CN111442931B - 一种燃料超临界燃烧试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料超临界燃烧试验设备，包括液压推动装置、尼龙堵、重活塞安装段、重活塞、压缩管、压缩管支撑装置、压缩管止推装置、重活塞止退装置、实验舱、实验舱支撑装置、钢轨和高压源，其中尼龙堵、重活塞分别设置在重活塞安装段左侧、中间管内，重活塞安装段下边通过球阀与下方的高压源连通，重活塞安装段右侧连接压缩管，压缩管通过压缩管支撑装置支撑，压缩管止推装置安装在压缩管的三分之一处，依靠止推环定位，重活塞止退装置与实验舱连接。本发明提高了重活塞止退效率和止退过程中的安全性，降低了重活塞和止退块接触瞬间的高应力应变，延长重活塞和止退块的使用寿命，同时提高了试验过程中试验舱的温度、压强的稳定性。

Description

一种燃料超临界燃烧试验设备

技术领域

本发明涉及试验设备技术领域，尤其涉及一种燃料超临界燃烧试验设备。

背景技术

蒸发和燃烧是火箭发动机工作的基本问题，燃烧特性影响着火箭发动机的性能，与亚临界相比，超临界条件下的燃料蒸发和燃烧速率大大提高，液体燃料表现出与气体燃料类似的特征。因此，亚、超临界燃烧存在本质差别。通常的，火箭发动机燃烧室存在燃料发生超临界燃烧的压力和温度条件，因此超临界燃烧是火箭发动机的典型燃烧问题。

激波管和重活塞驱动器均是可产生均匀、高温高压气体的实验装置，但是常规的激波管虽然操作简单，状态参数变化范围宽，但是实验时间短，同时受到激波管内流动的影响较大。因此考虑开发一款防止重活塞回弹的重活塞驱动器，以产生和维持较长时间的高温高压环境，使用高速相机拍摄单滴燃料在超临界状态下的行为。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料超临界燃烧试验设备，本发明结构设计巧妙，设置有重活塞止退装置和改变压缩比的调整垫块，解决现有实验装置试验时间短，压缩比恒定的问题，可产生和维持较长时间的高温高压环境，有效降低了设备中重活塞的高速硬撞击对实验设备的损伤，延长了设备的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种燃料超临界燃烧试验设备，包括液压推动装置、尼龙堵、重活塞安装段、压缩管、压缩管支撑装置、压缩管止推装置、重活塞止退装置、实验舱、实验舱支撑装置、钢轨、高压源、球阀和重活塞，所述液压推动装置、尼龙堵、重活塞安装段、重活塞、压缩管、重活塞止退装置和实验舱顺次排布组成一条试验线，所述重活塞安装段靠近所述液压推动装置一侧设置有所述尼龙堵，所述重活塞安装段的底部通过球阀与所述高压源连通，所述压缩管通过两个所述压缩管支撑装置支撑，所述压缩管支撑装置可滑动的放置在钢轨上，所述压缩管止推装置安装在所述压缩管的止推环部分，所述高压源设置在所述压缩管支撑装置的底部支架上，所述重活塞止退装置与所述实验舱连接并通过实验舱支撑装置支撑。

进一步的，所述液压推动装置包括后支架座、后支撑、油缸、油缸辅助支撑、定位销、旋转轴固定盖、承压板、固定螺钉A、深沟球轴承、活塞、油缸座和螺栓组A，所述后支架座上设置有圆支架，所述后支撑底部的旋转端穿过深沟球轴承连接在所述圆支架内，所述后支撑的角部设置有定位销，所述定位销贯穿所述后支撑后嵌入连接在所述后支架座的顶面防转孔内，所述后支撑的旋转端的底面上设置有旋转轴固定盖，所述旋转轴固定盖通过螺钉固定在后支撑上，所述油缸和所述油缸座通过螺栓组A连接在所述后支撑上，油缸的前端下方搭接在所述油缸辅助支撑上，所述油缸内部活塞头部与承压板过盈配合连接；所述油缸辅助支撑通过所述固定螺钉A固定在所述后支架座的顶板上，所述油缸内设置有活塞且所述活塞的端部与所述承压板连接在一起；所述旋转轴固定盖通过螺栓连接在所述后支撑的底面上，所述后支架座的底板上设置有与地面固定连接用的通孔。

再进一步的，所述重活塞安装段包括T型管套、中间管、连接法兰、螺栓组B以及相应配件，所述T型管套与所述连接法兰通过螺栓组B紧固并用第四O型圈密封；所述中间管贯穿所述T型管套的中心孔和连接法兰的内孔，所述连接法兰与中间管的接触面设置有第二O型圈，所述中间管的中间为格栅段，实现中间管与T型管套的空气连通，所述中间管设置有用于充入击发气体的第一进气小孔和用于抽真空、充气、洗气的第二进气小孔，所述中间管的右端设置有定位凸台，所述定位凸台上安装有连接法兰，所述T型管套的底部进出气口与所述球阀连接并通过金属缠绕垫密封，所述中间管的左端与所述尼龙堵连接并通过第一O型圈密封，所述中间管的右端法兰与所述压缩管端部的法兰盘连接并通过第五O型圈密封；所述重活塞安装在中心管内，所述重活塞的左端与所述尼龙堵紧贴，所述重活塞的周面设置有O型圈槽和导向带槽，所述导向带槽和O型圈槽内安装有第一导向带和第三O型圈。

再进一步的，所述压缩管包括止推环、压缩管主体、接嘴A,所述止推环焊接在所述压缩管主体后端三分之一圆周上，用于定位，接嘴A安装在所述压缩管主体后端。

再进一步的，所述压缩管支撑装置包括钢轨轮、支撑架主体、支架螺栓板、转轮、支撑座、盖板、螺栓组C、螺栓组D和锁紧圆螺母，所述支撑架主体由底板、支撑柱和顶板焊接而成，所述螺杆焊接在所述上支撑板的底面中心组成一体结构的支架螺栓板。所述钢轨轮连接在所述底板上且与所述钢轨的位置相匹配，所述转轮与所述锁紧圆螺母连接在所述顶板的中心孔上，所述上支撑板通过所述螺杆连接在所述螺杆上且位于顶板的上下两面，所述支撑座通过螺栓组C连接在所述上支撑板上，所述盖板扣合连接在所述压缩管上并与所述支撑座通过螺栓组D连接紧固，所述盖板与所述支撑座形成支撑压缩管用的圆形固定孔；具体的，转轮、螺杆和锁紧圆螺母组成一组微调装置，通过旋转转轮调节上支撑板的高低，调整好高度后拧紧锁紧圆螺母锁死。

再进一步的，所述压缩管止推装置包括止推支架座、止推支撑板、后止推板、聚氨酯防撞垫、前止推板、第一滚轮、螺栓组E、螺栓组F和螺栓组G，所述后止推板、聚氨酯防撞垫和前止推板各自的两部分可围成与压缩管外径同样大小的圆孔，方便安装，所述止推支撑板通过螺栓组E安装在所述止推支架座的顶面上，所述后止推板为上下两块且侧耳通过螺栓组F固定在一起，所述聚氨酯防撞垫为上下两块且位于所述前止推板和后止推板之间，所述前止推板为左右两块且侧耳通过螺栓组G连接在一起；所述前止推板与所述止推环抵接限位，所述止推环焊接固定连接在所述压缩管末端的三分之一的周面上，所述前止推板、聚氨酯防撞垫和后止推板通过螺栓组H连接在所述止推支撑板上，所述止推支撑板上设置有放置第一滚轮的U型口，所述止推支撑板顶部设计为U型口形状。

再进一步的，所述重活塞止退装置包括中空的连接主体、止退块、隔空块、螺母配件、外壳、压板、固定螺钉B、阻尼、阻尼处法兰、螺杆组件以及相关紧密件、导向件，两个T字形的所述止退块通过隔空块对称安装在所述连接主体上并通过螺母配件锁紧，所述外壳套在隔空块上并用固定螺钉B拧紧，所述两侧的压板压紧在所述外壳上，并通过螺杆组件紧固；所述连接主体与所述外壳的压紧面上设置有第六O型圈，所述连接主体与止退块配合的内孔面上设置有第七O型圈，所述止退块与所述隔空块的压紧面上设置有第八O型圈，所述隔空块与所述外壳的配合面上设置有第九O型圈和第二导向带；

所述连接主体靠近所述实验舱的一端设置有阻尼，所述阻尼通安装在所述连接主体的内孔中，所述阻尼处法兰***到所述阻尼的内孔中，所述连接主体与所述阻尼接触的内孔面上设置有第十O型圈，所述阻尼与所述连接主体接触的外周面上设置有第三导向带和、第十一O型圈，所述阻尼处法兰与所述阻尼接触的外周面上设置有第四导向带和第十四O型圈，所述阻尼处法兰与所述连接主体和实验舱主体的接触面上分别设置有第十二O型圈和第十三O型圈。所述连接主体上设置有第一进出气孔和第二进出气孔，所述第一进出气孔和第二进出气孔与阻尼相对应，且分别位于阻尼中心台阶面的两侧，所述阻尼处法兰设置有螺纹孔，利用螺钉将阻尼处法兰顶出，再利用套管起拔技术将阻尼拔出。

再进一步的，所述实验舱包括中空的实验舱主体、轴向观察窗组件、观察窗组件，所述实验舱主体与所述连接主体通过螺栓组连接在一起，所述实验舱主体的操作侧和非操作侧上对称设置有径向观察用的观察窗组件；所述实验舱主体的外周面上侧设置有五个接嘴B，用于连接热电偶探头、压力传感器、光纤探头等，进行实验过程中相关信号数据的采集。所述实验舱主体左侧有大圆角，防止试验段内部产生旋涡。所述实验舱主体根据实验需要的压缩比放入不同数量不同大小的调整垫块，多个调整垫块通过螺杆和螺母固定，两个螺杆所在面与水平面呈倾斜30°布置，这样的设置可以降低螺杆对数据测量的干扰，压缩比可调范围在16-40之间，调整压缩比时根据从右往左放，先放大厚度调整垫块再放小厚度调整垫块的原则，每增加一块调整垫板压缩比增加1，其中不放入调整垫块时的压缩比为16；

所述实验舱主体的末端设置有轴向观察窗组件，包括端盖、轴向观察用有机玻璃和实验舱法兰，所述端盖通过固定螺钉C连接在所述实验舱法兰上，所述实验舱法兰与所述实验舱主体端面法兰通过螺栓组J连接，所述轴向观察用有机玻璃安装在所述实验舱法兰的中心槽内，所述轴向观察用有机玻璃与所述端盖之间设置有第一胶垫；所述实验舱法兰与所述端盖的接触面上设置有第十五O型圈，所述实验舱法兰与所述轴向观察用有机玻璃的接触面上设置有第十六O型圈，所述实验舱主体与所述实验舱法兰的压紧面上设置有第十七O型圈；所述观察窗组件包括观察窗大法兰、观察窗中间法兰、观察窗端盖、观察窗玻璃及相应的紧固件、密封件，所述观察窗大法兰焊接在所述实验舱主体上，且所述观察窗大法兰的中心孔与所述实验舱主体上的径向观察孔同轴，所述观察窗端盖和所述观察窗大法兰设置有观察窗中间法兰，所述观察窗端盖与所述观察窗中间法兰通过固定螺钉D连接后通过螺栓组I锁紧在所述观察窗大法兰上，所述观察窗玻璃安装在所述观察窗中间法兰的中心槽内，所述观察窗玻璃与所述观察窗端盖之间设置有第二胶垫，所述观察窗大法兰与所述观察窗中间法兰的接触面上设置有第十八O型圈，所述观察窗中间法兰与所述观察窗玻璃的接触面上设置有第十九O型圈。

再进一步的，所述实验舱支撑装置包括支柱、实验舱支撑板和第二滚轮，所述支柱的底板上设置有多个与底面连接的通孔，所述支柱焊接在所述实验舱支撑板底面中心，所述第二滚轮可旋转的放置在所述实验舱支撑板的U型槽内，所述第二滚轮的弧形表面与所述实验舱主体接触支撑。

再进一步的，所述高压源包括高压管本体、上端法兰盘、前端盖、后端盖、接嘴C及相应的密封件，所述高压管本体支撑放置在所述压缩管支撑装置的底板上，所述上端法兰盘焊接在所述高压管本体侧面连接孔上，所述上端法兰盘通过螺栓组与所述球阀的底面连接并通过金属缠绕垫密封，所述前端盖和所述后端盖与所述高压管本体的两端法兰盘通过螺栓组K连接，并用第二十O型圈进行密封；所述前端盖上设置有为高压源充放气用的接嘴C。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明一种燃料超临界燃烧试验设备，包括液压推动装置、尼龙堵、重活塞安装段、重活塞、压缩管、压缩管支撑装置、压缩管止推装置、重活塞止退装置、实验舱和高压源，所述液压推动装置、尼龙堵、重活塞安装段、重活塞、压缩管和重活塞止退装置和实验舱顺次排布组成一条试验线；其中压缩管支撑装置底部的钢轨轮与地上的钢轨相配合，可实现压缩管、球阀、高压源的同步移动，方便安装。压缩管止推装置的设置，提高了实验设备的安全性，确定了验设备的高度；同时压缩管支撑装置具有微调装置，可以调整压缩管的支撑高度，防止出现设备某处的弯曲应力过大的情况，间接影响实验结果。重活塞止退装置具有重活塞止退和气动缓冲双重作用，重活塞止退原理是利用高压气体将止退块推出止退槽，结合气体的可压缩性，实现止退块的进出止退槽，进而实现重活塞的止退，操作方便快捷；止退块结构设计巧妙，止退块迎合重活塞的一边是锥面，使重活塞撞击过来的时候能够顺利的将其挤回止退块槽内；气动缓冲的原理是重活塞头部经过止退块后撞击阻尼，推动阻尼往后移动，进一步压缩阻尼与连接主体阻尼处法兰组成的后环形高压空间的空气，使活塞做加速度不断增大的减速运动，直到到达极限位置，停止运动。实验段左侧有大圆角，防止试验段内部产生旋涡；实验舱内部通过增减调整垫块调节实验设备的压缩比，设备可以实现压缩比在16-40之间进行调节。压缩比直接影响着充入压缩管气体的压强，直接影响着实验的结果。多个调整垫块内***有螺杆，每侧设置有两个螺杆所在面与水平面呈倾斜30°布置，降低螺杆对数据测量的干扰。

本发明构思巧妙，布局紧凑合理，极大程度上提高了重活塞止退效率和止退过程中的安全性，降低了止退块与重活塞接触瞬间的高应力应变，延长了重活塞和止退块的使用寿命。同时设置有多块改变气体压缩比的垫块，扩展了设备的功用。应用重活塞驱动器能为燃料燃烧提供均匀的高温、高压静止气体环境，实验时间达几百毫秒，有利于对实验参数的测量。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明燃料超临界燃烧试验设备示意图；

图2为本发明液压推动装置示意图；

图3为本发明液压推动装置剖视图；

图4为本发明重活塞安装段示意图；

图5为本发明重活塞安装段剖视图；

图6为本发明压缩管示意图；

图7为本发明压缩管支撑装置示意图；

图8为本发明压缩管支撑装置主视图；

图9为本发明压缩管止推装置示意图；

图10为本发明重活塞止退装置和实验舱的主视图；

图11为本发明图10中的C-C位置剖视图的重活塞止退装置部分；

图12为本发明重活塞止退装置主剖视图；

图13为本发明图10中A-A位置剖视图；

图14为本发明实验舱主剖视图；

图15为本发明图10中B-B位置剖视图；

图16为本发明实验舱支撑装置示意图；

图17为本发明高压源结构示意图；

图18为本发明高压源主剖视图；

附图标记说明：1、液压推动装置；2、尼龙堵；3、重活塞安装段；4、压缩管；401、止退环；5、压缩管支撑装置；6、压缩管止推装置；7、重活塞止退装置；8、实验舱；9、实验舱支撑装置；10、钢轨；11、高压源；12、球阀；13、重活塞；14、金属缠绕垫；

101、后支架座；102、后支撑；103、油缸；104、油缸辅助支撑；105、定位销；106、旋转轴固定盖；107、承压板；108、固定螺钉A；109、深沟球轴承；110、活塞；111、油缸座；112、螺栓组A；

201、第一O型圈；

301、T型管套；302、中间管；303、连接法兰；304、第一进气小孔；305、第二进气小孔；306、螺栓组B；307、第二O型圈；308、第一导向带；309、第三O型圈；310、第四O型圈；311、第五O型圈；

401、止推环；402、压缩管主体；403、接嘴A；

501、钢轨轮；502、底板；503、支撑柱；504、顶板；505、转轮；506、螺杆；507、上支撑板；508、支撑座；509、盖板；510、螺栓组C；511、螺栓组D；512、锁紧圆螺母；513、支架螺栓板；514、支撑架主体；

601、止推支架座；602、止推支撑板；603、后止推板；604、聚氨酯防撞垫；605、前止推板；606、第一滚轮；607、螺栓组E；608、螺栓组F；609、螺栓组G；610、螺栓组H；

701、连接主体；702、止退块；703、隔空块；704、螺母配件；705、外壳；706、压板；707、固定螺钉B；708、阻尼；709、阻尼处法兰；710、第六O型圈；711、第七O型圈；712、第八O型圈；713、第九O型圈；714、第二导向带；715、螺杆组件；716、第十O型圈；717、第三导向带；718、第十一O型圈；719、第十二O型圈；720、第十三O型圈；721、第四导向带；722、第十四O型圈；723、第一进出气孔；724、第二进出气孔；725、第三进出气孔；726、第四进出气孔；

8-1、轴向观察窗组件；8-2、观察窗组件；801、实验舱主体；802、实验舱法兰；803、端盖；804、轴向观察用有机玻璃；805、第一胶垫；806、固定螺钉C；807、第十五O型圈；808、第十六O型圈；809、第十七O型圈；810、调整垫块；811、接嘴B；812、观察窗大法兰；813、观察窗中间法兰；814、固定螺钉D；815、观察窗端盖；816、观察窗玻璃；817、螺栓组I；818、螺杆；819、螺母；820、第十八O型圈；821、第十九O型圈；822、第二胶垫；823、螺栓组J；

901、支柱；902、实验舱支撑板；903、第二滚轮；

1101、高压管本体；1102、上端法兰盘；1103、前端盖；1104、后端盖；1105、接嘴C；1106、第二十O型圈；1107、螺栓组K；

具体实施方式

如图1-18所示，一种燃料超临界燃烧试验设备，包括液压推动装置1、尼龙堵2、重活塞安装段3、压缩管4、压缩管支撑装置5、压缩管止推装置6、重活塞止退装置7、实验舱8、实验舱支撑装置9、钢轨10、高压源11、球阀12和重活塞13，所述液压推动装置1、尼龙堵2、重活塞安装段3、重活塞13、压缩管4、重活塞止退装置7和实验舱8顺次排布组成一条试验线，所述重活塞安装段3靠近所述液压推动装置1一侧设置有所述尼龙堵2，所述重活塞安装段3的底部通过球阀12与所述高压源11连通，所述压缩管4通过两个所述压缩管支撑装置5支撑，所述压缩管支撑装置5可滑动的放置在钢轨10上，所述压缩管止推装置6安装在所述压缩管4的401止推环部分，所述高压源11设置在所述压缩管支撑装置5的底部支架上，所述重活塞止退装置7与所述实验舱8连接并通过实验舱支撑装置9支撑。

如图2、3所示，所述液压推动装置1包括后支架座101、后支撑102、油缸103、油缸辅助支撑104、定位销105、旋转轴固定盖106、承压板107、固定螺钉A108、深沟球轴承109、活塞110、油缸座111和螺栓组A112，所述后支架座101上设置有圆支架，所述后支撑102底部的旋转端穿过深沟球轴承109连接在所述圆支架内，所述后支撑102的角部设置有定位销105，所述定位销105贯穿所述后支撑102后嵌入连接在所述后支架座101的顶面防转孔内，所述后支撑102的旋转端的底面上设置有旋转轴固定盖106，所述旋转轴固定盖106通过螺钉固定在后支撑102上，所述油缸103和所述油缸座111通过螺栓组A112连接在所述后支撑102上，油缸103的前端下方搭接在所述油缸辅助支撑104上，所述油缸辅助支撑104通过所述固定螺钉A108固定在所述后支架座101的顶板上，所述油缸103内设置有活塞110且所述活塞110的端部与所述承压板107连接在一起。具体的油缸103采用25T油缸，油缸内部的活塞110头部与承压板107过盈配合连接；所述旋转轴固定盖106通过螺栓连接在所述后支撑102的底面上，深沟球轴承109的设计可以减小曲面间的摩擦；所述后支架座101的底板上设置有与地面固定连接用的通孔。

如图4、5所示，所述重活塞安装段3包括T型管套301、中间管302、连接法兰303、螺栓组B306以及相应配件，所述T型管套301与所述连接法兰303通过螺栓组B306紧固并用第四O型圈310密封；所述中间管302贯穿所述T型管套301的中心孔和连接法兰303的内孔，所述连接法兰303与中间管302的接触面设置有第二O型圈307，所述中间管302的右端设置有定位凸台，所述T型管套301的底部进出气口与所述球阀12连接并通过金属缠绕垫14密封，所述中间管302的左端与所述尼龙堵2连接并通过第一O型圈201密封，所述中间管302的右端法兰与所述压缩管4端部的法兰盘连接并通过第五O型圈311密封；所述重活塞13安装在中心管302内，所述重活塞13的左端与所述尼龙堵紧贴，所述重活塞13的周面设置有O型圈槽和导向带槽，用于安装第一导向带308和第三O型圈309。具体的，中间管302具体设置为带格栅的压缩管，连接法兰303采用开口端盖，在安装时需要格栅位于T型管套的内侧中心位置且与尼龙堵紧贴，中间管302的两侧外露的侧壁上设置有第一进气小孔304和第二进气小孔305，其中击发气体通过第一进气小孔304进入，可推动重活塞13向前移动，第二进气小孔305可用于抽真空、充气和洗气；工作时，打开球阀12，此时高压源12内的高压气体依次通过球阀12和T型管套301上的格栅进入到中间管302内部，击发气体充入推动重活塞往前移动，当309处于格栅位端时，高压源12中的气体成为推动重活塞移动的主动力；

如图6所示，所述压缩管包括止推环401、压缩管主体402、接嘴A403,所述止推环401焊接在所述压缩管主体402后端三分之一圆周上，用于定位，接嘴A403安装在所述压缩管主体402后端，用于连接通气管，进行抽真空、充气、洗气操作。

如图7、8所示，所述压缩管支撑装置5包括钢轨轮501、支撑架主体511、支架螺栓板513、转轮505、支撑座508、盖板509、螺栓组C510、螺栓组D511和锁紧圆螺母512，所述支撑架主体511由底板502、支撑柱503和顶板504焊接而成，所述螺杆506焊接在所述上支撑板507的底面中心组成一体结构的支架螺栓板513。所述钢轨轮501连接在所述底板502上且与所述钢轨10的位置相匹配，所述转轮505与所述锁紧圆螺母510连接在所述顶板506的中心孔上，所述上支撑板507通过所述螺杆506连接在所述螺杆505上且位于顶板504的上下两面，所述支撑座508通过螺栓组C510连接在所述上支撑板507上，所述盖板509扣合连接在所述压缩管4上并与所述支撑座508通过螺栓组D511连接紧固，所述盖板509与所述支撑座508形成支撑压缩管4用的圆形固定孔；具体的，转轮505、螺杆506和锁紧圆螺母512组成一组微调装置，通过旋转转轮505调节上支撑板507的高低，调整好高度后拧紧锁紧圆螺母512锁死。

如图9所示，所述压缩管止推装置6包括止推支架座601、止推支撑板602、后止推板603、聚氨酯防撞垫604、前止推板605、第一滚轮606、螺栓组E607、螺栓组F608和螺栓组G609，所述止推支撑板602通过螺栓组E607安装在所述止推支架座601的顶面上，所述后止推板603为上下两块且侧耳通过螺栓组F608固定在一起，所述聚氨酯防撞垫604为上下两块且位于所述前止推板603和后止推板606之间，所述前止推板605为左右两块且侧耳通过螺栓组G609连接在一起。所述前止推板605与所述止推环401抵接限位，所述止推环401焊接固定连接在所述压缩管4末端的三分之一的周面上，所述前止推板605、聚氨酯防撞垫604和后止推板603通过螺栓组H610连接在所述止推支撑板602上，所述止推支撑板602上设置有放置第一滚轮606的U型口，两个并排的第一滚轮606起到辅助支撑压缩管4的作用；具体的，止推支撑板602顶部设计为U型口形状，用于放置压缩管4，后止推板603、聚氨酯防撞垫604和前止推板605各自的两部分可围成与压缩管4外径同样大小的圆孔，方便安装，后止推板603和前止推板605两部分用螺栓组F608连接可以有效提高了整体刚度，所述聚氨酯防撞垫604起到缓冲减震的作用。前止推板605可防止止推环401直接作用于聚氨酯防撞垫604，提高了聚氨酯防撞垫604的使用寿命。

如图10、11、12、13所示，所述重活塞止退装置7包括中空的连接主体701、止退块702、隔空块703、螺母配件704、外壳705、压板706、固定螺钉B707、阻尼708、阻尼处法兰709、螺杆组件715以及相关紧密件、导向件，两个T字形的所述止退块702通过隔空块703对称安装在所述连接主体701上，所述止退块702的连接端贯穿所述隔空块703后通过螺母配件704锁紧，所述外壳705套在隔空块703上并用固定螺钉B707拧紧，所述两侧的压板706压紧在所述外壳705上，并通过螺杆组件715紧固；所述连接主体701与所述外壳705的压紧面上设置有第六O型圈710，所述连接主体701与止退块702配合的内孔面上设置有第七O型圈711，所述止退块702与所述隔空块703的压紧面上设置有第八O型圈712，所述隔空块703与所述外壳705的配合面上设置有第九O型圈713和第二导向带714；各连接处的O型圈起到密封的作用，导向带主要应用于有相对运动的零件之间起导向的作用。具体的，实验前需通过第三进气口725为外壳705两侧外气室内充入高压气体，将止退块702推出止退槽，当重活塞13通过重活塞止退装置7时，重活塞13头部的倒角将止退块702向两侧挤压进连接主体701上的止退槽内，此时隔空块703外侧气室压力增大，重活塞13头部通过止退块后，当头部撞击到阻尼708并到达极限位置时，重活塞13前段的止退环槽经过止退块702处，止退块702在外气室高压作用下自动弹出，卡到止退环槽内，从而将重活塞13锁死，防止实验舱8处的高压气体将重活塞反推回来，起到止退的作用，同时延长了有效数据采集时间。实验后在重活塞13复位的操作中需要通过第三进出气口725放气，给第四进出气口726通气使隔空块703和止退块702往外侧移动，最终退回到所述连接主体701的止退槽内。

所述连接主体701靠近所述实验舱的一端设置有阻尼708，所述阻尼708通安装在所述连接主体701的内孔中，所述阻尼处法兰709***到所述阻尼708的内孔中，所述连接主体701与所述阻尼708接触的内孔面上设置有第十O型圈716，所述阻尼708与所述连接主体701接触的外周面上设置有第三导向带717和、第十一O型圈718，所述阻尼处法兰709与所述阻尼708接触的外周面上设置有第四导向带721和第十四O型圈722，所述阻尼处法兰709与所述连接主体701和实验舱主体801的接触面上分别设置有第十二O型圈719和第十三O型圈720。具体的，所述连接主体701上设置有第一进出气孔723和第二进出气孔724，所述第一进出气孔723和第二进出气孔724与阻尼708相对应，且分别位于阻尼708中心台阶面的两侧，用于人为控制阻尼的位置，而实验时，需通过第二进出气孔724充一定压力的气体使阻尼后退，远离阻尼处法兰722的法兰面，重活塞13通过重活塞止退装置7时会撞击到阻尼708端面做加速度越来越大的减速运动直至到达极限位置停止。在拆卸阻尼处法兰709时，利利用螺钉和阻尼处法兰709的螺纹孔将阻尼处法兰709顶出，再利用套管起拔技术将阻尼708拔出。

如图10、14、15所示，所述实验舱8包括中空的实验舱主体801、轴向观察窗组件8-1、观察窗组件8-2，所述实验舱主体801与所述连接主体701通过螺栓组连接在一起，所述实验舱主体801的操作侧和非操作侧上对称设置有径向观察用的观察窗组件；所述实验舱主体801的外周面上侧设置有多个接嘴B811，所述实验舱主体801左侧有大圆角，防止试验段内部产生旋涡。具体的，本实施例中安装有五个接嘴B811且位于同一个横截面上，所述接嘴B811用于连接热电偶探头、压力传感器、光纤探头等，用于实验过程中相关信号参数的测定和传递。工作时，实验舱内根据实验需要的压缩比放入不同数量不同大小的调整垫块810，多个调整垫块810内***有螺杆818，每侧设置有两个螺杆818所在面与水平面呈倾斜30°布置，这样的设置可以降低螺杆818对数据测量的干扰，压缩比可调范围在16-40之间，调整压缩比时根据从右往左放，先放大厚度调整垫块再放小厚度调整垫块的原则，每增加一块调整垫板压缩比增加1，其中不放入调整垫块时的压缩比为16，当如图14所示填满24块时压缩比调整为40。

所述实验舱主体801的末端设置有轴向观察窗组件8-1，包括端盖803、轴向观察用有机玻璃804和实验舱法兰802，所述端盖803通过固定螺钉C806连接在所述实验舱法兰802上，所述实验舱法兰802与所述实验舱主体801端面法兰通过螺栓组J823连接，所述轴向观察用有机玻璃804安装在所述实验舱法兰802的中心槽内，所述轴向观察用有机玻璃804与所述端盖803之间设置有第一胶垫805；所述实验舱法兰802与所述端盖803的接触面上设置有第十五O型圈807，所述实验舱法兰802与所述轴向观察用有机玻璃804的接触面上设置有第十六O型圈808，所述实验舱主体801与所述实验舱法兰802的压紧面上设置有第十七O型圈809；所述观察窗组件8-2包括观察窗大法兰812、观察窗中间法兰813、观察窗端盖815、观察窗玻璃816及相应的紧固件、密封件，所述观察窗大法兰812焊接在所述实验舱主体801上，且所述观察窗大法兰812的中心孔与所述实验舱主体801上的径向观察孔同轴，所述观察窗端盖815和所述观察窗大法兰812设置有观察窗中间法兰813，所述观察窗端盖815与所述观察窗中间法兰813通过固定螺钉D814连接后通过螺栓组I817锁紧在所述观察窗大法兰812上，所述观察窗玻璃816安装在所述观察窗中间法兰813的中心槽内，所述观察窗玻璃816与所述观察窗端盖815之间设置有第二胶垫822，所述观察窗大法兰812与所述观察窗中间法兰813的接触面上设置有第十八O型圈820，所述观察窗中间法兰813与所述观察窗玻璃816的接触面上设置有第十九O型圈821。具体的，所述第一胶垫805、第二胶垫822和零件配合面上多个O型圈的设计，有效的保证了实验舱的密封性，有利于形成高压封闭空间，此外第一胶垫805、第二胶垫822还有减震的作用，避免观察窗玻璃震碎。

如图16所示，所述实验舱支撑装置9包括支柱901、实验舱支撑板902和第二滚轮903，所述支柱901的底板上设置有多个与底面连接的通孔，所述支柱901焊接在所述实验舱支撑板902底面中心，所述第二滚轮903可旋转的放置在所述实验舱支撑板902的U型槽内，所述第二滚轮903的弧形表面与所述实验舱主体801接触支撑。实验舱支撑装置9的设计与压缩管止推装置6中放置压缩管的U型槽圆弧中心高度保持一致，防止因一端过重而影响设备使用寿命。

如图17、18所示，所述高压源11包括高压管本体1101、上端法兰盘1102、前端盖1103、后端盖1104、接嘴C1105及相应的密封件，所述高压管本体1101支撑放置在所述压缩管支撑装置5的底板502上，所述上端法兰盘1102焊接在所述高压管本体1101侧面连接孔上，所述上端法兰盘1102通过螺栓组与所述球阀12的底面连接并通过金属缠绕垫14密封，所述前端盖1103和所述后端盖1104与所述高压管本体1101的两端法兰盘通过螺栓组K1107连接，并用第二十O型圈1106进行密封。具体的，前端盖1103上设置有接嘴C1105，用来连接通气口，为高压源通入高压气体，通过控制球阀12的开关控制高压源11给重活塞安装段3进行供气。

本发明的工作过程如下：

首先，工作时将重活塞13从左端放入，通过油缸103将重活塞13顶进到中间管302内，然后将尼龙堵2用同样的方式顶进中间管302的左侧中心孔内，使尼龙堵2的端面和压缩管4的左侧压紧。为确保压紧，需要在压缩管上的接嘴A充入高压气体后再放空气体。在重活塞止退装置7的第三进气口725为外壳705两侧外气室内充入高压气体，将止退块702推出止退槽；在重活塞止退装置7的第二进出气孔724充一定压力的气体使阻尼708后退，远离阻尼处法兰722的法兰面；在实验舱主体801内放置悬挂液滴的支杆，之后需要将重活塞13两端的压缩管4内都要抽真空处理，然后通过中间管302或压缩管4的接嘴A403的一段内通入预混气体，并进行洗气，实验准备工作完成。

实验时，先打开球阀12的开关，使高压源11为压缩管的重活塞安装段3供气，此时高压管本体1101、球阀12、重活塞安装段3、重活塞13构成一个高压密闭空间；再通过重活塞安装段左侧的第一进气小孔304充入与高压源等压的高压气，推动重活塞13往前移动，当重活塞的左侧的第三O型圈309通过中间管302上的格栅的时，高压源11与重活塞13左侧空间构成新的高压密闭空间，以恒压推动重活塞13高速向右侧移动，当重活塞13通过重活塞止退装置7时，重活塞13头部的倒角将止退块702向外挤压进连接主体701上的止退块槽内，此时外壳706两侧外气室压力增大，止退块702的圆弧端面与重活塞13摩擦滑动，重活塞13头部通过止退块702后，头部撞击到阻尼708后一起向前移动，直至到达迹线位置停止，重活塞13上的止退环槽与止退块702对齐，两个对称布置的止退块702在外气室压力作用下自动弹出止退槽，卡到重活塞13的止退环槽内，从而对重活塞13形成锁死定位，防止实验舱处的高压气体将重活塞反推回来，达到重活塞13止退的目的。此过程中悬挂液滴将会发生燃烧反应。本发明试验设备工作原理主要是重活塞13对气体进行近似绝热等熵压缩，重活塞13的机械能以较高的效率转换为被压缩气体的内能，提高了气体温度和压力，从而实现实验舱8内的高温高压环境。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：包括液压推动装置(1)、尼龙堵(2)、重活塞安装段(3)、压缩管(4)、压缩管支撑装置(5)、压缩管止推装置(6)、重活塞止退装置(7)、实验舱(8)、实验舱支撑装置(9)、钢轨(10)、高压源(11)、球阀(12)和重活塞(13)，所述液压推动装置(1)、尼龙堵(2)、重活塞安装段(3)、重活塞(13)、压缩管(4)、重活塞止退装置(7)和实验舱(8)顺次排布组成一条试验线，所述重活塞安装段(3)靠近所述液压推动装置(1)一侧设置有所述尼龙堵(2)，所述重活塞安装段(3)的底部通过球阀(12)与所述高压源(11)连通，所述压缩管(4)通过两个所述压缩管支撑装置(5)支撑，所述压缩管支撑装置(5)可滑动的放置在钢轨(10)上，所述压缩管止推装置(6) 安装在所述压缩管(4)的止推环(401)部分，所述高压源(11)设置在所述压缩管支撑装置(5)的底部支架上，所述重活塞止退装置(7)与所述实验舱(8)连接并通过实验舱支撑装置(9)支撑；

所述重活塞止退装置(7)包括中空的连接主体(701)、止退块(702)、隔空块(703)、螺母配件(704)、外壳(705)、压板(706)、固定螺钉B(707)、阻尼(708)、阻尼处法兰(709)、螺杆组件(715)以及相关紧密件、导向件，所述止退块(702)呈T字形，通过隔空块(703)对称安装在所述连接主体(701)上并通过螺母配件(704)锁紧，所述外壳(705)套在隔空块(703)上并用固定螺钉B(707)拧紧，两侧的所述压板(706)压紧在所述外壳(705)的两侧上，并通过螺杆组件(715)紧固；所述连接主体(701)与所述外壳(705)的压紧面上设置有第六O型圈(710)，所述连接主体(701)与止退块(702)配合的内孔面上设置有第七O型圈(711)，所述止退块(702)与所述隔空块(703)的压紧面上设置有第八O型圈(712)，所述隔空块(703) 与所述外壳(705)的配合面上设置有第九O型圈(713)和第二导向带(714)；

所述连接主体(701)靠近所述实验舱(8)的一端设置有阻尼(708)，所述阻尼(708)安装在所述连接主体(701)的内孔中，所述阻尼处法兰(709)***到所述阻尼(708)的内孔中，所述连接主体(701)与所述阻尼(708)接触的内孔面上设置有第十O型圈(716)，所述阻尼(708)与所述连接主体(701)接触的外周面上设置有第三导向带(717)和第十一O型圈(718)，所述阻尼处法兰(709)与所述阻尼(708)接触的外周面上设置有第四导向带(721)和第十四O型圈(722)，所述阻尼处法兰(709)与所述连接主体(701)和实验舱主体(801)的接触面上分别设置有第十二O型圈(719)和第十三O型圈(720)，所述连接主体(701)上设置有第一进出气孔(723)和第二进出气孔(724)，所述第一进出气孔(723)和第二进出气孔(724)与阻尼(708)相对应，且分别位于阻尼(708)中心台阶面的两侧，所述阻尼处法兰(709)设置有螺纹孔，利用螺钉将阻尼处法兰(709)顶出，再利用套管起拔技术将阻尼(708)拔出。

2.根据权利要求1所述的燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：所述液压推动装置(1)包括后支架座(101)、后支撑(102)、油缸(103)、油缸辅助支撑(104)、定位销(105)、旋转轴固定盖(106)、承压板(107)、固定螺钉A(108)、深沟球轴承(109)、活塞(110)、油缸座(111)和螺栓组A(112)，所述后支架座(101) 上设置有圆支架，所述后支撑(102)底部的旋转端穿过深沟球轴承(109)连接在所述圆支架内，所述后支撑(102)的角部设置有定位销(105)，所述定位销(105)贯穿所述后支撑(102)后嵌入连接在所述后支架座(101)的顶面防转孔内，所述后支撑(102)的旋转端的底面上设置有旋转轴固定盖(106)，所述旋转轴固定盖(106)通过螺钉固定在后支撑(102)上，所述油缸(103)和所述油缸座(111)通过螺栓组A(112) 连接在所述后支撑(102)上，油缸(103)的前端下方搭接在所述油缸辅助支撑(104)上，所述油缸(103)内部活塞(110)头部与承压板(107)过盈配合连接；所述油缸辅助支撑(104)通过所述固定螺钉A(108)固定在所述后支架座(101)的顶板上，所述油缸(103)内设置有活塞(110)且所述活塞(110)的端部与所述承压板(107)连接在一起；所述旋转轴固定盖(106)通过螺栓连接在所述后支撑(102)的底面上，所述后支架座(101)的底板上设置有与地面固定连接用的通孔。

3.根据权利要求1所述的燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：所述重活塞安装段(3)包括T型管套(301)、中间管(302)、连接法兰(303)、螺栓组B(306)以及相应配件，所述T型管套(301)与所述连接法兰(303)通过螺栓组B(306)紧固并用第四O型圈密封(310)；所述中间管(302)贯穿所述T型管套(301)的中心孔和连接法兰(303)的内孔，所述连接法兰(303)与中间管(302)的接触面设置有第二O型圈(307)，所述中间管(302)的中间为格栅段，实现中间管(302)与T型管套(301)的空气连通，所述中间管(302)设置有用于充入击发气体的第一进气小孔(304)和用于抽真空、充气、洗气的第二进气小孔(305)，所述中间管(302)的右端设置有定位凸台，所述定位凸台上安装有连接法兰(303)，所述T型管套(301)的底部进出气口与所述球阀(12)连接并通过金属缠绕垫(14)密封，所述中间管(302)的左端与所述尼龙堵(2)连接并通过第一O型圈密封(201)，所述中间管(302)的右端法兰与所述压缩管(4)端部的法兰盘连接并通过第五O型圈密封(311)；所述重活塞(13)安装在中心管内，所述重活塞(13)的左端与所述尼龙堵(2)紧贴，所述重活塞(13)的周面设置有O型圈槽和导向带槽，所述导向带槽和O型圈槽内安装有第一导向带(308)和第三O型圈(309)。

4.根据权利要求1所述的燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：所述压缩管(4)包括止推环(401)、压缩管主体、接嘴A(403),所述止推环(401)焊接在所述压缩管主体(402)后端三分之一圆周上，用于定位，接嘴A(403)安装在所述压缩管主体(402)末端。

5.根据权利要求4所述的燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：所述压缩管支撑装置(5)包括钢轨轮(501)、支撑架主体(514)、支架螺栓板(513)、转轮(505)、螺杆(506)、上支撑板(507)、支撑座(508)、盖板(509)、螺栓组C(510)、螺栓组D(511)和锁紧圆螺母(512)，所述支撑架主体(514)由底板(502)、支撑柱(503)和顶板(504)焊接而成，所述螺杆(506)焊接在所述上支撑板(507)的底面中心组成一体结构的支架螺栓板(513)；所述钢轨轮(501)连接在所述底板(502)上且与所述钢轨(10)的位置相匹配，所述转轮(505)与所述锁紧圆螺母(512)连接在所述顶板(504)的中心孔上，且位于顶板(504)的上下两面，所述支撑座(508)通过螺栓组C(510)连接在所述上支撑板(507)上，所述盖板(509)扣合连接在所述压缩管(4)上并与所述支撑座(508)通过螺栓组D(511)连接紧固，所述盖板(509)与所述支撑座(508)形成支撑压缩管(4)用的圆形固定孔；转轮(505)、螺杆(506)和锁紧圆螺母(512)组成一组微调装置，通过旋转转轮(505)调节上支撑板(507)的高低，调整好高度后拧紧锁紧圆螺母(512)锁死。

6.根据权利要求4所述的燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：所述压缩管止推装置(6)包括止推支架座(601)、止推支撑板(602)、后止推板(603)、聚氨酯防撞垫(604)、前止推板(605)、第一滚轮(606)、螺栓组E(607)、螺栓组F(608)、螺栓组G(609)和螺栓组H(610)，所述后止推板(603)、聚氨酯防撞垫(604)和前止推板(605)各自的两部分可围成与压缩管(4)外径同样大小的圆孔，方便安装，所述止推支撑板(602)通过螺栓组E(607)安装在所述止推支架座(601)的顶面上，所述后止推板(603)为上下两块且侧耳通过螺栓组F(608)固定在一起，所述聚氨酯防撞垫(604)为上下两块且位于所述前止推板(605)和后止推板(603)之间，所述前止推板为左右两块且侧耳通过螺栓组G(609)连接在一起；所述前止推板(605)与所述止推环(401)抵接限位，所述前止推板(605)、聚氨酯防撞垫(604)和后止推板(603)通过螺栓组H(610)连接在所述止推支撑板(602)上，所述止推支撑板(602)上设置有放置第一滚轮(606)的U型口，所述止推支撑板(602)顶部设计为U型口形状。

7.根据权利要求1所述的燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：所述实验舱(8)包括中空的实验舱主体(801)、轴向观察窗组件(8-1)、观察窗组件(8-2)，所述实验舱主体(801)与所述连接主体(701)通过螺栓组连接在一起，所述实验舱主体(801)的操作侧和非操作侧上对称设置有径向观察用的观察窗组件(8-2)；所述实验舱主体(801)的外周面上侧设置有五个接嘴B(811)，用于连接热电偶探头、压力传感器、光纤探头，进行实验过程中相关信号数据的采集；所述实验舱主体(801)左侧有大圆角，防止试验段内部产生旋涡；所述实验舱主体(801)根据实验需要的压缩比放入不同数量不同大小的调整垫块(810)，多个调整垫块(810)通过螺杆(818)和螺母(819)固定，两个螺杆(818)所在面与水平面呈倾斜30°布置，这样的设置可以降低螺杆(818)对数据测量的干扰，压缩比可调范围在16-40之间，调整压缩比时根据从右往左放，先放大厚度调整垫块(810)再放小厚度调整垫块(810)的原则，每增加一块调整垫块(810)压缩比增加1，其中不放入调整垫块(810)时的压缩比为16；

所述实验舱主体(801)的末端设置有轴向观察窗组件(8-1)，包括端盖(803)、轴向观察用有机玻璃(804)和实验舱法兰(802)，所述端盖(803)通过固定螺钉C(806)连接在所述实验舱法兰(802)上，所述实验舱法兰(802)与所述实验舱主体(801)端面法兰通过螺栓组J(823)连接，所述轴向观察用有机玻璃(804)安装在所述实验舱法兰(802)的中心槽内，所述轴向观察用有机玻璃(804)与所述端盖(803)之间设置有第一胶垫(805)；所述实验舱法兰(802)与所述端盖(803)的接触面上设置有第十五O型圈(807)，所述实验舱法兰(802)与所述轴向观察用有机玻璃(804)的接触面上设置有第十六O型圈(808)，所述实验舱主体(801)与所述实验舱法兰(802)的压紧面上设置有第十七O型圈(809)；所述观察窗组件(8-2)包括观察窗大法兰(812)、观察窗中间法兰(813)、观察窗端盖(815)、观察窗玻璃(816)及相应的紧固件、密封件，所述观察窗大法兰(812)焊接在所述实验舱主体(801)上，且所述观察窗大法兰(812)的中心孔与所述实验舱主体(801)上的径向观察孔同轴，所述观察窗端盖(815)和所述观察窗大法兰(812)设置有观察窗中间法兰(813)，所述观察窗端盖(815)与所述观察窗中间法兰(813)通过固定螺钉D(814)连接后通过螺栓组I(817)锁紧在所述观察窗大法兰(812)上，所述观察窗玻璃(816)安装在所述观察窗中间法兰(813)的中心槽内，所述观察窗玻璃(816)与所述观察窗端盖(815)之间设置有第二胶垫(822)，所述观察窗大法兰(812)与所述观察窗中间法兰(813)的接触面上设置有第十八O型圈(820)，所述观察窗中间法兰(813)与所述观察窗玻璃(816)的接触面上设置有第十九O型圈(821)。

8.根据权利要求7所述的燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：所述实验舱支撑装置(9)包括支柱(901)、实验舱支撑板(902)和第二滚轮(903)，所述支柱(901)的底板上设置有多个与底面连接的通孔，所述支柱(901)焊接在所述实验舱支撑板(902)底面中心，所述第二滚轮(903)可旋转的放置在所述实验舱支撑板(902)的U型槽内，所述第二滚轮(903)的弧形表面与所述实验舱主体(801)接触支撑。

9.根据权利要求4所述的燃料超临界燃烧试验设备，其特征在于：所述高压源(11)包括高压管本体(1101)、上端法兰盘(1102)、前端盖(1103)、后端盖(1104)、接嘴C(1105)及相应的密封件，所述高压管本体(1101)放置在所述压缩管支撑装置(5)的底板上，所述上端法兰盘(1102)焊接在所述高压管本体(1101)侧面连接孔上，所述上端法兰盘(1102)通过螺栓组与所述球阀(12)的底面连接并通过金属缠绕垫(14)密封，所述前端盖(1103)和所述后端盖(1104)与所述高压管本体(1101)的两端法兰盘通过螺栓组K(1107)连接，并用第二十O型圈(1106)进行密封；所述前端盖(1103)上设置有为高压源充放气用的接嘴C(1105)。

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