一种可形成低速区的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器制造技术

本发明专利技术提供了一种可形成低速区的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器，该喷嘴包括内层圆筒、外层圆筒和M层波浪结构，M层波浪结构夹设于内层圆筒和外层圆筒之间，其沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层波浪结构之间以及波浪结构与内层圆筒、外层圆筒之间形成斜流通道，该斜流通道由波浪结构的底端向顶端延伸，并与轴向具有一定角度，反应流体经斜流通道喷出后，同时沿轴向和圆周方向旋转运动，在该沿圆周方向旋转运动的作用下产生第一低速区，可以防止熄火和火焰脉动现象的发生，提高了燃烧的稳定性、完全性和效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃烧装置
，尤其涉及一种可形成低速区的喷嘴和喷嘴阵列，其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉等各种工业燃烧器。
技术介绍
燃气轮机由于单机体积小和输出功率大等特点，广泛应用于电力、航空、石油化工等行业。由于能源危机和环境恶化，急需发展高效清洁燃烧室，要求燃烧室具有点火可靠、燃烧稳定、效率高及低排放等特性。当前我国环境污染问题十分严重，发展燃气轮机清洁燃烧技术十分迫切。燃气轮机厂商已经开发了多种清洁燃烧技术，如贫预混燃烧技术、稀相预混预蒸发技术、贫油直喷技术以及催化燃烧技术等，这些技术虽然可以有效降低污染物的排放，但都面临燃烧不稳定的问题。如美国通用公司开发的一种用于液体燃料燃烧的径向分级燃烧技术，可以有效降低一氧化氮排放。但是，由于主火焰稳定在剪切层的低速边沿，剪切层低速区域附近会产生周期性的涡脱落，在稳定点附近易产生振荡，在非设计工况运行时易发生燃烧不稳定现象。与燃气轮机燃烧器类似，其它各类工业燃烧器也面临着稳定燃烧与降低污染物排放的矛盾，因此，如何在不降低污染物排放的情况下尽可能提高燃烧稳定性，是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种可形成低速区的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。(二)技术方案本专利技术提供的一种可形成低速区的喷嘴，其包括内层圆筒10、外层圆筒20和M层波浪结构30，其中，M层波浪结构30夹设于内层圆筒10和外层圆筒20之间，其沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层波浪结构30之间以及波浪结构30与内层圆筒10、外层圆筒20之间形成斜流通道31，该斜流通道31由波浪结构的底端向顶端延伸，并与轴向具有一定角度；反应流体经斜流通道31喷出后，同时沿轴向和圆周方向旋转运动，在该沿圆周方向旋转运动的作用下产生第一低速区，其中，1≤M≤100。优选地，M层波浪结构30中的至少一层波浪结构30还包括钝体34，该钝体34为环形结构，其沿圆周方向贯穿波浪结构30；反应流体经斜流通道31喷出后，在该钝体34的作用下产生第二低速区。优选地，波浪结构30由沿径向起伏的N个波峰32和N个波谷33沿周向相间排列而成，相邻两层波浪结构的波峰和波谷之间、最外层波浪结构30与外层圆筒20之间以及最内层波浪结构30与内层圆筒10之间形成斜流通道31，其中，2≤N≤1000。优选地，M层波浪结构30中的至少一层波浪结构30还包括支撑圆筒37，该支撑圆筒的顶端与波浪结构的波峰和波谷的底端连接，相邻支撑圆筒37之间形成引流通道，引流通道与波浪结构形成的斜流通道连通，最内层支撑圆筒37与内层圆筒的下部之间形成内侧流道35，该内侧流道35与最内层波浪结构30和内层圆筒20形成的斜流通道31连通，最外层支撑圆筒37与外层圆筒的下部之间形成外侧流道36，该外层流道35与最外层波浪结构30和外层圆筒20形成斜流通道31连通。优选地，M层波浪结构30形成的斜流通道31与轴向的夹角被调节，反应流体沿圆周方向旋转运动的轨迹被改变，反应流体流场速率随之变化，火焰燃烧速率与反应流体流场速率实现匹配。优选地，钝体的数量和截面尺寸被调节，第二低速区的数量和尺寸被改变，火焰燃烧速率与反应流体流场速率实现匹配。优选地，空气和燃料分别由不同的引流通道流入斜流通道31，由斜流通道31喷出的空气和燃料充分掺混。优选地，支撑圆筒的顶端与波浪结构波峰和波谷底端的厚度相同，支撑圆筒的厚度由其顶端至底端逐渐增大。本专利技术还提供了一种可形成低速区的喷嘴阵列，其包括上述喷嘴中的任意一种；其中，该喷嘴阵列为圆形阵列，该圆形阵列包括P圈喷嘴，每圈喷嘴包括Q个喷嘴，其中1≤P、Q≤100；或者，该喷嘴阵列为矩形阵列，该矩形阵列包括P行喷嘴，每行喷嘴包括Q个喷嘴，其中1≤P、Q≤100。本专利技术还提供了一种燃烧器，其包括上述喷嘴中的任意一种，或者上述喷嘴阵列。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的可形成低速区的喷嘴具有以下有益效果：(1)在波浪结构的作用下，喷嘴出口的中心轴附近产生第一低速区，其可以防止熄火和火焰脉动现象的发生，提高了燃烧的稳定性、完全性和效率；(2)波浪结构结构简单、易于加工；(3)在钝体的作用下，喷嘴出口的与钝体对应位置产生第二低速区，其可以进一步防止熄火和火焰脉动现象的发生，提高了燃烧的稳定性、完全性和效率；(4)钝体增加了波浪结构的强度、减小了波浪结构的振动，降低了噪声，减小了波浪热变形；(5)钝体的存在，可以采用厚度较薄的波浪结构，减小了波浪结构对斜流通道的阻塞，进而减小了气体流动损失，进一步提高了燃烧效率；(6)支撑圆筒起到导流作用，使得反应流体流速更平稳、流场更稳定，可进一步提高燃烧的稳定性、完全性和效率；(7)空气和燃料可在喷嘴附近充分掺混，有助于进一步提高燃烧的稳定性、完全性和效率；(8)支撑圆筒厚度可变，实现了厚度的平滑过渡，并满足了支撑圆筒的强度要求，减少了支撑圆筒的材料用量，减轻了喷组的重量。附图说明图1为本专利技术实施例的具有一层波浪结构的可形成低速区的喷嘴的结构示意图；图2为图1所示可形成低速区的喷嘴的半剖平面图；图3为图1所示可形成低速区的喷嘴的半剖三维轮廓图；图4为图1所示可形成低速区的喷嘴略去内层圆筒和外层圆筒的半剖三维轮廓图；图5为本专利技术实施例的具有两层波浪结构的可形成低速区的喷嘴的纵剖面图；图6为本专利技术第四实施例的由可形成低速区的喷嘴组成的圆形阵列示意图。【符号说明】10-内层圆筒；20-外层圆筒；30-波浪结构；31-斜流通道；32-波峰；33-波谷；34-钝体；35-内侧流道；36-外侧流道；37-支撑圆筒；38-第一层波浪结构；39-第二层波浪结构。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1-5所示，本专利技术第一实施例的可形成低速区的喷嘴，其包括内层圆筒10、外层圆筒20和M层波浪结构30，波浪结构30呈环形波浪带状，M层波浪结构30夹设于内层圆筒10和外层圆筒20之间，沿圆筒四周的径向依次排列，在相邻两层波浪结构30之间以及波浪结构30与内层圆筒10和外层圆筒20之间形成斜流通道31，该斜流通道31由波浪结构的底端向顶端延伸，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可形成低速区的喷嘴，其特征在于，其包括内层圆筒(10)、外层圆筒(20)和M层波浪结构(30)，其中，M层波浪结构(30)夹设于内层圆筒(10)和外层圆筒(20)之间，其沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层波浪结构(30)之间以及波浪结构(30)与内层圆筒(10)、外层圆筒(20)之间形成斜流通道(31)，该斜流通道(31)由波浪结构的底端向顶端延伸，并与轴向具有一定角度；反应流体经斜流通道(31)喷出后，同时沿轴向和圆周方向旋转运动，在该沿圆周方向旋转运动的作用下产生第一低速区，其中，1≤M≤100。

【技术特征摘要】
1.一种可形成低速区的喷嘴，其特征在于，其包括内层圆筒(10)、
外层圆筒(20)和M层波浪结构(30)，其中，
M层波浪结构(30)夹设于内层圆筒(10)和外层圆筒(20)之间，
其沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层波浪结构(30)之间以及波浪结
构(30)与内层圆筒(10)、外层圆筒(20)之间形成斜流通道(31)，该
斜流通道(31)由波浪结构的底端向顶端延伸，并与轴向具有一定角度；
反应流体经斜流通道(31)喷出后，同时沿轴向和圆周方向旋转运动，
在该沿圆周方向旋转运动的作用下产生第一低速区，其中，1≤M≤100。
2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，M层波浪结构(30)中
的至少一层波浪结构(30)还包括钝体(34)，该钝体(34)为环形结构，
其沿圆周方向贯穿波浪结构(30)；反应流体经斜流通道(31)喷出后，
在该钝体(34)的作用下产生第二低速区。
3.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，波浪结构(30)由沿径
向起伏的N个波峰(32)和N个波谷(33)沿周向相间排列而成，相邻
两层波浪结构的波峰和波谷之间、最外层波浪结构(30)与外层圆筒(20)
之间以及最内层波浪结构(30)与内层圆筒(10)之间形成斜流通道(31)，
其中，2≤N≤1000。
4.如权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，M层波浪结构(30)中
的至少一层波浪结构(30)还包括支撑圆筒(37)，该支撑圆筒的顶端与
波浪结构的波峰和波谷的底端连接，相邻支撑圆筒(37)之间形成引流通
道，引流通道与波浪结构形成的斜流通道连通，最内层支撑圆筒(37)与
内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11