本發(fā)明提出了一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置，屬于熱力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、定容燃燒彈內(nèi)部保溫技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機(jī)的高效清潔燃燒對(duì)于整個(gè)社會(huì)的節(jié)能和環(huán)保具有重要意義。內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中，活塞將要抵達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，以及此后的一段時(shí)間內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部類似進(jìn)行定容燃燒，此階段也是內(nèi)燃機(jī)整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中最為重要的階段，因?yàn)槿剂洗蟛糠值撵F化和燃燒過(guò)程都在此階段中。定容燃燒彈(以下簡(jiǎn)稱容彈)就是模擬內(nèi)燃機(jī)這一近似定容燃燒過(guò)程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是內(nèi)燃機(jī)研發(fā)的有力工具。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，內(nèi)部火焰溫度達(dá)到2000℃以上，壓力達(dá)到100bar以上，因此容彈內(nèi)部必須建立高溫高壓的環(huán)境氛圍，這會(huì)使容彈內(nèi)部和彈體外部的環(huán)境之間形成了巨大溫差。為了保持彈體內(nèi)部的工作溫度，彌補(bǔ)散熱損失，需要提高加熱功率，這會(huì)給加熱裝置帶來(lái)較大的熱負(fù)荷，降低使用壽命。而且較大的散熱會(huì)導(dǎo)致容彈壁面溫度上升，彈體機(jī)械性能下降，影響設(shè)備的安全性能。所以，目前無(wú)論是方形容彈、球形容彈、圓柱形容彈、三角形容彈、八角球形容彈等等，都需要采用保溫技術(shù)，來(lái)減少此項(xiàng)熱損失。

目前，容彈的保溫技術(shù)大致可以分成兩類——外部保溫技術(shù)和內(nèi)部保溫技術(shù)。所謂外部保溫技術(shù)就是在容彈外表面處采取的保溫措施。如在容彈外表面，包裹石膏或者陶瓷纖維紙作為保溫層，減緩溫度散失的速度。所謂的內(nèi)保溫就是在容彈內(nèi)壁表面采取的保溫措施。目前，一般使用多層陶瓷纖維紙，圈繞成圓筒形，緊貼容彈內(nèi)壁放置，以起到保溫效果，但一般只能用于內(nèi)部規(guī)則表面。

綜合比較，在容彈外部鋪設(shè)保溫層簡(jiǎn)單宜行，但會(huì)造成容彈本體的溫度很高，給密封件的壽命和容彈本體強(qiáng)度帶來(lái)不利的影響。而且，外部保溫層的保溫效果要遠(yuǎn)低于內(nèi)部保溫層。容彈內(nèi)部鋪設(shè)保溫層效果雖然好，但容彈內(nèi)壁上往往要預(yù)留各種傳感器的安裝孔、加熱器的電極孔以及容彈視窗孔，再加上不同形狀的容彈內(nèi)壁上往往存在許多不規(guī)則的表面，這些因素都大大增加了內(nèi)部鋪設(shè)保溫層的難度和成本。目前，絕大多數(shù)容彈，為了避免上述困難，都不在傳感器的安裝孔、加熱器的電極孔以及容彈視窗孔處布置保溫層，而這些地方的熱損失往往能夠占到總體的一半以上。因此尋找一種簡(jiǎn)單有效的容彈內(nèi)部保溫方法對(duì)提高容彈性能具有重要意義。

本申請(qǐng)致力于克服上述容彈內(nèi)保溫存在的保溫層布置困難以及不同容彈內(nèi)壁形狀之間通用性差的問(wèn)題，旨在提出一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)目前容彈內(nèi)部無(wú)法方便有效地布置保溫層，容彈的散熱損失較大，尤其是在不規(guī)則表面、傳感器孔以及容彈視窗孔處布置保溫層極其困難，無(wú)法有效減緩散熱的普遍問(wèn)題，提出一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置。

本發(fā)明提出的一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置所依托的容彈包括噴油器，并配有傳感器孔、容彈視窗孔和保溫陶瓷纖維圈；

其中，所依托的容彈可以是方形容彈、球形容彈、圓柱形容彈、三角形容彈、八角球形容彈；配有的傳感器孔是為安裝各種容彈加熱器的電極或者溫度、壓力傳感器而預(yù)留的安裝孔；

一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置，簡(jiǎn)稱本裝置包括空腔氣室、氣壓平衡孔、預(yù)留傳感器拼接孔、預(yù)留視窗拼接孔和拼接焊縫；

其中，空腔氣室可以為A型空腔氣室、B型空腔氣室；

其中，所述的空腔氣室可以用薄鐵片制成，空腔氣室由左側(cè)面、右側(cè)面、上端面、下端面、主視面五個(gè)基本面以及視窗孔隔斷曲面和傳感器孔隔斷曲面兩個(gè)輔助面組成；

左側(cè)面、右側(cè)面、上端面、下端面的一條邊分別與主視面外緣相接并且折成一定的角度，分別為α_左側(cè)、α_右側(cè)、β_上端、β_下端，取值范圍均為0°～180°，且左側(cè)面、右側(cè)面、上端面、下端面都位于主視面的同一側(cè)；所述空腔氣室的左側(cè)面、右側(cè)面、上端面、下端面的另一條邊，分別貼合容彈內(nèi)壁，并焊接固定在容彈內(nèi)壁上面；空腔氣室中上端面、下端面，與水平面的夾角大小為β’，β’與β互補(bǔ)，上端面位置最高，下端面位置最低；左側(cè)面和右側(cè)面所在的平面都通過(guò)容彈的豎直中心線；空腔氣室的每個(gè)面依據(jù)容彈內(nèi)部的曲面結(jié)構(gòu)和壁面形狀，制成與之相匹配的形狀：其中，主視面的形狀與空腔氣室所包圍的容彈內(nèi)壁面相似，且正對(duì)著容彈內(nèi)部；主視面與其所覆蓋的容彈內(nèi)壁的距離為r，容彈內(nèi)壁距容彈中心線的距離為R，距離比其中的取值范圍為0～0.75；

其中，下端面中心處開設(shè)有一個(gè)通孔，稱為氣壓平衡孔，此氣壓平衡孔貫穿下端面，使得空腔氣室和容彈內(nèi)部相通；氣壓平衡孔的形狀不受限制，可以是圓孔也可是方孔等多邊形孔口；氣壓平衡孔的面積為m，下端面的面積為M，面積比C_t＝m/M，其中C_t的取值范圍為0～0.45；

其中，預(yù)留傳感器拼接孔和預(yù)留視窗拼接孔均位于兩個(gè)空腔氣室的連接處，分別依據(jù)傳感器孔和容彈視窗孔的大小和形狀由兩個(gè)相鄰空腔氣室的左右側(cè)面向內(nèi)凹陷，分別形成與傳感器孔和容彈視窗孔曲率相似的傳感器孔隔斷曲面和視窗孔隔斷曲面；兩相鄰空腔氣室拼接在一起后，各自側(cè)面上的視窗孔隔斷曲面位置相對(duì)應(yīng)，從而拼出與視窗孔同軸心，且直徑略大的預(yù)留視窗拼接孔；與此同時(shí)，各自側(cè)面上的傳感器孔隔斷曲面位置也相對(duì)應(yīng)，從而拼出與傳感器孔同軸心，且直徑略大的預(yù)留傳感器拼接孔；進(jìn)一步，焊接相鄰氣室的連接處和氣室與容彈內(nèi)壁的相接處，形成拼接焊縫；

所述的五個(gè)基本面可以事先用薄鐵片分別切割，然后焊接在一起；或者由一塊薄鐵片裁剪出氣室的展開形狀再折疊，形成各個(gè)氣室面；最后統(tǒng)一焊接于容彈內(nèi)壁上；容彈內(nèi)壁可以由多個(gè)空腔氣室焊接成一層保溫鎧甲，此多個(gè)空腔氣室通過(guò)逐一焊接，在容彈內(nèi)部形成類似鎧甲狀的氣室保溫層；相鄰氣室之間的空隙處，可以用于布置各種傳感器孔和容彈視窗孔；

多個(gè)空腔氣室之間依據(jù)傳感器孔和容彈視窗孔的數(shù)量和形狀，預(yù)留相應(yīng)的內(nèi)陷的空間，為形成預(yù)留傳感器拼接孔、預(yù)留視窗拼接孔做準(zhǔn)備；且內(nèi)陷所形成的視窗孔隔斷曲面和傳感器孔隔斷曲面要與容彈內(nèi)壁緊密焊接固定；

其中，空腔氣室數(shù)量的選取原則為：1)每個(gè)空腔氣室所覆蓋的容彈內(nèi)表面盡量大；2)相鄰空腔氣室間的間隙盡量??；3)不能遮擋傳感器孔與容彈視窗口的光學(xué)通路，構(gòu)建盡量少的空腔氣室；

一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置的連接關(guān)系如下：

空腔氣室的左側(cè)面直接與上端面和下端面相連，與右側(cè)面相對(duì)；右側(cè)面與上端面和下端面直接相連；其中空腔氣室的上端面、下端面、右側(cè)面、左側(cè)面上遠(yuǎn)離主視面的那條邊分別焊接于容彈內(nèi)壁面上，而實(shí)現(xiàn)空腔氣室除主視面之外其他各組成面的密封與固定；

一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置中氣壓平衡孔的功能是為了實(shí)現(xiàn)空腔氣室和容彈內(nèi)部高溫氣體的相對(duì)平衡，從而在空腔氣室中形成近似靜止的氣體層以及保持空腔氣室的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具體體現(xiàn)在：

一方面，空腔氣室的各個(gè)組成面阻止了容彈內(nèi)的高溫氣體進(jìn)入空腔氣室中，與空腔氣室所覆蓋的容彈內(nèi)壁面形成對(duì)流換熱。而氣壓平衡孔的存在，空腔氣室內(nèi)外壓力相同，從而阻止容彈內(nèi)高溫氣體進(jìn)一步流入空腔氣室中，使空腔氣室內(nèi)形成近似于靜止的氣體層，而這些氣體層又將阻止容彈內(nèi)的熱量向外散失，從而起到氣體保溫層的功能；

另一方面，氣壓平衡孔使得空腔氣室內(nèi)與容彈內(nèi)部的大空間相連通，使得空腔氣室內(nèi)部壓力與容彈內(nèi)部壓力相等，實(shí)現(xiàn)壓力平衡，從而使空腔氣室的結(jié)構(gòu)不被破壞；

此外，由于氣壓平衡孔開在空腔氣室下端面上，遠(yuǎn)離噴油器，從而可以避免氣壓平衡孔被污油堵塞。

有益效果

本發(fā)明提出了一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置，方便布置于容彈內(nèi)部，尤其適合布置在傳感器孔以及容彈視窗孔等傳統(tǒng)保溫層難以布置的位置；

(2)本發(fā)明一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置的隔熱保溫方式與傳統(tǒng)隔熱保溫方式相比，本發(fā)明提出的隔熱裝置原理新穎，具體為：本發(fā)明采用的空腔氣室起到了隔熱保溫效果，使得同樣的氣體和容彈內(nèi)壁面上傳遞熱量方式為導(dǎo)熱，而此種導(dǎo)熱方式的熱傳導(dǎo)系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的對(duì)流換熱方式，即：由于空腔氣室內(nèi)部的氣體近似靜止，使得空腔氣室內(nèi)部與容彈內(nèi)部的熱量傳遞方式為導(dǎo)熱，而導(dǎo)熱方式傳遞的熱量要比沒(méi)有布置空腔氣室的對(duì)流換熱方式，在同等條件下，傳遞的熱量要少的多。最終使從容彈內(nèi)部到容彈外部環(huán)境這一完整傳熱路徑上的傳熱量很小，從而起到了良好的保溫作用；

(3)本發(fā)明一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置中的多個(gè)空腔氣室的選取避免了相鄰空腔氣室間的空隙處散熱過(guò)多的問(wèn)題；具體通過(guò)如下選取原則實(shí)現(xiàn)：1)每個(gè)空腔氣室所覆蓋的容彈內(nèi)表面盡量大；2)相鄰空腔氣室間的間隙盡量?。?)不影響傳感器孔與容彈視窗口的光學(xué)通路，構(gòu)建盡量少的空腔氣室；

(4)本發(fā)明一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置的空腔氣室內(nèi)和容彈大環(huán)境之間可以形成一種動(dòng)態(tài)壓力和溫度平衡，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)保溫效果，具體體現(xiàn)為：

由理想氣體狀態(tài)方程pv＝nRT可知，如果空腔氣室內(nèi)的高溫氣體的溫度值由于容彈壁的導(dǎo)熱而降低，則容彈內(nèi)的壓力也會(huì)同時(shí)降低，從而使容彈內(nèi)大環(huán)境中新鮮的高溫氣體重新涌入替換，空腔氣室內(nèi)和容彈大環(huán)境之間形成了一種動(dòng)態(tài)的溫度平衡，而由于每一時(shí)刻空腔氣室內(nèi)氣體的替換相對(duì)量極少，保證了空腔氣室內(nèi)的高溫氣體始終近似于靜止，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)的保溫效果；

(5)本發(fā)明一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置，可以使用下腳料的薄鐵皮作為主要材料，一方面大大降低了制作容彈保溫層所要花費(fèi)的費(fèi)用，另一方面，還充分利用了一些廢棄資源，避免了資源的浪費(fèi)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明“一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置”中，布置內(nèi)保溫氣室的圓柱形容彈135度剖視圖；

圖2為本發(fā)明“一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置”中，A型和B型空腔氣室在容彈內(nèi)部的拼接陣列圖；

圖3為本發(fā)明“一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置”中，A型和B型空腔氣室在容彈視窗孔處的拼接圖；

圖4為本發(fā)明“一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置”中，空腔氣室背面圖；

圖5為本發(fā)明“一種用于定容燃燒彈內(nèi)部不規(guī)則表面的保溫裝置”中，保溫陶瓷纖維圈結(jié)構(gòu)圖；

其中，1、容彈視窗孔；2、A型空腔氣室；3、噴油器；4、預(yù)留傳感器拼接孔；5、傳感器孔；6、B型空腔氣室；7、氣壓平衡孔；8、保溫陶瓷纖維圈；9、傳感器孔隔斷曲面；10、拼接焊縫；11、預(yù)留視窗拼接孔；12、空腔氣室主視面；13、空腔氣室左側(cè)面；14、空腔氣室上端面；15、視窗孔隔斷曲面；16、空腔氣室右側(cè)面；17、空腔氣室下端面。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

應(yīng)當(dāng)指出，本申請(qǐng)的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例，對(duì)本申請(qǐng)所做的任何形式上的變通或改變將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示，其中1、容彈視窗孔；2、A型空腔氣室；3、噴油器；4、預(yù)留傳感器拼接孔；5、傳感器孔；6、B型空腔氣室；7、氣壓平衡孔；8、保溫陶瓷纖維圈；圓柱形容彈，整體呈圓柱形，內(nèi)部中空，豎直放置于水平面上；圓柱容彈的上、下端蓋和側(cè)壁緊密連接，一般使用法蘭固定。容彈側(cè)壁面上，開有4個(gè)用于觀察的尺寸較大的圓形視窗通孔，相鄰容彈視窗孔1的軸線都互相垂直。四個(gè)容彈視窗孔1的軸線位于一個(gè)水平面上，且均相交于一點(diǎn)，且這個(gè)點(diǎn)也位于容彈的軸線上。上述這個(gè)共有點(diǎn)，將四個(gè)容彈視窗孔1的軸線分割成四個(gè)射線。過(guò)這個(gè)共有點(diǎn)，在四個(gè)容彈視窗孔1的軸線所確定的平面上，作兩條均分相鄰射線間90度角的45度線。在過(guò)這些45度線并垂直與水平面而形成的平面上，與容彈相交的地方，沿豎直方向，分布著若干傳感器孔5。本實(shí)施例中每個(gè)方向的傳感器孔數(shù)取值為2。此外，圓柱形容彈內(nèi)表面的下部，一般比較規(guī)整，沒(méi)有太多的孔口和特殊需要的部件。

針對(duì)上述圓柱形容彈，本實(shí)施例將詳細(xì)介紹如何運(yùn)用本發(fā)明，布置容彈的內(nèi)部保溫層。如圖1和圖3所示，其中2、A型空腔氣室；6、B型空腔氣室；7、氣壓平衡孔；9、傳感器孔隔斷曲面；10、拼接焊縫；空腔氣室分為兩種類型，即A型空腔氣室2和B型空腔氣室6；A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的結(jié)構(gòu)和尺寸均呈鏡面對(duì)稱。

在本實(shí)施例中，兩者成對(duì)存在，在不影響理解的情況下統(tǒng)稱空腔氣室。其中，空腔氣室的相關(guān)參數(shù)為：α_左側(cè)＝α_右側(cè)＝β_上端＝β_下端＝25°，C_t＝0.1，共計(jì)4對(duì)A型空腔氣室2和B型空腔氣室6，也就是8個(gè)獨(dú)立的空腔氣室。

首先，如圖5所示，其中8、保溫陶瓷纖維圈；對(duì)于沒(méi)有通孔以及不會(huì)布置其它易受干擾原件的容彈內(nèi)表面的下部，可以使用傳統(tǒng)的保溫層布置，也就是使用保溫陶瓷纖維圈8。如圖1所示，保溫陶瓷纖維圈8的中心軸與容彈的中心軸重合，保溫陶瓷纖維圈8的外徑略小于容彈內(nèi)徑，能夠保證保溫陶瓷纖維圈8的外壁面能夠和容彈內(nèi)壁緊密貼合即可。

其次，布置容彈視窗孔1所貫穿的容彈內(nèi)表面處的保溫層。如圖3所示，將A型空腔氣室2的空腔氣室右側(cè)面16與B型空腔氣室6的空腔氣室左側(cè)面13拼接。其中，相似的曲面一一對(duì)應(yīng)，從而使A型空腔氣室2和B型空腔氣室6之間形成一個(gè)向四周凹陷的預(yù)留視窗拼接孔11。如圖1所示，進(jìn)一步的，將上述A型空腔氣室2和B型空腔氣室6所拼接成的組合體，放入圓柱容彈內(nèi)壁安裝。如圖3中所示的A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的組合陣列貼合并焊接在容彈內(nèi)表面上。其中預(yù)留視窗拼接孔11的軸線與容彈視窗孔1的軸線重合，A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的氣壓平衡孔7均位于下方。A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的下端面17均與保溫陶瓷纖維圈8的軸向上端面重合，但氣壓平衡孔7不能被覆蓋堵塞。如圖4所示，其中7、氣壓平衡孔；9、傳感器孔隔斷曲面；12、空腔氣室主視面；13、空腔氣室左側(cè)面；14、空腔氣室上端面；15、視窗孔隔斷曲面；16、空腔氣室右側(cè)面；17、空腔氣室下端面；空腔氣室的背面與容彈內(nèi)表面貼合，進(jìn)一步，保證A型空腔氣室2和B型空腔氣室6上的傳感器孔隔斷曲面9與所對(duì)應(yīng)的傳感器孔5能夠匹配，既要盡量增大空腔氣室的覆蓋面積又不能遮擋住傳感器孔5的通路。進(jìn)一步，沿著A型空腔氣室2和B型空腔氣室6之間的楔形縫隙將兩個(gè)氣室焊接在容彈內(nèi)壁上，從而形成拼接焊縫10。進(jìn)一步，將A型空腔氣室2和B型空腔氣室6的左側(cè)面13、空腔氣室上端面14、視窗孔隔斷曲面15、空腔氣室右側(cè)面16、空腔氣室下端面17、傳感器孔隔斷曲面9與容彈內(nèi)壁的交接線緊密焊接。最后，將剩余三個(gè)容彈視窗孔1內(nèi)壁面上按照上述方式，依次布置好空腔氣室保溫層。如圖2所示，其中4、預(yù)留傳感器拼接孔；7、氣壓平衡孔；9、傳感器孔隔斷曲面；11、預(yù)留視窗拼接孔；最終多個(gè)空腔氣室的左側(cè)面13和空腔氣室右側(cè)面16依次相連，A型空腔氣室2和B型空腔氣室6成對(duì)存在，預(yù)留視窗拼接孔11和預(yù)留傳感器拼接孔相間布置。此外，為了減少對(duì)容彈內(nèi)部原有流場(chǎng)形式的影響，空腔氣室沿容彈徑向的厚度與保溫陶瓷纖維圈8的徑向厚度相等。

以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。