。
8.按權(quán)利要求1至6所述的燃燒裝置，其特征為注射管(2)配備一種催化物質(zhì)。
全文摘要
燃燒含兩種可溶成分組成的可燃混合物的燃燒裝置，有一個燃室機體、第一種成分輸入件和第二種成分輸入件以及一個燃氣排氣口。第一輸入件是個注射管，在其朝排氣口的終端有個后軸向孔，另一端有個前軸向孔，兩孔間有個狹窄點和至少一個斜孔道，斜孔道徑向地朝中心軸線斜向設(shè)置，指向后孔，從機體通向狹窄點，或在前孔一方通到狹窄點前面。流入機體的部分第二種成分經(jīng)斜孔道流至狹窄點，與經(jīng)前孔流入的第一種成分混合，在后孔內(nèi)燃燒，并由此孔流入機體。
文檔編號F23D11/40GK1033685SQ88107509
公開日1989年7月5日 申請日期1988年11月1日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月3日
發(fā)明者柴特納·米奇爾·李 申請人:柴特納·米奇爾·李