一种新型即热燃油锅炉

2020-01-17林海芸都奎江

探索科学(学术版) 2019年2期

关键词：喷油嘴炉体风压

林海芸都奎江钟韬

威海广泰空港设备股份有限公司山东威海 264200

引言

飞机表面冰层对飞机起升的安全性影响非常大,可能会造成机毁人亡的严重事故,因此对飞机表面进行有效的除冰至关重要。

飞机除冰方式主要是采用移动式除冰车向飞机表面喷洒一定压力和温度的除冰液,对表面的冰层进行冲击、溶化,但除冰液会在短时间内再次结冰,这就要求载液量及喷洒流量大、加热速度快、温度稳定,同时要求锅炉体积小、重量轻、安全性及可靠性高。

目前工业型燃油锅炉大都采用通用型燃烧机,其风机为铸造外壳,风道尺寸大,与之匹配的炉体体积大,且只有大小两个燃油喷嘴,只能进行大小两段火加热,导致喷洒温度忽冷忽热,温度控制精度低,作业效率低,作业时间长,导致飞机表面可能会再次结冰,对飞行安全造成极大隐患。

1 新型燃油锅炉结构概述

新型燃油锅炉包括前烟箱、燃油系统、进风系统、炉体、后烟箱、烟囱、电控系统等,前烟箱位于炉体前方,前烟箱后部通过止口与炉体前端把接,前烟箱前部安装燃油系统,前烟箱上方安装进风系统的风机；后烟箱安装于炉体的后端,烟囱安装于炉体前部上方,形成两回程加热。电控系统对风机转速、喷油量、点火时序、火段及火焰的燃烧参数进行采集、监控,对采集到的锅炉进出水集管的液体流量、温度进行计算所需的时实加热功率,从而自动控制风压、油压参数及喷嘴开启数量,完成16级火段组合燃烧,保证除冰喷洒温度稳定。这种新型燃油加热器结构紧凑、加热速度快,温度控制精度高、安全可靠,抗震性能好,适用于移动车载快速加热。锅炉结构见图1所示。

图1

1.1 前烟箱及进风系统前烟箱提供燃烧所需的合理燃烧和混合空间,用于空气和燃油在内部充分混合并点火燃烧；进风系统是向前烟箱及炉体内送入一定风速和风量的空气,前烟箱及进风系统主要由风机马达、风机、风道、燃烧筒、风机控制阀、风压开关、风压传感器等组成。

高速旋转的风机叶轮产生足够的风压克服炉膛阻力和烟囱的阻力,向前烟箱送入一定风速和风量的空气以满足燃烧需要,当风机出口处的风压开关检测到风压达到设定值后,电控系统才能启动点火程序,风压传感器用于连续采集前烟箱内的风压参数,通过与程序实时计算出所需的风压参数比较,实时控制风机转速和燃油压力相匹配,进而控制燃烧火段的变化。

前烟箱中心安装四个上下左右对称的燃烧筒,风在四个燃烧筒内流动,燃烧筒有引导气流和稳定风压的作用,也是进风通道的组成部分,燃烧筒的后部为喇叭口,尾部采用圆弧收口,形成包络风而不是散风,保证火焰形状稳定、火焰长度长、炉体内盘管受热均匀。前烟箱结构见图2所示。

图2

1.2 炉体及燃油系统炉体吸收燃烧产生的热量用以加热炉内盘管内流动的液体,由外衣、保温层、内盘管、进水集管、出水集管、烟道、安装固定支架等组成。

燃油系统主要由油水分离器、高压油泵、燃油过滤器、燃油比例阀、燃油电磁阀、喷油嘴、燃油加热棒、油压传感器、油管及接头等组成,向前烟箱内提供燃烧所需燃料。燃油系统图见图3所示。

图3

燃油系统、前封板、点火电极、火焰检测器、观察窗组成了点火系统及监视系统,见图4所示。

图4

采用实心喷射角为60°的喷油嘴,形成实心均匀的锥形喷雾,在最大喷油量下燃烧时,火焰的最大长度和直径均小于炉体炉膛的尺寸,同时在燃油量调节时,喷嘴头部的积炭或结焦不影响燃烧性能,四个喷油嘴采用的是四角布置、切圆燃烧的方式。

在1#喷嘴的进油管内,加装了电阻丝加热棒对进油加热,使油的粘度下降到可雾化燃烧程度,增加了点火时喷油雾化效果,保证在点火火焰建立安全时间内建立稳定的点火火焰,点火成功后,火焰检测器检测到信号给控制器,加热棒自动断电。

燃油电磁阀分别安装在4 个喷油嘴的前端,燃油比例阀、油压传感器安装在高压油泵的出口管路,燃油比例阀控制喷油嘴入口的燃油压力,油压传感器实时检测喷嘴入口油压参数,程序自动控制喷嘴的开关以及油压和风压的不同组合状态,形成闭环控制,确保了0℃左右的除冰液由锅炉进水集箱进入后,再从出水集箱出来即可瞬时加热到85℃,且加热温度稳定。

空气在前烟箱中的四个燃烧筒内流动,通过稳焰盘时受叶片的引导而产生旋转,可通过调整卡紧箍使稳焰盘沿燃油管向前或向后移动,可改变旋转气流与直流气流的比例,从而达到调整气流旋流强度的目的。

点火电极位于1#喷油嘴的上方,由于车载式24V 点火变压器很少,质量不稳定,220V 点火变压品为主流产品,因此飞机除冰车采用车载24V 逆变220V 的点火变压器输出高压电,通过电弧放电成足够的光能和热能,引燃燃油,点火成功后点火变压器断电。

1#喷油嘴喷出的高压燃油与空气气流经过点火电极成功点火后,炉体中部区域会形成强烈燃烧的高温烟气,一部分直接补充到相邻2#、3#、4#喷油嘴喷出燃油的根部,使相邻喷油嘴的燃油升温引燃,卷吸和邻角的相互点燃的特点,使四角布置、切圆燃烧的方式具有良好的着火性能。

切圆直径较大时,炉中心火焰旋转强烈,冲刷过来的火焰离风口根部近,甚至可能引起气流贴近前烟箱的封板前壁,火焰冲向前壁从而引起结渣；切圆直径太小会使炉膛中心的火焰变小,影响加热效率。火焰直径设计为不大于炉膛的二分之一,火焰长度是炉膛的三分之一,火焰直径太大、火焰太长会在炉筒内部产生严重积炭,烧坏炉体的内盘管。