用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴的制作方法
【專利摘要】本公開關(guān)于一種用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴(1)，噴嘴(1)包括內(nèi)通道(3)、渦流通道(4)、混合區(qū)(5)和出口通道(6)，其中噴嘴(1)從入口(20)延伸至出口(22)，渦流通道(4)圍繞內(nèi)通道(3)設(shè)置，內(nèi)通道(3)和渦流通道(4)從入口(20)延伸至混合區(qū)(5)，混合區(qū)(5)從內(nèi)通道(3)和渦流通道(4)延伸至出口通道(6)，并且出口通道(6)從混合區(qū)(5)延伸至出口(22)。還描述了包括噴嘴(1)的焚燒器(8)和燃?xì)鉁u輪，連同使用噴嘴(1)的方法。
【專利說(shuō)明】
用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開涉及用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴，并且更具體地涉及具有渦流通道和內(nèi)通道的用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的現(xiàn)今噴嘴系統(tǒng)大部分設(shè)計(jì)為普通射流或渦流噴嘴。這些噴嘴類型之間的主要差別在于霧化質(zhì)量、噴霧錐角和壓降。渦流噴嘴提供與大噴霧錐角組合的良好霧化。相比之下，普通射流提供較低的燃料壓降，但也提供較差的霧化質(zhì)量和較小的噴霧錐角。
[0003]普通射流噴嘴由軸向開孔的孔組成，并且對(duì)應(yīng)的制造成本為低的。普通射流噴嘴相比于渦流噴嘴還需要燃燒器中的較少空間。渦流噴嘴大體上具有與精密噴嘴出口形狀組合的幾何上復(fù)雜的渦流器，并且因此提供良好的噴霧質(zhì)量。用于渦流噴嘴的制造成本可比用于普通射流噴嘴的更大，但由于更好的噴霧質(zhì)量，故更大操作范圍可為可用的。
[0004]關(guān)于通流值的用于燃料噴嘴的要求為嚴(yán)格的，并且限制在具有不可超過(guò)的指定的公差帶的窄范圍中。結(jié)果，需要燃料噴嘴的100%流率檢查。偏離指定的公差帶為不可接受的，并且可要求噴嘴的昂貴再加工。特別對(duì)于復(fù)雜渦流噴嘴，這可為太昂貴的，并且可互換的附加孔口施加于噴嘴的上游以便調(diào)節(jié)吞吐量。該措施導(dǎo)致了附加的壓力損失，增加的制造成本以及增加的空間要求，連同燃料噴射系統(tǒng)可靠性的降低以及其相關(guān)聯(lián)的增加的試機(jī)和維護(hù)成本。
[0005]由于關(guān)于現(xiàn)有噴嘴的這些問(wèn)題，故認(rèn)識(shí)到可改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明在現(xiàn)在將參照的所附獨(dú)立權(quán)利要求中限定。本發(fā)明的有利特征在從屬權(quán)利要求中闡述。
[0007]本發(fā)明的第一方面提供了一種用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴，噴嘴包括內(nèi)通道、渦流通道、混合區(qū)和出口通道，其中噴嘴從入口延伸到出口，渦流通道圍繞內(nèi)通道設(shè)置，內(nèi)通道和渦流通道從入口延伸至混合區(qū)，混合區(qū)從內(nèi)通道和渦流通道延伸至出口通道，并且出口通道從混合區(qū)延伸至出口。
[0008]這可導(dǎo)致相比于普通射流噴嘴，從噴嘴出口以改進(jìn)的噴霧質(zhì)量的燃料噴霧。噴嘴還可提供同一噴嘴內(nèi)的普通射流噴嘴和渦流噴嘴的優(yōu)點(diǎn)中的一些，并且可提供兩個(gè)設(shè)計(jì)之間的最佳折衷。噴嘴還可制造成小于渦流噴嘴。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴布置成使得當(dāng)在使用中時(shí)，燃料的30%到75%穿過(guò)內(nèi)通道。在一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴包括附接于出口通道的擴(kuò)散器，并且其中出口通道從混合區(qū)延伸至擴(kuò)散器。擴(kuò)散器可加強(qiáng)噴霧角，并且改進(jìn)與空氣的混合，以減少燃燒室中的熱點(diǎn)，并且由此延長(zhǎng)壽命和減少排放。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)通道的直徑小于出口通道的直徑。噴嘴的流數(shù)可甚至在噴嘴通過(guò)鉸削內(nèi)通道來(lái)置于燃?xì)鉁u輪中時(shí)校正。
[0011 ]在一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴用于與液體燃料一起使用，如，燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油與水的乳狀液。乳狀液燃料的使用可降低峰值焚燒溫度，并且減少排放，特別是NOx。在一個(gè)實(shí)施例中，出口通道直接通向燃燒室中。
[0012]本發(fā)明的第二方面提供了包括如上文所述的噴嘴的焚燒器。在一個(gè)實(shí)施例中，焚燒器包括圍繞噴嘴的出口設(shè)置的至少一個(gè)防護(hù)流體孔。通過(guò)防護(hù)流體孔提供的防護(hù)流體如空氣可有助于保護(hù)噴嘴和其它鄰近部分免受熱(當(dāng)噴嘴未使用時(shí))，并且免受燃料并且免受在使用中時(shí)的焦形成。
[0013]本發(fā)明的第三方面提供了一種燃?xì)鉁u輪，其包括燃燒器，該燃燒器包括如上文所述的噴嘴或如上文所述的焚燒器。
[0014]本發(fā)明的第四方面提供了一種使用用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴的方法，噴嘴包括內(nèi)通道、渦流通道、混合區(qū)和出口通道，并且噴嘴具有入口和出口，其中渦流通道圍繞內(nèi)通道設(shè)置，內(nèi)通道和渦流通道從入口延伸至混合區(qū)，混合區(qū)從內(nèi)通道和渦流通道延伸至出口通道，并且出口通道從混合區(qū)延伸至出口，該方法包括通過(guò)噴嘴給送燃料，并且在燃燒室中燃燒燃料。在一個(gè)實(shí)施例中，燃料為液體燃料，如燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油與水的乳狀液。
【附圖說(shuō)明】
[0015]現(xiàn)在將僅經(jīng)由實(shí)例并且參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，在該附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的包括噴嘴的用于燃?xì)鉁u輪的焚燒器的一部分的截面；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的側(cè)視圖；以及圖3示出了沿A-A的圖2中的噴嘴的截面。
[0016]部件列表I噴嘴
2噴嘴載體 3內(nèi)通道 4渦流通道 5混合區(qū) 6出口通道 7燃燒室 8焚燒器 9燃料供應(yīng)管線 10防護(hù)流體孔 12防護(hù)流體 14燃料 16混合區(qū)軸線 18噴嘴軸線 20入口 22出口 24擴(kuò)散器。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的在用于燃?xì)鉁u輪的焚燒器8中的噴嘴I。噴嘴包括至少一個(gè)內(nèi)通道3(內(nèi)軸向入口通道)，其中至少一個(gè)渦流通道4(外渦流通道)圍繞內(nèi)通道3的外徑延伸。內(nèi)通道3和渦流通道4從噴嘴入口 20延伸至內(nèi)通道3和渦流通道4下游的混合區(qū)5?；旌蠀^(qū)5為穿過(guò)噴嘴的圓柱形孔，其中混合區(qū)圓柱形孔的軸線16垂直于噴嘴的軸線18(還見圖2)0
[0018]出口通道6設(shè)置在混合區(qū)與內(nèi)通道3和渦流通道4的另一側(cè)處(在混合區(qū)5下游)，其中出口通道6從混合區(qū)5延伸至噴嘴的出口 22。
[0019]防護(hù)流體孔10(防護(hù)流體通道)設(shè)在噴嘴載體2與焚燒器8之間，用于提供防護(hù)流體如冷卻空氣。噴嘴載體2為燃料供應(yīng)管線9的一部分。
[0020]圖2示出了圖1的噴嘴的側(cè)視圖，該噴嘴具有如上文所述的特征。圖2包括示出噴嘴的壁的內(nèi)部范圍的虛線。圖3示出了沿與圖1相同的方向的噴嘴的截面視圖，但沒有包繞的焚燒器。圖3還為沿A-A的圖2中的噴嘴的截面?？蛇x的擴(kuò)散器24在圖3中示出，在噴嘴的出口下游并且附接在其處。
[0021]上文所述的噴嘴和焚燒器用于在燃?xì)鉁u輪中使用。例如，噴嘴可用于AEV焚燒器(先進(jìn)的環(huán)境焚燒器)中。噴嘴可用于液體燃料焚燒器中，或作為具有液體燃料噴嘴和氣體噴嘴兩者的組合的氣體和液體燃料焚燒器中的液體燃料噴嘴。
[0022]當(dāng)在使用中時(shí)，燃料14給送穿過(guò)燃料供應(yīng)管線9和噴嘴載體2至入口20，其中其分成兩股流，穿過(guò)內(nèi)通道3的主流和穿過(guò)渦流通道4的第二流。在分別流過(guò)內(nèi)通道3和渦流通道4之后，主流和第二流在混合區(qū)5中再組合。燃料14從混合區(qū)5流過(guò)出口通道6并且流到燃燒室7中。如果擴(kuò)散器設(shè)在出口之后，則燃料在離開出口通道之后在進(jìn)入燃燒器之前流過(guò)擴(kuò)散器。
[0023]燃料可為液化燃料如燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油與水的乳狀液。例如，燃料油可為2號(hào)燃料油(S卩，主要由具有10到20個(gè)碳原子的鏈長(zhǎng)度的烴分子構(gòu)成的油)。
[0024]在一些實(shí)施例中，大部分燃料穿過(guò)內(nèi)部通道，優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少85%，并且最優(yōu)選至少95%。其余的燃料穿過(guò)渦流通道，大體上至少1%或2%。穿過(guò)內(nèi)通道的最大燃料流部分因此大體上為98%或99%。在其它實(shí)施例中，燃料的30%到75%穿過(guò)內(nèi)通道，優(yōu)選40%到70%，并且最優(yōu)選55%到60%。例如，一個(gè)實(shí)施例具有穿過(guò)內(nèi)通道的燃料的58%，以及穿過(guò)渦流通道的燃料的42%。這意味著燃料的一部分直接穿過(guò)(給送穿過(guò))內(nèi)通道、混合區(qū)和出口通道到燃燒器中。其余的燃料采用相同的路徑，除了其穿過(guò)渦流通道而替代穿過(guò)內(nèi)通道，在混合區(qū)中生成附加的渦流和湍流。這可導(dǎo)致相比于普通射流噴嘴，從噴嘴出口以改進(jìn)的噴霧質(zhì)量的燃料噴霧。
[0025]離開噴嘴出口的燃料的渦流，以及燃燒器中的燃料流場(chǎng)中的富燃料區(qū)的數(shù)量和位置兩者基于質(zhì)量流比(在內(nèi)通道與渦流通道之間)和渦流通道的數(shù)量變化。燃料流場(chǎng)中的富燃料區(qū)的位置為重要的，并且富燃料區(qū)應(yīng)當(dāng)保持遠(yuǎn)離燃燒器中的其它構(gòu)件，以使這些構(gòu)件上的熱負(fù)載最小化。噴嘴的定向可選擇成優(yōu)化富燃料區(qū)的位置和使熱負(fù)載最小化。
[0026]在如上文所述的噴嘴I的制造方法中，噴嘴I可制造為組成部分或若干單獨(dú)的部分。大體上，噴嘴I接著附接于噴嘴載體2，噴嘴載體2接著附接于燃料供應(yīng)管線9。噴嘴I可通過(guò)適合的方法如硬釬焊或焊接附接于噴嘴載體2。噴嘴I與噴嘴載體2之間的連結(jié)大體上是不透氣的。類似地，噴嘴載體2可通過(guò)任何適合的方法如硬釬焊或焊接附接于燃料供應(yīng)管線9。
[0027]在噴嘴插入到燃?xì)鉁u輪中之前、期間或之后，內(nèi)通道可鉸削來(lái)增大其內(nèi)徑，S卩，垂直于噴嘴軸線18的平面中的其直徑。如果噴嘴在初始制造之后在公差帶外或隨后發(fā)現(xiàn)在公差帶外，則這可為有用的。噴嘴可針對(duì)現(xiàn)有的燃?xì)鉁u輪改造。
[0028]噴嘴大體上為圓柱形或大致圓柱形形狀，但其它形狀也是可能的。結(jié)果，在垂直于噴嘴軸線18的平面中的噴嘴的截面大體上為圓形的，但其它形狀也是可能的。噴嘴可為燃燒器的一部分，并且可在噴嘴的出口之后將燃料直接地引導(dǎo)至燃燒室。如果提供擴(kuò)散器，則燃料通過(guò)出口離開到擴(kuò)散器中并且接著到燃燒室中。
[0029]可提供一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)內(nèi)通道3。如可在圖中所見，內(nèi)通道可具有小于出口通道的直徑。然而，內(nèi)通道作為備選可具有與出口通道相同或更大的直徑。可提供一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)渦流通道4。(多個(gè))渦流通道和(多個(gè))內(nèi)通道優(yōu)選為同心的。渦流通道可圍繞內(nèi)通道的整個(gè)圓周(關(guān)于噴嘴軸線方向)設(shè)置。
[0030]混合區(qū)5示為穿過(guò)噴嘴的圓柱形孔，但可為其它形狀并且成其它角，如，長(zhǎng)方體或卵形體形狀，或無(wú)規(guī)則形狀。
[0031]噴嘴載體2在圖1中示為圍繞噴嘴延伸并且超過(guò)噴嘴的入口20。作為備選，噴嘴載體可延伸直至噴嘴的入口 20，或者可僅延伸噴嘴的長(zhǎng)度的一部分(關(guān)于噴嘴軸向方向)。如圖1中所示，超過(guò)噴嘴載體的端部，燃料供應(yīng)管線繼續(xù)。噴嘴載體2(燃料供應(yīng)管線)可圍繞噴嘴的整個(gè)圓周(關(guān)于噴嘴軸線)延伸。如圖1中所示，在渦流通道4附近的噴嘴載體的區(qū)域中，噴嘴載體(或燃料供應(yīng)管線的另一部分)大體上提供渦流通道的外極限。作為備選，噴嘴自身的結(jié)構(gòu)可界定渦流通道。噴嘴載體2還可為燃料供應(yīng)管線9的組成部分。噴嘴軸線18還可為燃料供應(yīng)管線的軸線。噴嘴和燃料供應(yīng)管線(噴嘴載體)可為同心的。
[0032]防護(hù)流體孔10為可選的，并且噴嘴載體2可直接鄰近焚燒器。焚燒器可附接于噴嘴載體。防護(hù)流體孔可圍繞噴嘴(和噴嘴載體)的整個(gè)圓周延伸，或者作為備選，一個(gè)或更多個(gè)防護(hù)流體孔可提供成各個(gè)僅延伸圍繞整個(gè)圓周的路線的一部分。支承件還可設(shè)在噴嘴載體與焚燒器之間的防護(hù)流體孔中，特別是在其中防護(hù)流體孔圍繞整個(gè)圓周延伸的實(shí)施例中。防護(hù)流體孔通常比內(nèi)通道3和渦流通道4離噴嘴軸線18更遠(yuǎn)。防護(hù)流體孔可提供空氣環(huán)帶，防護(hù)流體(即，來(lái)自內(nèi)通道和渦流通道的流體)流過(guò)該空氣環(huán)帶。
[0033]擴(kuò)散器可為圓錐形形狀(截頭圓錐)或另一適合形狀，如角錐。擴(kuò)散器將大體上符合噴嘴的出口的形狀。
[0034]所述實(shí)施例的各種改型是可能的，并且將由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到，而不脫離由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴(I)，所述噴嘴(I)包括內(nèi)通道(3)、渦流通道(4)、混合區(qū)(5)和出口通道(6)，其中 所述噴嘴(I)從入口( 20)延伸至出口( 22)， 所述渦流通道(4)圍繞所述內(nèi)通道(3)設(shè)置， 所述內(nèi)通道(3)和所述渦流通道(4)從所述入口( 20)延伸至所述混合區(qū)(5)， 所述混合區(qū)(5)從所述內(nèi)通道(3)和所述渦流通道(4)延伸至所述出口通道(6)，并且 所述出口通道(6)從所述混合區(qū)(5)延伸至所述出口( 22)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴(I)，其特征在于，所述噴嘴(I)布置成使得當(dāng)在使用中時(shí)，燃料的30%到7 5%穿過(guò)所述內(nèi)通道(3)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的噴嘴(I)，其特征在于，所述噴嘴(I)包括附接于所述出口通道(6)的擴(kuò)散器(24)，并且其中所述出口通道(6)從所述混合區(qū)(5)延伸至所述擴(kuò)散器(24)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的噴嘴(I)，其特征在于，所述內(nèi)通道(3)的直徑小于所述出口通道(6)的直徑。5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的噴嘴(I)，其特征在于，所述噴嘴(I)用于與液體燃料一起使用，如，燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油與水的乳狀液。6.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的噴嘴(I)，其特征在于，所述出口通道(6)直接通向燃燒室中。7.—種包括如權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所述的噴嘴(I)的燃料供應(yīng)管線(9)。8.—種包括如權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所述的噴嘴(I)或如權(quán)利要求7所述的燃料供應(yīng)管線的焚燒器(8)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的焚燒器(8)，其特征在于，所述焚燒器(8)包括圍繞所述噴嘴(I)的所述出口(22)設(shè)置的至少一個(gè)防護(hù)流體孔。10.—種包括燃燒器的燃?xì)鉁u輪，所述燃燒器包括如權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所述的噴嘴(I)，或如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的焚燒器(8)。11.一種使用用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的噴嘴(I)的方法，所述噴嘴(I)包括內(nèi)通道(3)、渦流通道(4)、混合區(qū)(5)和出口通道(6)，其中所述噴嘴(I)從入口(20)延伸至出口(22)，所述渦流通道(4)圍繞所述內(nèi)通道(3)設(shè)置，所述內(nèi)通道(3)和所述渦流通道(4)從所述入口(20)延伸至所述混合區(qū)(5)，所述混合區(qū)(5)從所述內(nèi)通道(3)和所述渦流通道(4)延伸至所述出口通道(6)，并且所述出口通道(6)從所述混合區(qū)(5)延伸至所述出口(22)，所述方法包括通過(guò)所述噴嘴(I)給送燃料，并且在燃燒室中燃燒所述燃料。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述燃料為液體燃料如燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油與水的乳狀液。
【文檔編號(hào)】F23R3/38GK106091012SQ201610276116
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日 公開號(hào)201610276116.7, CN 106091012 A, CN 106091012A, CN 201610276116, CN-A-106091012, CN106091012 A, CN106091012A, CN201610276116, CN201610276116.7
【發(fā)明人】M.扎賈達(dá)茨, D.A.彭內(nèi)爾, T.C.默茨庫(kù)斯
【申請(qǐng)人】通用電器技術(shù)有限公司