[發明專利]一種用于大分子碳氫燃料燃燒的變焦火焰成像系統

有效

• 申請號: 201911100143.9
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110703425B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 侯凌云;符鵬飛;任祝寅;宋明明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02B23/24
• 分類號: G02B23/24
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

本發明屬于火焰成像技術領域，尤其涉及一種用于大分子碳氫燃料燃燒的變焦火焰成像系統，包括：依次相連的：相機、硬桿內窺鏡、殼體；其中相機通過相機支架與殼體末端的法蘭連接，相機通過光學接口與硬桿內窺鏡相連，硬桿內窺鏡從殼體末端外深入到殼體內前端；殼體前端一側開有窗口，窗口上安裝有高溫玻璃片；高溫玻璃片外側的銅墊片凹槽與殼體內的氣管相通，氣管入口位于殼體末端；殼體內還設有聯通殼體前端的進水套管和出水套管，進水嘴和出水嘴位于殼體末端。本發明可以大幅度減弱觀察窗視口前的炭黑沉積，采用雙層復合式冷卻方法，對整個系統起到冷卻作用，適用于燃燒室不同工況條件下的火焰成像。

技術領域

本發明屬于火焰成像技術領域，尤其涉及一種用于大分子碳氫燃料燃燒的變焦火焰成像系統。

背景技術

隨著經濟的發展和環保的要求，動力裝置燃燒室的設計與試驗檢測手段在先進燃燒室的設計試驗過程中至關重要。大分子碳氫燃料在動力機械中應用廣泛。對動力裝置燃燒室內部的火焰形態檢測，能夠實時獲取燃燒試驗過程中不同工況條件下的火焰形態，包括燃燒不穩定、火焰熄滅等重要試驗現象，對動力裝置燃燒室的設計及優化具有重要的指導意義。

但是，一方面，大分子碳氫燃料燃燒會產生燃料裂解，形成炭黑沉積壁面，并污染成像系統視口；另一方面，大分子碳氫燃料燃燒會產生非常高的火焰溫度，燃燒區中心溫度一般會達到1800攝氏度以上，對成像系統的耐高溫性提出了巨大的挑戰。此外，一般發動機工作范圍較寬，火焰位置會發生變化，這對實時成像聚焦也會造成困難。因此，現有成像系統無法運用到這種以大分子碳氫化合物為燃料的燃燒室的火焰成像中。

發明內容

為了解決目前以大分子碳氫燃料為燃料的動力裝置燃燒室試驗過程中由于炭黑沉積、火焰抖動、高溫等技術難點無法實時動態檢測燃燒室內部火焰形態的問題，本發明提出了一種用于大分子碳氫燃料燃燒的變焦火焰成像系統，包括：依次相連的：相機、硬桿內窺鏡、殼體；其中相機通過相機支架與殼體末端的法蘭連接，相機通過光學接口與硬桿內窺鏡相連，硬桿內窺鏡從殼體末端外深入到殼體內前端；殼體前端一側開有窗口，窗口上安裝有高溫玻璃片；高溫玻璃片外側的銅墊片凹槽與殼體內的氣管相通，氣管入口位于殼體末端；殼體內還設有聯通殼體前端的進水套管和出水套管，進水嘴和出水嘴位于殼體末端。

所述硬桿內窺鏡和氣管位于殼體內層的進水套管，出水套管位于殼體外層。

所述氣管通入氣體后在殼體前端內部形成高壓氣體匯集，所述銅墊片凹槽為沿著圓形銅墊片周向均勻分布，高壓氣體均勻的吹到高溫玻璃片外表面，從而形成對高溫玻璃片外表面的吹掃清潔功能。

所述銅墊片上開環形槽結構，包括單端開槽、雙向開槽。

所述光學接口采用標準C型光學接口，連接多級普通變焦或定焦鏡頭或高速攝像機，實現火焰的實時變焦成像。

所述殼體前端通過法蘭與燃燒室殼體固定連接，火焰發出的可見光通過高溫玻璃片進入硬桿內窺鏡光束傳輸通道，通道內通過兩個45°的反光鏡改變光路傳輸方向，光通過目鏡進入變焦鏡頭組，通過變焦鏡頭組的調整進入感光元件進行成像，最終再通過數據線將火焰信息傳輸到遠端計算機。

本發明的有益效果：

吹炭黑的流體通道設計，內層通道為氣冷通道，并和高溫玻璃片前吹掃氣通道相連，冷卻空氣經過內通道，和吹掃通道進入燃燒室。吹掃氣通道經過理論和多次試驗優化設計了吹掃氣通道形狀，可以大幅度減弱觀察窗視口前的炭黑沉積，能夠應用于以大分子碳氫燃料燃燒的燃燒室內部火焰成像。

采用雙層復合式冷卻方法，內層通道為氣冷通道，殼體外層為冷卻水通道，冷卻水采用回流式，填充整個光束傳輸通道，對整個系統起到冷卻作用，工作環境最高耐受溫度約為1800℃，使火焰成像系統能夠應用于這種高溫炭黑沉積的大分子碳氫燃料火焰成像。