本發(fā)明屬于燃燒試驗設備領域，具體設計一種燃料濃度徑向分層燃燒器。燃燒器是使燃料和空氣/氧氣以一定方式噴出、混合、燃燒的裝置統(tǒng)稱，此燃燒器是一種研究內燃機燃燒機理的實驗設備。

背景技術：

燃燒器，是使燃料和空氣/氧氣以一定方式噴出混合燃燒的裝置統(tǒng)稱。燃燒器的種類規(guī)格型式很多，有燃油、燃氣(煤氣)、燃煤(煤粉/水煤漿)幾大類別。應用領域很廣，在需要使燃料燃燒以加熱物料或反應的工業(yè)場合都需要用燃燒器。燃燒器都是以空氣作為助燃氣體，但空氣中氧氣含量很低，只有21％，剩余的部分都是氮氣、二氧化碳等不可燃氣體，這些氣體在燃燒過程中，不僅不會有助于發(fā)熱，反而會大量的吸熱，并把這些熱量以煙氣的方式帶走，大大影響了燃燒發(fā)熱效率。

其中氣體燃燒器一般包括五個系統(tǒng)，送風系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、燃料供給體統(tǒng)、電控系統(tǒng)。送風系統(tǒng)的功能在于向燃燒室里送入一定風速和風量的空氣/氧氣，其主要部件有：殼體、風機馬達、風機葉輪、風槍火管、風門控制器、風門檔板、凸輪調節(jié)機構、擴散盤；點火系統(tǒng)的功能在于點燃空氣與燃料的混合物，其主要部件有：點火變壓器、點火電極、電火高壓電纜。監(jiān)測系統(tǒng)的功能在于保證燃燒器安全、穩(wěn)定的運行，其主要部件有火焰監(jiān)測器、壓力監(jiān)測器、溫度監(jiān)測器等；燃料供給系統(tǒng)的功能在于保證燃燒器燃燒所需的燃料，器部件主要有過濾器、調壓器、電磁閥組、燃料蝶閥。

傳統(tǒng)燃燒器一般用于工業(yè)領域或民用，其燃料、空氣/氧氣配比以燃料充分燃燒為主要目的，也沒有精確控制燃料濃度分層。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在與提供一種燃料濃度徑向分層燃燒器。通過控制各層噴口的燃料入口、空氣/氧氣入口、稀釋氣體入口總面積相等，且設計三種入口相互交叉排布，使混合氣均勻混合；通過對各層噴口結構尺寸的設計，最終達到各環(huán)面積相等的目的，以滿足各層體積流量相等時，流速也相等；

通過控制燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體入口的閥門開度，實現(xiàn)各環(huán)混合氣有相同空燃比，相同的體積流量(即相同的流速)，不同的燃料體積濃度，達到燃料在燃燒器半徑方向上濃度分層。

為實現(xiàn)上述技術特征，本發(fā)明采用如下技術方案：

混合氣濃度徑向分層燃燒器，包括燃燒器底座(7)、混合氣引燃裝置(6)、隔板(13)、(14)、(15)、(16)、(17)，混合氣噴孔(8)及各層狀噴射口(9)、(10)、(11)、(12)，其中(9)為第二層噴口，(10)為第三層噴口，依次類推，每層內設有燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口，分別為第一層進口(1)，布有四個孔，第二層進口(2)布有8個，第三層進口(3)布有12個孔，第四層進口(4)布有16個孔，第五層進口(5)布有20個孔；各層進氣口按照順時針從十二點鐘方向依次命名為a、b、c……，即第一層為1a、1b、1c、1d，第二層為2a、2b……，依次類推，各層燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口均勻分布。所述混合氣引燃裝置(6)安裝于燃燒器的中心，通過螺紋緊固；所述1a、1b、1c、1d各進氣孔呈圓形布置(如圖3所示)，其圓心為燃燒器的中心，其它各環(huán)同第一環(huán)一樣呈圓形布置，圓心也是燃燒器中心，各層燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口的直徑由第一層到最后一層依次減小，數(shù)目逐漸增加，最終保證燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口總面積相等；所述各混合氣噴口(8)、(9)、(10)、(11)、(12)通過環(huán)狀隔板(13)、(14)、(15)、(16)、(17)進行分開，被隔板分開的混合氣噴口各層的截面積相等；隔板與底座之間為一體連接；燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口分別通過管道連接至常溫、恒壓氣源，通過高壓氣源對其供氣；通過燃燒器中心位置所安裝的引燃裝置使混合氣著火，并通過內層可燃混合氣的著火氣引燃外層可燃混合氣；切斷混合氣供給，燃燒器停止工作。

本發(fā)明的原理是：對各層噴口設計合適的燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口直徑和數(shù)目使其進口的總面積相等，以便于組織各層相等的體積流量，同時三種進氣孔的交叉排布并設計足夠長的燃料、空氣混合腔，使混合氣均勻混合；通過對燃燒器中各隔板尺寸的設計(主要是內經的設計)，使各層混合氣噴口的截面積相等，以保證各層噴口在相等體積流量時各層的混合氣流速相等(層間壓差為零)，減少各層混合氣在出口位置的相互干擾。通過各層燃料供給口大小的不同設計，實現(xiàn)各層燃料供給量的變化，進而提供各層濃度分層，控制閥門開度來調節(jié)燃料供給口、空氣/氧氣供給口的閥門來調整燃料與空氣/氧氣的空燃比與體積濃度，通過控制閥門開度來調節(jié)各環(huán)的稀釋氣體供給量，總體來說，如果某環(huán)的燃料和空氣/氧氣的體積流量小，就提高稀釋氣體供給口的開度，如果某環(huán)的燃料、空氣/氧氣體積流量大，就減小稀釋氣體供給口的開度，最終使各環(huán)混合氣有相同空燃比，相同的體積流量(即相同的流速)、不同的燃料體積濃度，達到燃料在燃燒器半徑方向上濃度分層，具體燃料體積濃度由內層到外層逐漸降低；調節(jié)燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口開關使各層混合氣濃度實現(xiàn)所要求的分層時，用燃燒器中間所布置的引燃裝置對混合氣進行引燃，燃燒器正常工作可以看到由于混合氣分層，由內層到外層火焰會有明顯的變化，關閉燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體的供給，燃燒器停止工作。

本發(fā)明的特色在于：

1、本發(fā)明設計合適的燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口直徑和數(shù)目，使各環(huán)燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體供給口的總面積相等，以便于組織各環(huán)相等的體積流量；

2、本發(fā)明通過對燃燒器中各隔板尺寸的設計(主要是內徑尺寸的設計)，使各層混合氣出口的截面積相等，以保證各層出口在相等體積流量時各環(huán)的混合氣流速相等(層間壓差為零)，減少各層混合氣在出口位置的相互干擾；

3、本發(fā)明對各層設計了不同的燃料進口直徑，以方便實現(xiàn)各層燃料供給的差異；

4、通過調節(jié)各層空氣/氧氣、稀釋氣體的供給量，實現(xiàn)各層混合氣有相同的空燃比、相同的體積流量；

本發(fā)明最終提供一種氣體燃料在燃燒器半徑方向上的濃度分層，在同一燃燒器上實現(xiàn)不同濃度物性的混合氣的燃燒。

附圖說明

圖1為燃燒器主視圖剖面示意圖

圖2為燃燒器俯視圖剖面示意圖1

圖3為燃燒器俯視圖剖面示意圖2

途中標記：燃燒器底座(7)、混合氣引燃裝置(6)、隔板(13)、(14)、(15)、(16)、(17)，混合氣噴孔(8)及環(huán)狀噴射口(9)、(10)、(11)、(12)，其中(9)為第二層噴口，(10)為第三層噴口，依次類推，每環(huán)噴口內設有燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口，分別為第一層進口(1)，布有四個孔，第二層進口(2)布有8個，第三層進口(3)布有12個孔，第四層進口(4)布有16個孔，第五層進口(5)布有20個孔。

具體實施方法

以下結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步詳細介紹：

對各環(huán)設計合適的燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體進口(1)(2)(3)(4)(5)直徑和數(shù)目使其進口的總面積相等，閥門全開情況下各層相等的體積流量，同時三種進氣孔的交叉排布和設計足夠長的燃燒器殼體使混合氣均勻混合。

通過對燃燒器中各隔板尺寸的設計(主要是內徑的設計)，使各層混合氣噴口(8)(9)、(10)、(11)、(12)的截面積相等，以保證各環(huán)噴口在相等體積流量時各環(huán)的混合氣流速相等(層間壓差為零)，減少各層混合氣在出口位置的相互干擾。

通過調節(jié)燃料、空氣/氧氣、稀釋氣體的開關控制使燃燒器從內層到外層實現(xiàn)濃度分層。

舉例說明，以氮氣作為稀釋氣體，甲烷為燃料，氧氣、甲烷體積(物質的量)比例為2:1為例(三種氣體高壓氣源壓力一致)，為實現(xiàn)燃料的濃度分層，進行一下方案：

首先定義燃料的體積濃度計算方法：C＝V(甲烷)/[V(甲烷)+V(氧氣)+V(氮氣)]

第一層內燃料、氧氣、氮氣閥門的開閉設置為：打開燃料供給口開關1a，打開氧氣供給口開關1b、1c，打開稀釋氣體開關1d；由于三種氣體氣源的壓力一致，四個孔面積一致，定義一個孔的流量為1，則氧氣流量為2,、燃料為1、氮氣為1，氧氣的供給量是甲烷供給量的兩倍，即在第一層實現(xiàn)的體積比為2:1；

第一層甲烷的體積濃度:C1＝V(甲烷)/[V(甲烷)+V(氧氣)+V(氮氣)]＝1/4＝25％

第二層內燃料、氧氣、氮氣閥門的開閉設置為：打開燃料供給口開關2a，打開氧氣供給口開關2b、2c，打開氮氣供給開關2c、2d、2e、2f、2g，定義一個孔的流量為1，則氧氣流量為2,、燃料為1、氮氣為5，氧氣的供給量是甲烷供給量的兩倍，即在第一層實現(xiàn)的體積比為2:1；

第二層甲烷的體積濃度:C2＝V(甲烷)/[V(甲烷)+V(氧氣)+V(氮氣)]＝1/8＝12.5％

第三層內燃料、氧氣、氮氣閥門的開閉設置為：打開燃料供給口開關3a，打開氧氣供給口開關3b、3c，打開氮氣供給開關3c、3d、3e、3f、3g、3h、3i、3j、3k，定義一個孔的流量為1，則氧氣流量為2,、燃料為1、氮氣為9，氧氣的供給量是甲烷供給量的兩倍，即在第一層實現(xiàn)的體積比為2:1；

第三層甲烷的體積濃度:C2＝V(甲烷)/[V(甲烷)+V(氧氣)+V(氮氣)]＝1/12＝8.33％

第四層內燃料、氧氣、氮氣閥門的開閉設置為：打開燃料供給口開關4a，打開氧氣供給口開關4b、4c，打開氮氣供給開關4c、4d、4e、4f、4g、4h、4i、4j、4k、4l、4m、4n、4o，定義一個孔的流量為1，則氧氣流量為2,、燃料為1、氮氣為13，氧氣的供給量是甲烷供給量的兩倍，即在第一層實現(xiàn)的體積比為2:1；

第四層甲烷的體積濃度:C2＝V(甲烷)/[V(甲烷)+V(氧氣)+V(氮氣)]＝1/16＝6.25％

第五層內燃料、氧氣、氮氣閥門的開閉設置為：打開燃料供給口開關5a，打開氧氣供給口開關5b、5c，打開氮氣供給開關5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i、5j、5k、5l、5m、5n、5o、5p、5q、5r、5s，定義一個孔的流量為1，則氧氣流量為2,、燃料為1、氮氣為17，氧氣的供給量是甲烷供給量的兩倍，即在第一層實現(xiàn)的體積比為2:1；

第五層甲烷的體積濃度:C2＝V(甲烷)/[V(甲烷)+V(氧氣)+V(氮氣)]＝1/20＝5％

通過以上調節(jié)，實現(xiàn)了體積濃度25％、12.5％、8.33％、6.25％、5％的濃度分層。以上示例僅表示該燃燒器燃料濃度的一種分層方法，其余分層方法不再詳述。

本發(fā)明旨在提供一種燃燒器的燃料濃的在半徑方向上的分層，各層混合氣體積流量相等(流速相等)的燃燒器機構。