本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，尤其涉及適于采用在預(yù)先混合后將燃料與空氣燃燒的預(yù)先混合燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)，謀求燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣中更低NOx化。作為燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃燒方法，有將燃燒與空氣混合后燃燒的預(yù)先混合燃燒，這相比較于將燃料直接噴入燃燒室燃燒的擴(kuò)散燃燒能夠大幅度降低NOx。

因此，為了對(duì)應(yīng)近年來(lái)的NOx排放規(guī)則，采用該預(yù)先混合燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)增加。

另外，具備形成燃料與空氣的同軸噴流的燃料噴嘴與燃料噴嘴頭的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器記載于專利文獻(xiàn)1中。該專利文獻(xiàn)1中記載：為了抑制產(chǎn)生于燃料噴嘴頭的熱應(yīng)力而謀求壽命的提高，在燃料噴嘴頭上設(shè)置配合設(shè)置燃料噴嘴的設(shè)置孔，在燃料噴嘴頭的設(shè)置孔內(nèi)部中燃料噴嘴的外周側(cè)與設(shè)置孔的內(nèi)周側(cè)之間形成空氣層的空間部或中空的圓筒形狀的絕熱層，在燃料噴嘴的后端部設(shè)置與燃料噴嘴頭的設(shè)置孔或使該設(shè)置孔開(kāi)口的燃料噴嘴頭的端面配合的配合裝置，使燃料噴嘴固定于燃料噴嘴頭。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2009-14297號(hào)公報(bào)

可是，作為謀求燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的低NOx的方法，有在預(yù)先混合后燃燒燃料和空氣的預(yù)先混合燃燒，這相比較于將燃料直接噴入燃燒室而燃燒的擴(kuò)散燃燒容易產(chǎn)生燃燒振動(dòng)，振動(dòng)應(yīng)力作用于燃燒噴嘴等的燃燒器部件，有擔(dān)憂由高周期疲勞而引起的損傷這樣的課題。

另外，在專利文獻(xiàn)1中關(guān)于振動(dòng)應(yīng)力作用于燃料噴嘴等的燃燒器部件、對(duì)于擔(dān)憂由高周期疲勞引起的損傷的對(duì)策未能全面涉及。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種即使是采用將燃料與空氣預(yù)先混合后再進(jìn)行燃燒的預(yù)先混合燃燒的裝置，提高預(yù)先混合燃燒用的燃料噴嘴的耐振動(dòng)強(qiáng)度，并且即使燃料噴嘴在與末端凸緣的焊接部破損噴嘴也不會(huì)向下游方向飛散、不存在對(duì)燃燒器部件施加損傷的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的特征為：具備具有將擴(kuò)散用燃燒用的燃料噴入燃燒室的擴(kuò)散用燃料噴嘴的擴(kuò)散用燃燒嘴、具有將預(yù)先混合用的燃料噴入預(yù)先混合器的預(yù)先混合用燃料噴嘴的預(yù)先混合用燃燒嘴、機(jī)械性地接合上述擴(kuò)散用燃燒嘴以及上述預(yù)先混合用燃燒嘴的末端凸緣、在該末端凸緣固定上述擴(kuò)散用燃燒嘴并且以覆蓋作為上述預(yù)先混合用燃料噴嘴的與上述末端凸緣的接合部的根部的方式插入配置擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部，上述預(yù)先混合用燃料噴嘴的外徑以隨著向與上述末端凸緣的接合部靠近而變粗的方式在較長(zhǎng)方向上變化，并且，預(yù)先混合用燃料噴嘴的根部的最大徑比設(shè)置于上述擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部的孔部的內(nèi)徑大。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，即使是采用將燃料與空氣預(yù)先混合后再燃燒的預(yù)先混合燃燒的裝置，提高預(yù)先混合燃燒用的燃料噴嘴的耐振動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，即使燃料噴嘴在于末端凸緣部的焊接部破損噴嘴也不會(huì)向下流方向飛散，不存在對(duì)燃燒器部件施加損傷的概率。

附圖說(shuō)明

圖1是表示采用本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的剖視圖。

圖2是表示配置圖1中的預(yù)先混合用燃料噴嘴的預(yù)先混合器的局部剖視圖。

圖3是表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例1的局部剖視圖。

圖4是表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例2的局部剖視圖。

圖5是表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例3的局部剖視圖。

圖6是表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例4的局部剖視圖。

圖7是表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例5的局部剖視圖。

圖8是表示作為由本發(fā)明人等得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表示在預(yù)先混合用燃料噴嘴的根部設(shè)置臺(tái)階部的情況下的臺(tái)階部的應(yīng)力集中系數(shù)與焊接部的疲勞極限的關(guān)系的特性圖。

圖9是表示配置現(xiàn)有的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)中的預(yù)先混合用燃料噴嘴的預(yù)先混合器的局部剖視圖。

圖中：1—預(yù)先混合用燃料噴嘴，1a—預(yù)先混合用燃料噴嘴的內(nèi)部孔，2—燃燒空氣，3—擴(kuò)散用燃料噴嘴，4—保炎器，5—預(yù)先混合器，6—預(yù)先混合用的燃料，7—末端凸緣，7a—末端凸緣的孔，8—燃燒室，10—擴(kuò)散燃燒用的燃料，11—預(yù)先混合用燃燒嘴，12—擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部，12a—擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部的孔部，13—擴(kuò)散用燃燒嘴，20—預(yù)先混合用燃料噴嘴的臺(tái)階部，20a—臺(tái)階部的并行部(直線部)，20b—臺(tái)階部的錐部，21—預(yù)先混合用燃料噴嘴的根部，22—預(yù)先混合用燃料噴嘴的前端部，50—焊接部，51—裂縫，100—燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。

具體實(shí)施方式

以下，基于所圖示的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例1

圖1是表示采用本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的圖。

在該圖中，100為燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，8為燃燒室，3為擴(kuò)散用燃料噴嘴(引燃燃燒嘴)，5為預(yù)先混合器，1為預(yù)先混合用燃料噴嘴。

燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器100具備具有將擴(kuò)散燃燒用的燃料10向燃燒室8中噴射的擴(kuò)散用燃料噴嘴3的擴(kuò)散用燃燒嘴13、具有將預(yù)先混合用的燃料6向預(yù)先混合器5中噴射的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的預(yù)先混合用燃燒嘴11。即，為在燃燒室8的上游側(cè)中央部配置擴(kuò)散用燃燒嘴13、在其周圍配置多個(gè)預(yù)先混合器5以及預(yù)先混合燃燒用的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的結(jié)構(gòu)。并且，這些擴(kuò)散用燃燒嘴13以及預(yù)先混合用燃燒嘴11機(jī)械化地與末端凸緣7接合。

圖2表示配置圖1中的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的預(yù)先混合器5，圖9表示配置現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的預(yù)先混合器5。

如該圖所示，預(yù)先混合器5為具備燃燒空氣2流通的氣體流路與配置于氣體流路內(nèi)的預(yù)先混合用燃料噴嘴1，從預(yù)先混合用燃料噴嘴1噴出的預(yù)先混合用的燃料6在預(yù)先混合器5內(nèi)與燃燒空氣2混合并向燃燒室8供給的結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，預(yù)先混合用的燃料6通過(guò)設(shè)置于末端凸緣7上的孔7a以及預(yù)先混合用燃料噴嘴1的內(nèi)部孔1a向預(yù)先混合器5噴出。另外，預(yù)先混合用燃料噴嘴1其根部用末端凸緣7與角壁焊接50而接合(圖9也相同)。

預(yù)先混合用燃料噴嘴1如上述，配置于位于燃燒室8中央的擴(kuò)散用燃燒嘴13的周圍，為了避免與用于將該擴(kuò)散用燃燒嘴13與末端凸緣7固定的擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12的干涉，在其擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12上設(shè)置孔部12a。

在組裝這些時(shí)采取將預(yù)先混合用燃料噴嘴1焊接于末端凸緣7上之后從預(yù)先混合用燃料噴嘴1的前端側(cè)插入設(shè)置孔部12a的擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12的順序。

可是，在向燃燒室8供給的燃燒空氣2與擴(kuò)散燃燒用的燃料10燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生燃燒振動(dòng)，預(yù)先混合用燃燒嘴11相比較于擴(kuò)散燃燒更容易產(chǎn)生燃燒振動(dòng)，并且，發(fā)生時(shí)的壓力變動(dòng)大，所以存在作用于預(yù)先混合用燃料噴嘴1的振動(dòng)應(yīng)力大的傾向。振動(dòng)應(yīng)力為由于預(yù)先混合用燃料噴嘴1的前端部振動(dòng)，在作為預(yù)先混合用燃料噴嘴1的與末端凸緣7接合部的根部、焊接部50上彎曲應(yīng)力反復(fù)并施加負(fù)荷的形態(tài)。

因此，在圖9所示的現(xiàn)有技術(shù)中，大的振動(dòng)應(yīng)力多次作用于預(yù)先混合用燃料噴嘴1時(shí)，例如，產(chǎn)生從焊接停止端部的裂縫51，其向內(nèi)部進(jìn)展，通過(guò)貫穿預(yù)先混合用燃料噴嘴1的剖面，可能會(huì)產(chǎn)生預(yù)先混合用燃料噴嘴1的整體斷裂的情況。

另外，在圖9所示的現(xiàn)有技術(shù)中的預(yù)先混合用燃料噴嘴的根部、焊接停止端部產(chǎn)生斷裂的情況下，截?cái)嗟念A(yù)先混合用燃料噴嘴1通過(guò)擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12的孔部12a向燃燒室8側(cè)飛散，也可能會(huì)損傷下游側(cè)的燃燒器部件。

在以下說(shuō)明防止這樣情況的本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。

圖1中表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例1。并且，在以后所說(shuō)明的各實(shí)施例中，將預(yù)先混合用燃料噴嘴1的外徑分為最粗的根部21、與根部21相比較細(xì)的直線狀的臺(tái)階部20以及與臺(tái)階部20相同粗的直線狀的前端部22的三個(gè)區(qū)域。

并且，在圖3所示的實(shí)施例1中，在預(yù)先混合用燃料噴嘴1的與末端凸緣7的接合部附近的根部21上設(shè)置臺(tái)階部20，是相比較于擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12的內(nèi)徑d1使預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21的外徑D1變大的結(jié)構(gòu)。

由此，即使在相比較于其他部耐振動(dòng)強(qiáng)度容易變低的焊接部50的停止端部中產(chǎn)生裂縫51，在該區(qū)域中預(yù)先混合用燃料噴嘴1破損，在破損部產(chǎn)生燃料泄漏，可是預(yù)先混合用燃料噴嘴1不會(huì)通過(guò)擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12a的孔部12a向下游側(cè)飛散，就不存在損傷下游側(cè)的燃燒器部件的問(wèn)題。另外，由于使預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21的外徑D1比現(xiàn)有粗進(jìn)而彎曲應(yīng)力變小，所以還能夠提高焊接部50的耐振動(dòng)強(qiáng)度。

而且，在本實(shí)施例中，由于將臺(tái)階部20與根部21的邊界區(qū)域形成為圓弧狀的平滑的剖面變化，因此該部位的應(yīng)力集中系數(shù)變小，該部位的裂縫發(fā)生與預(yù)先混合用燃料噴嘴1的破損概率也變小。

通過(guò)該實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，由于預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21的外徑D1比現(xiàn)有的粗，因此預(yù)先混合用燃料噴嘴1的耐振動(dòng)強(qiáng)度提高的同時(shí)，由于使預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21的外徑D1比擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12的內(nèi)徑d1大，因此即使預(yù)先混合用燃料噴嘴1在與末端凸緣7的焊接部50上破損，預(yù)先混合用燃料噴嘴1也不可能向下游方向飛散，不存在對(duì)燃燒器部件施加損傷的可能性。

實(shí)施例2

圖4表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例2。

該圖所表示的本實(shí)施例中，是使預(yù)先混合用燃料噴嘴1的臺(tái)階部20中的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的外徑的變化在整個(gè)其較長(zhǎng)方向上為圓弧狀的裝置。即，由于使預(yù)先混合用燃料噴嘴1的臺(tái)階部20的形狀為圓角狀，因此通過(guò)使臺(tái)階部20圓角狀地形成，剖面變化部的應(yīng)力集中系數(shù)變得更小，能夠減輕預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21的應(yīng)力。

即使適用這樣的形狀，由于預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21的外徑比擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12的內(nèi)徑大，因此即使從焊接部50破損也不存在預(yù)先混合用燃料噴嘴1向下游方向飛散的可能性。

實(shí)施例3

圖5表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例3。

在該圖所示的本實(shí)施例中，使預(yù)先混合用燃料噴嘴1的臺(tái)階部20中的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的外徑的變化在焊接的停止端部之前都為圓弧狀(圓角狀)的同時(shí)，為錐狀地形成預(yù)先混合用燃料噴嘴1的前端部22的錐部，從而使從預(yù)先混合用燃料噴嘴1的前端部22向根部21的外徑的較長(zhǎng)方向的變化連續(xù)。即，預(yù)先混合用燃料噴嘴1的外徑中根部21形成為直線狀，臺(tái)階部20形成為圓角狀，前端部22形成為錐狀。

通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠得到與實(shí)施例1以及2相同的效果是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?，由于減輕預(yù)先混合用燃料噴嘴1的前端部22的重量，并且還能夠抑制與向預(yù)先混合燃燒供給的燃燒空氣2的干涉，因此不會(huì)由于預(yù)先混合用燃料噴嘴1的形狀的粗徑化而使預(yù)先混合燃燒的性能劣化，能夠提高其耐振動(dòng)前度。

換而言之，若使預(yù)先混合用燃料噴嘴1的從擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12至前端側(cè)與燃燒空氣2接觸的區(qū)域的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的直徑變大，則存在對(duì)燃燒性能施加燃燒空氣2與燃料10的混合性劣化等的惡劣影響的可能性，但即使根側(cè)比預(yù)先混合用燃料噴嘴1的擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12粗也沒(méi)有影響。

實(shí)施例4

圖6表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例4。

在該圖所示的本實(shí)施例中，是將實(shí)施例3中的臺(tái)階部20的圓角形狀形成為由并行部(直線部)20a與錐部20b構(gòu)成的形狀的裝置。

即使是這樣的結(jié)構(gòu)也能夠得到與實(shí)施例3相同的效果。

實(shí)施例5

圖7中表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的噴嘴結(jié)構(gòu)的實(shí)施例5。

在該圖所示的本實(shí)施例中，在擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12上設(shè)置形成為與實(shí)施例4中的臺(tái)階部20相同形狀的孔部，從而在用螺栓緊固等將擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12固定于末端凸緣7側(cè)時(shí)，預(yù)先混合用燃料噴嘴1與擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12被加壓、密封。

通過(guò)采用這樣的結(jié)構(gòu)，得到與上述實(shí)施例相同的效果是理所當(dāng)然的，在預(yù)先混合用燃料噴嘴1因燃燒振動(dòng)等振動(dòng)時(shí)，能夠得到在預(yù)先混合用燃料噴嘴1與擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12的接觸界面產(chǎn)生摩擦等而使振動(dòng)衰減的效果。

如此，由于使預(yù)先混合用燃料噴嘴1與擴(kuò)散用燃燒嘴支撐部12密合，從而振動(dòng)衰減的效果不限定于圖7中的實(shí)施例5，如果為兩者密合的形狀也能夠發(fā)揮。

[實(shí)驗(yàn)例1]

其次，本發(fā)明者等評(píng)價(jià)涉及本發(fā)明的預(yù)先混合燃燒用的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的耐振動(dòng)強(qiáng)度，由于將其效果與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較，因此以下關(guān)于其結(jié)果進(jìn)行記載。

本實(shí)施例中的疲勞強(qiáng)度樣品為由圖9中所表示的現(xiàn)有技術(shù)而產(chǎn)生的預(yù)先混合用燃料噴嘴1以及由圖3中所表示的本發(fā)明的實(shí)施例1而產(chǎn)生的預(yù)先混合用燃料噴嘴1，通過(guò)向各自的預(yù)先混合用燃料噴嘴1的前端部施加位移的疲勞試驗(yàn)，評(píng)價(jià)各樣品的疲勞極限。預(yù)先混合用燃料噴嘴1以及末端凸緣7的材質(zhì)是SUS304，將預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21與末端凸緣7角焊。

本發(fā)明中的實(shí)施例1中的樣品為預(yù)先混合用燃料噴嘴1的臺(tái)階部20與根部21的邊界部的圓角曲率為R0.5與R2.0兩種、其部位的應(yīng)力集中系數(shù)不同。試驗(yàn)溫度為400℃下的大氣中。

表1表示關(guān)于預(yù)先混合用燃料噴嘴1的彎曲疲勞強(qiáng)度的本發(fā)明的實(shí)施例1與現(xiàn)有技術(shù)的比較。在此，作為預(yù)先混合用燃料噴嘴1的疲勞強(qiáng)度使用用作用于預(yù)先混合用燃料噴嘴1的焊接部50上的公稱彎曲應(yīng)力整理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1

表1中，由現(xiàn)有技術(shù)而產(chǎn)生的預(yù)先混合用燃料噴嘴的疲勞強(qiáng)度約為85MPa。該結(jié)果預(yù)先混合用燃料噴嘴1的外形為φ10與φ14為幾乎相同的結(jié)果。

相對(duì)于此，由本發(fā)明的實(shí)施例1而產(chǎn)生的結(jié)果，預(yù)先混合用燃料噴嘴1的臺(tái)階部20的圓角曲率為R2圓滑的結(jié)構(gòu)能夠得到與實(shí)施例1幾乎相同的結(jié)果，但圓角曲率為R0.5銳角的結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度稍低為65MPa。其原因?yàn)?，圓角曲率為銳角而應(yīng)力集中大的部位不為焊接部50，而是在角部破損。

使用于該預(yù)先混合用燃料噴嘴1的SUS304的疲勞極限為約200MPa，這是因?yàn)椋O(shè)置比作為焊接部50的疲勞極限的85MPa大的應(yīng)力作用的臺(tái)階部20時(shí)，由于相比較于焊接部50臺(tái)階部20的疲勞強(qiáng)度低。即，在預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21上設(shè)置臺(tái)階部20的情況下，其應(yīng)力集中系數(shù)需要比作為焊接部50與母材的疲勞強(qiáng)度的比例的2.35小。

在上述實(shí)施例中，在使預(yù)先混合用燃料噴嘴1的外形形狀變化而產(chǎn)生不連續(xù)的部位的情況下，優(yōu)選使其應(yīng)力集中系數(shù)至少為2.35以下。

即，圖8中表示在預(yù)先混合用燃料噴嘴1的根部21設(shè)置臺(tái)階部20情況下的臺(tái)階部20的應(yīng)力集中系數(shù)與焊接部50的疲勞極限的關(guān)系，如該圖所示，即使疲勞極限從作為SUS304的疲勞極限200MPa下降，如果與作為焊接部50的疲勞強(qiáng)度的85MPa的交點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)為2.35以下，則疲勞強(qiáng)度能較高地保持是清晰的，理解為優(yōu)選應(yīng)力集中系數(shù)為2.35以下。

并且，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施例，含有多種變形例。例如，上述實(shí)施例為了容易理解地說(shuō)明本發(fā)明而詳細(xì)地說(shuō)明，未必限定于具備所有結(jié)構(gòu)的發(fā)明。另外，可以將某個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分置換為其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。另外，關(guān)于各實(shí)施例結(jié)構(gòu)的一部分可進(jìn)行其他結(jié)構(gòu)的追加·刪除·置換。