一种内外流道当量比可调的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器制造技术

本发明专利技术提供了一种内外流道当量比可调的喷嘴，波浪旋流器同轴设置于外壁圆筒内，中间圆筒沿波浪旋流器轴向、由波浪旋流器的出口端嵌入波浪旋流器，波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流结构，外圈旋流结构、中间圆筒与外壁圆筒围成外流道，内圈旋流结构与中间圆筒围成内流道，中间圆筒嵌入波浪旋流器的部分为嵌入段，嵌入段为非圆筒结构以调节内流道和外流道的当量比。本发明专利技术通过嵌入段可以调节内流道和外流道的当量比，降低火焰传播速度，避免喷嘴出口中间区域发生回火，拓宽喷嘴的回火裕度。

【技术实现步骤摘要】
一种内外流道当量比可调的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器
本专利技术涉及燃烧装置
，尤其涉及一种内外流道当量比可调的的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器，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
工业生产如冶炼、石化、制药、造纸及采矿等行业会产生大量有害气体和低热值气体，这些气体直接排放到大气中会严重污染环境，而且还浪费了能源。如果将这些气体燃烧利用，不但减小了环境污染和节约能源。当前我国环境污染问题十分严重，发展相关清洁燃烧技术十分迫切。此外，航空发动机、发电用燃气轮机、舰船用燃气轮机也都需要燃烧器。燃烧器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。当量比是喷嘴和燃烧器的重要参数，其对燃烧性能有重要影响，不同的当量比与燃烧稳定性、污染物排放有直接关系，针对不同的工况需要对当量比进行调节，以便改善燃烧性能。因而，本领域亟需开发一种内外流道当量比可调的燃烧器。
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内外流道当量比可调的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。(二)技术方案本专利技术提供了一种内外流道当量比可调的喷嘴，包括：中间圆筒、外壁圆筒和波浪旋流器；其中，所述波浪旋流器同轴设置于所述外壁圆筒内；所述中间圆筒沿所述波浪旋流器轴向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流结构；所述外圈旋流结构、中间圆筒与外壁圆筒围成外流道，所述内圈旋流结构与中间圆筒围成内流道；所述中间圆筒嵌入波浪旋流器的部分为嵌入段，所述嵌入段为非圆筒结构以调节内流道和外流道的当量比。优选地，所述波浪旋流器由沿径向起伏的多个波峰和多个波谷沿周向相间排列而成；所述嵌入段为齿状结构，所述齿状结构包括沿周向排列的多个条形片，相邻条形片之间形成凹槽。优选地，所述凹槽与所述波谷位置对应，所述条形片与所述波峰位置对应；或者，所述凹槽与所述波峰位置对应，所述条形片与所述波谷位置对应。优选地，所述条形片开有通孔。优选地，所述波浪旋流器由沿径向起伏的多个波峰和多个波谷沿周向相间排列而成；所述嵌入段为波浪结构，所述波浪结构由沿径向起伏的多个波峰和多个波谷沿周向相间排列而成。优选地，所述嵌入段的波谷与波浪旋流器的波峰位置对应，所述嵌入段的波峰与波浪旋流器的波谷位置对应；或者，所述嵌入段的波谷与波浪旋流器的波谷位置对应，所述嵌入段的波峰与波浪旋流器的波峰位置对应。优选地，所述波浪结构的波峰和波谷开有通孔。优选地，部分或全部所述内圈旋流结构沿轴向被修剪掉，所述波浪旋流器的上游段形成一空腔。本专利技术还提供了一种喷嘴阵列，包括多个上述任一种喷嘴，其中，所述喷嘴阵列为圆形阵列，所述圆形阵列包括P圈喷嘴，每圈喷嘴包括Q个喷嘴，其中1≤P、Q≤100；或者，所述喷嘴阵列为矩形阵列，所述矩形阵列包括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，其包括上述任一种喷嘴，或者上述喷嘴阵列。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的内外流道当量比可调的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器具有以下有益效果：中间圆筒嵌入波浪旋流器的嵌入段为波浪结构或齿状结构，嵌入段还可以开设通孔，可以调节内流道和外流道的当量比，降低火焰传播速度，避免喷嘴出口中间区域发生回火，拓宽喷嘴的回火裕度。附图说明图1为本专利技术第一实施例的内外流道当量比可调的喷嘴的半剖图；图2为图1所示喷嘴的俯视图；图3为图1所示喷嘴略去外壁圆筒的三维图；图4为图1所述喷嘴的中间圆筒示意图；图5为图4所示中间圆筒与波浪旋流器一种组合结构示意图；图6为图4所示中间圆筒与波浪旋流器另一种组合结构示意图；图7为图1所示喷嘴的尺寸示意图；图8为图1所示喷嘴的轴向尺寸示意图；图9为本专利技术第二实施例的喷嘴的中间圆筒示意图；图10为图9沿轴向位置的剖分图；图11为图9所示中间圆筒与波浪旋流器一种组合结构示意图；图12为图9所示中间圆筒与波浪旋流器另一种组合结构示意图；图13为本专利技术第三实施例的中间圆筒示意图；图14为本专利技术第四实施例的中间圆筒示意图。【符号说明】1-中间圆筒入口；2-外壁圆筒入口；3-外壁圆筒；4-支撑圆筒；5-波浪旋流器；51-波峰；52-波谷；6-中间圆筒；7-内掺混区；8-网孔板；9-外掺混区；10-中间圆筒出口区；11-出口掺混区；12-喷嘴出口；13-内圈旋流结构；14-外圈旋流结构；15-波浪结构；151-波峰；152-波谷；16-条形片；17-凹槽；18-通孔；A-外壁圆筒直径；B-中间圆筒直径；C-波浪旋流器的内接圆直径；D-中间圆筒嵌入波浪旋流器的深度；E-网孔板厚度；F-内掺混区高度；G-中间圆筒出口区高度；H-出口掺混区高度。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。请参考图1至图3，本专利技术第一实施例提供了一种内外流道当量比可调的喷嘴，包括：中间圆筒6、外壁圆筒3、网孔板8和波浪旋流结构。波浪旋流结构位于外壁圆筒3内，与外壁圆筒3同轴设置；波浪旋流结构包括波浪旋流器5和支撑圆筒4，波浪旋流器5由沿径向起伏的多个波峰51和多个波谷52沿周向相间排列而成，沿周向排列的波谷52围成内接圆，在波浪旋流器5的中心形成内接圆空间，沿周向排列的波峰51形成外切圆。波浪旋流器5由下游至上游方向过渡连接至支撑圆筒4。中间圆筒6沿波浪旋流器5轴向、由波浪旋流器5的出口端嵌入波浪旋流器5，中间圆筒6的直径处于内接圆直径和外切圆直径之间，其将波浪旋流器5分割成内圈旋流结构13和外圈旋流结构14两部分，外圈旋流结构14、中间圆筒6和外壁圆筒3围成外流道，内圈旋流结构13与中间圆筒6围成内流道。网孔板8设置于中间圆筒6内，网孔板8与波浪旋流器5的出口端之间形成内掺混区7，内掺混区7与内流道连通，外壁圆筒3沿下游方向突出于中间圆筒6，外壁圆筒3、波浪旋流器5的出口端与中间圆筒6围成外掺混区9，外掺混区9与外流道连通，外壁圆筒3突出于中间圆筒6的部分形成出口掺混区11。本实施例的喷嘴，燃料和空气在进入喷嘴前并不掺混，中间圆筒入口1可以是燃料入口也可以是空气入口，同样，外壁圆筒入口2也可以是燃料入口或空气入口。为了实现燃烧必须将燃料和空气掺混到一起，本实施例中有三个掺混区，分别是内掺混区7、外掺混区9、出口掺混区11。以向中间圆筒入口1通入燃料，外壁圆筒入口2通入空气为例，燃料由中间圆筒入口1进入喷嘴，经支撑圆筒4进入波浪旋流器5，部分燃料流入内流道，部分燃料流入外流道，空气由外壁圆筒入口2进入喷嘴，部分空气流入内流道，部分空气流入外流道，流入内流道的燃料和空气进入内掺混区7掺混成为带旋可燃混合物；流入外流道的燃料和空气进入外掺混区9掺混成为带旋可燃混合物，网孔板8起到过滤作用，内掺混区7的带旋可燃混合物经网孔板8后，其旋转运动被过滤，成为无旋可燃混合物，无旋可燃混合物经中间圆筒出口区10流出后，与流出外掺混区9的带旋可燃混合物在出口掺混区11进行掺混，并由喷嘴出口12喷出燃烧。在本专利技术中，由于外掺混区9的可燃混合物带有旋转运动，在离心力作用下使可燃混合器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内外流道当量比可调的喷嘴，其特征在于，包括：中间圆筒、外壁圆筒和波浪旋流器；其中，所述波浪旋流器同轴设置于所述外壁圆筒内；所述中间圆筒沿所述波浪旋流器轴向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流结构；所述外圈旋流结构、中间圆筒与外壁圆筒围成外流道，所述内圈旋流结构与中间圆筒围成内流道；所述中间圆筒嵌入波浪旋流器的部分为嵌入段，所述嵌入段为非圆筒结构以调节内流道和外流道的当量比。

【技术特征摘要】
1.一种内外流道当量比可调的喷嘴，其特征在于，包括：中间圆筒、外壁圆筒和波浪旋流器；其中，所述波浪旋流器同轴设置于所述外壁圆筒内；所述中间圆筒沿所述波浪旋流器轴向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流结构；所述外圈旋流结构、中间圆筒与外壁圆筒围成外流道，所述内圈旋流结构与中间圆筒围成内流道；所述中间圆筒嵌入波浪旋流器的部分为嵌入段，所述嵌入段为非圆筒结构以调节内流道和外流道的当量比。2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述波浪旋流器由沿径向起伏的多个波峰和多个波谷沿周向相间排列而成；所述嵌入段为齿状结构，所述齿状结构包括沿周向排列的多个条形片，相邻条形片之间形成凹槽。3.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述凹槽与所述波谷位置对应，所述条形片与所述波峰位置对应；或者，所述凹槽与所述波峰位置对应，所述条形片与所述波谷位置对应。4.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述条形片开有通孔。5.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述波浪旋流器由沿径向起伏的多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，徐纲，尹娟，卢新根，朱俊强，杜薇，穆勇，刘存喜，刘富强，杨金虎，
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