專利名稱：具有改進的下游噴嘴的吹灰器噴嘴組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及一種用于清潔大型燃燒設備的內表面的吹灰器裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及用于吹灰器吹管的噴嘴的新結構，從而提高了清潔性能。
通常的吹灰器吹管包括至少兩個噴嘴，它們通常正好相反地取向并噴射流體，且沿著彼此成180°的方向。這些噴嘴可以直接相反，例如處在沿吹管的相同徑向位置上或者彼此徑向地隔開。在后面的情況中，離吹管末端更近的噴嘴通常被稱為下游噴嘴。這些噴嘴其中央通道通常但不總是與吹管的縱向軸線垂直相交，并且設在吹管的末端附近。
在吹灰器中采用了各種清潔介質。在許多應用中采用的是蒸汽和空氣。燃燒裝置的內表面內的爐渣和灰垢的清潔通過由清潔介質的沖擊引起的機械和熱沖擊的結合來完成。為了使該效果最大化，吹管和噴嘴被設計用來在所要清潔的表面上產生具有高峰值沖擊壓力的清潔介質的相干流。噴嘴性能一般通過測量從該噴嘴在給定距離處沖擊位于噴嘴中心線的交點處的表面的動態(tài)壓力來量化。為了使清潔效果最大化，要求具有在離開噴嘴時能完全膨脹的可壓縮噴吹介質流。完全膨脹指的是排出噴嘴的氣流的靜態(tài)壓力達到鍋爐內的環(huán)境壓力。噴射物在它通過噴嘴時受到的膨脹程度部分取決于喉管直徑(D)和噴嘴內膨脹出的長度(L)，一般被表示為L/D比值。在一定范圍內，一般來說L/D比值越高則噴嘴的性能越好。
可壓縮流體例如空氣或蒸汽的典型超聲波噴嘴設計理論要求噴嘴具有通常被稱為喉管的最小斷面區(qū)域。之后為膨脹斷面區(qū)域(膨脹區(qū))，該區(qū)域使得流體的壓力在流體通過噴嘴時降低并且使其流速高于聲音的速度。曾經研制出各種噴嘴結構，這些噴嘴優(yōu)化了L/D比值，從而在流體或噴射物離開噴嘴時使它顯著地膨脹。限制吹灰器噴嘴所能夠具有的實際長度的要求在于吹管組件必須通過在鍋爐的外壁中被稱為暗線箱的小孔。對于長回縮式吹灰器而言，吹管其直徑通常在三到五英寸的數(shù)量級上。這種吹管的噴嘴不能延伸超過吹管的外圓柱形表面顯著距離。在兩個噴嘴正好相反設置的應用中，在噴嘴的延伸長度上具有嚴格限制，以避免噴嘴之間的直接物理干擾或者出現(xiàn)不可接受的流體流進噴嘴入口的限制。在努力允許吹灰器噴嘴更長的過程中，吹灰器吹管的噴嘴常常被縱向地移動。雖然該結構通過有利于使用具有更理想的L/D比值的噴嘴而大體上提高了性能，但是已經發(fā)現(xiàn)上游噴嘴的性能明顯比下游噴嘴的性能好。因此，在這些噴嘴之間就會導致清潔效果上的不好的差異。
起初，下游噴嘴的低性能歸因于靜態(tài)壓力的損失，該靜態(tài)壓力與在噴嘴的以圓柱形凸起形式的上游噴嘴所表示的非流線體周圍上通過進入噴管內部的流體流動相關。但是，所進行的試驗表明即使在上游噴嘴向外迅速低移動以無任何障礙地流經吹管時，下游噴嘴的性能也不會顯著地改善。人們認為下游噴嘴的低性能明顯是由于在普通吹管的末端中所形成停滯區(qū)的緣故。通常的吹管端部或“噴嘴組”具有圓形、半球形的末端表面。由于下游噴嘴在末端半球形端面之前穿透噴嘴組，所以內部體積存在于下游噴嘴的外面。因此，到達下游噴嘴的大部分清潔流體被迫流過噴嘴入口并且到達吹管末端處的停滯狀態(tài)，然后重新加速進入噴嘴。另外，從所述末端返回的回流與在下游噴嘴入口處的前進流碰撞，從而導致更大的液力損失并且最重要的是進入到噴嘴的流動分布變形。與末端處和在與流動的不均勻分布相聯(lián)系的停滯狀況相關的液力損失，該不均勻分布基于本發(fā)明所提出的概念，它們被認為是下游噴嘴的低性能的主要原因。因此，本領域必須提供一種新的吹管結構，該吹管能夠顯著地提高下游噴嘴的性能。
簡要地說，本發(fā)明的第一實施方案包括在吹管的末端處的下游噴嘴，它具有形成在吹管內部中的收斂通道，用來引導清潔介質流經過下游噴嘴并且將該流體引導到下游噴嘴。收斂通道基本上消除了普通吹管末端的停滯體積。這具有降低液力損失并且改善在喉管處流動速度的均勻程度。這還提高了流動膨脹以及靜態(tài)能量到動態(tài)能量的轉換。
本發(fā)明的第二實施方案具有與第一實施方案基本上相同的的內表面。但是，第二實施方案的噴嘴組具有一種薄壁結構，該結構降低了噴嘴組的重量。
本發(fā)明的第三實施方案包括圍繞這上游噴嘴的外表面的翼形體。通過提供上游噴嘴的外表面的流線型設計，從而可以使與上游噴嘴相關的流體擾動最小化。
本發(fā)明的第四實施方案的特征在于上游噴嘴，其入口端朝著流經吹管的清潔介質流傾斜。
在第五實施方案中，上游噴嘴的特征在于，其縱向軸線垂直于具有朝著噴吹介質流傾斜的噴嘴入口的吹管的縱向軸線。
在振據(jù)本發(fā)明教導的第六實施方案中，提供上游噴嘴的出口端與吹管本體齊平的設計。
簡要的


從下面的說明和附圖中可以更清楚地了解本發(fā)明的進一步特征和優(yōu)點，其中圖1為長回縮式吹灰器的示意圖，該吹灰器是吹灰器的一種，它可以安裝本發(fā)明的噴嘴組；圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術的教導的吹灰器噴嘴組的斷面圖；圖2A為類似于圖2的斷面圖，但是顯示出用于噴嘴頭的可選停滯區(qū)；圖3為具有根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的特征的吹管噴嘴組的透視圖；圖4為根據(jù)如圖3所示的本發(fā)明第一實施方案的吹管噴嘴組的斷面前視圖；圖5A為根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的教導的上游噴嘴的放大斷面圖；圖5B為根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的教導的下游噴嘴的放大斷面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的教導的具有薄壁結構的吹管噴嘴組的端面前視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的教導在上游噴嘴周圍具有翼形或流線形本體的吹管噴嘴組的端面前視圖；圖7A為根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的教導在上游噴嘴周圍具有翼形本體的吹管噴嘴組的立剖視圖；圖7B為在上游噴嘴周圍具有翼形體的吹管噴嘴組的頂部透視圖，其中根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案的教導噴嘴的外表面具有梯形斷面；圖8為根據(jù)本發(fā)明第四實施方案相對于吹管縱向軸線具有彎曲的上游噴嘴的吹管噴嘴的斷面圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明第五實施方案具有其噴射軸線筆直且入口開口傾斜的上游噴嘴的吹管噴嘴組的斷面圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明第六實施方案具有與吹管噴嘴組的外徑齊平的上游噴嘴出口平面并且具有薄壁結構的吹管噴嘴組的斷面圖。
本發(fā)明的詳細說明下面優(yōu)選實施方案的說明實際上主要是舉例說明，而不是想限制本發(fā)明或其應用或用途。
在圖1中顯示出一種代表性的吹灰器，它在那里大體上由參考數(shù)字10表示。吹灰器10主要包括框架組件12、吹管14、輸送管16和支架18。吹灰器10被顯示出處在其正常的回縮靜止位置。在促動的情況下，吹管14延伸進燃燒系統(tǒng)例如鍋爐(未示出)并且從那里縮回，并且可以同時轉動。
框架組件12包括大體上為矩形形狀的框架盒20，它形成用于整個設備的外殼。支架18沿著兩對位于框架盒20兩側上的軌道移動，包括一對下軌道(未示出)和上軌道22。一對齒條與上軌道22剛性相連，并且用來使得支架18能夠縱向移動?？蚣芙M件12被支撐在壁箱(未示出)，該壁箱安裝在鍋爐壁或另一個安裝結構上，并且還由后支撐托架24支撐。
支架18驅動吹管14進出鍋爐，并且包括驅動馬達26和由外殼30包圍的齒輪箱28。支架18驅動一對小齒輪32，該對小齒輪嚙合齒條以使支架18和吹管14前進。支撐輥34嚙合導軌以支撐支架18。
輸送管16在一個端部處安裝在后托架36上，并且引導清潔介質的流動，所述流動通過提升閥38來控制。提升閥38通過由支架18嚙合的連接件40促動，從而在吹管14伸展的情況下開始噴射清潔介質，并且一旦吹管和支架返回到其空閑的回縮位置則切斷該流動，如圖1中所示。吹管14與輸送管16過盈配合，并且通過包裝(未示出)在它們之間設有流體密封。噴吹介質例如空氣或蒸汽在吹管14的內部流動并且通過安裝在噴嘴組52上的一個或多個噴嘴50排出，所述噴嘴組限定出末端51。末端51由半球形壁53封閉。
盤繞的電纜42將電源引導給驅動馬達26。前支撐托架44在其縱向和轉動運動期間支撐著吹管14。對于長的吹管長度而言，可以設置中間支撐件46，以防止吹管的過度彎曲變位。
現(xiàn)在參照圖2，該圖給出了根據(jù)現(xiàn)有技術的噴嘴組52的更詳細的說明。如所示的一樣，噴嘴組52包括一對直徑上正好相反設置的噴嘴50A和50B。噴嘴50A和50B從末端51開始移動，其噴嘴50B被稱為下游噴嘴(離末端51更近)而噴嘴50A被稱為上游噴嘴(離末端51更遠)。
通常為蒸汽的清潔介質在大約150psi或更高的表壓下沿著箭頭21所指的方向流進噴嘴組52。一部分清潔介質如箭頭23所指的一樣進入并排出下游噴嘴50A。箭頭25所指的一部分流體通過噴嘴50A并且繼續(xù)朝著下游噴嘴50B流動。那部分流體中的一些直接排出噴嘴50B，由箭頭27所指。如上所述，下游噴嘴50B與上游噴嘴50A相比其性能一般更低。這是由于以下事實，由箭頭29所指的通過上游噴嘴50A和下游噴嘴50B的清潔介質流在吹管14的末端51處接近完全停止(停滯)，從而在下游噴嘴50B之外的末端51處形成停滯區(qū)31。因此，由箭頭33所表示的清潔介質不得不再加速，向后流動并且與到來的流體27合并。由箭頭27表示的前進流體和由箭頭33表示的向后流體的合并由于在噴嘴入口處的液力損失的緣故而導致能量損失，并且還導致流動分布不均勻。能量損失與在末端處停止狀況和在噴嘴入口處的液力損失相關，并且入口水流曲線被認為是現(xiàn)有技術設計中下游噴嘴的低性能的主要原因。
如上所述，與噴嘴50A相比下游噴嘴50B的性能相對較低，這有各種各樣的解釋。這些發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)通過消除噴嘴組末端51處的停滯區(qū)并且將停滯區(qū)移動到下游噴嘴的入口可以提高下游噴嘴50B的性能；換句話說，基本上消除了在圖2中所示的由箭頭29和33表示的清潔介質流。該設計概念的優(yōu)點可以參照以下說明和圖2A在數(shù)學上進行說明。
在設計一種有效的收斂發(fā)散形拉瓦爾噴嘴中一個關鍵參數(shù)是喉管對出口的面積比(Ae/At)。具有理想的喉管對出口的面積比的噴嘴在噴嘴出口平面處將實現(xiàn)均勻的完全膨脹的流動。在發(fā)散段中的氣體膨脹量由以下等式給出，該等式的特征在于清潔介質流對于相同的簡化計算而言作為一維的。
等式1AeAt=1Me[(2γ+1)·(1+γ-12)·Me2](γ+1)2(γ-1)]]>這里，Ae＝噴嘴出口面積At＝喉管面積，該面積還等于理想的超聲波平面的面積。
出口馬赫數(shù)Me通過連續(xù)性方程和理想氣體的等熵關系而與喉管對出口的面積比相關(參見Michael A.Saad，“Compressible Fluid Flow”，PrenticeHall，Second Edition，Page 98)。
等式2Pe=Po·(1+γ-12·Me2)γ1-γ]]>這里，γ＝清潔流體的比熱比。對于空氣而言γ＝1.4。對于蒸汽而言γ＝1.329Pe＝噴嘴出口靜態(tài)壓力，psia
Po＝總壓力，psiaMe＝噴嘴出口馬赫數(shù)在上述等式2中，出口馬赫數(shù)和壓力比之間的關系基于以下假設，流動在收斂發(fā)散形拉瓦爾噴嘴的最小斷面面積的平面處達到聲音的速度，名義上為喉管。但是在實際上尤其在吹灰器應用中，該流體在喉管處達到聲速，并且在相同平面中是不均勻的。實際聲音平面通常從喉管向下游斜叉。
聲音平面的變形主要是由于到噴嘴入口斷面的流動不均勻分布的原因。在吹灰器應用中，如由在圖2中用于噴嘴50A的箭頭23和用于噴嘴50B的箭頭33和27所示，清潔流體在離其中心軸90°的地方達到噴嘴。采用這種結構，因為入口角不太陡峭所以進入噴嘴的流體有利于噴嘴入口斷面的下游平分。
聲音平面的變形和錯位因此影響在發(fā)散斷面中的清潔流體的膨脹，并且導致非均勻分布的出口壓力和馬赫數(shù)。這些發(fā)現(xiàn)與普通吹灰器噴嘴中的一個的測量出的和預料到的出口靜態(tài)壓力一致。
為了說明聲音平面的變化，在出口處的實際馬赫數(shù)可以如下與理想的喉管對出口面積相關 這里，At-a＝實際聲音平面的有效面積Me-a＝實際馬赫數(shù)在噴嘴出口處的平均值出口馬赫數(shù)和靜態(tài)壓力的不均勻分布程度分別在吹灰器的上游和下游噴嘴50A和50B之間變化。顯然下游噴嘴50B比上游噴嘴50A具有更不均勻的出口狀況，這被認為部分由于其相對差的性能的原因。
下游噴嘴50B相對于末端51的位置不僅引起更大的液力損失，而且還引起噴嘴入口的入射流體流的進一步不均勻分布。還有，在噴嘴入口處更大的流動不均勻分布將轉換成在聲音平面中更大的變化和變形，并且因此導致更差的性能。對于現(xiàn)有技術的設計而言，下游噴嘴50B的比率(At/At-a)與上游噴嘴50A相比更小。
在設計更有效的吹灰器噴嘴中，必須保持理想的和實際的面積比(At/At-a)更一致。在該發(fā)明中提出了幾種方法來實現(xiàn)這個目的。對于下游噴嘴來說，(At/At-a)部分由在圖2A中所示的尺寸“X”和“α”影響，(At/At-a＝f(α，X))。尺寸X表示噴嘴50A和50B之間的縱向分離。
間距X越小將使得入射流體流27與上游噴嘴軸線更不對準。例如，X為5英寸的間隔比X為4英寸的間隔其性能相對更好。
雖然更大的X距離是有益的，但是同時由于機械原因在大多數(shù)吹灰器應用中最好將X保持最小。在這些情況中，應該采用最優(yōu)的X距離，該距離將使流動干擾最小化并且還滿足機械要求。還有，降低在圖2A中所示的流體流接近角(α)將降低在噴嘴入口處的流動不均勻分布，并且潛在地降低了入口損失。
對于下游噴嘴50B而言，“At/At-a”比值部分受到在圖2A中所示的尺寸“Y”影響，(At/At-a＝f(Y))。尺寸Y被限定為末端51的內表面和下游噴嘴50B的入口軸線之間的縱向距離。
再參照圖2A，末端表面相對于下游噴嘴50B的位置影響進入噴嘴的流體流的對準并且產生更大的流體不均勻分布。例如，Y1(它代表現(xiàn)有技術)是在噴嘴中心軸線和吹管的末端51之間的最不利的距離。采用這種結構，噴嘴的性能相對較差。Y2為改進的距離，它基于被表示為51’的改進末端表面。在Y2的情況中，清潔流體25不會流過下游噴嘴50B，因此消除了由箭頭29和33表示的流體的停滯狀況。相反，流體充分流入噴嘴入口。因此，如果假設尺寸Y沿著在圖2A中所示的噴嘴組52的縱向軸線的左手方向中為正，則在負Y方向中就沒有清潔介質的任何實質流體的存在。還有，如果噴嘴50B的縱向軸線(被顯示為虛線)限定了沿著從噴嘴排出的方向被假定為正的Z軸線，則還有真實的是，一旦沿著噴嘴組52到達流體首先開始進入下游噴嘴50B的縱向點，則完全沒有任何具有負Z分量的流動速度矢量。這樣在噴嘴入口處的液力和能量損失就被最小化，從而改善了下游噴嘴50B的性能。還有，通過這個改進，清潔流體可以更均勻地進入下游噴嘴50B，因此使聲音平面的變形最小化，這又提高了流體膨脹以及總壓力到動態(tài)能量的轉化。Y的最優(yōu)數(shù)值基本上等于Y2，該數(shù)值為下游噴嘴50B的入口端的直徑的一半。
另一方面，將末端內表面的形狀設成51″是不好的。在這種結構中，降低了入口流動面積并且使流體流相對于噴嘴中心軸線進一步地不對準，這會導致流體分離和分散。
現(xiàn)在參照圖3和4，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方案教導的吹管噴嘴組102。吹管噴嘴組102包括具有外部表面105的中空內部體或增壓室104。吹管噴嘴組的末端大體上由參考數(shù)字106表示。吹管噴嘴組包括徑向設置且縱向隔開的兩個噴嘴108和110。優(yōu)選的是，吹管噴嘴組102以及噴嘴108和110被形成為一個整體件?；蛘撸€有可能的是將噴嘴焊接到噴嘴組102中。
圖4詳細地顯示出噴嘴108和110。如所示的一樣，噴嘴108設置在吹管噴嘴組102的末端106處并且一般被稱為下游噴嘴。縱向地離開末端106設置的噴嘴110一般被稱為上游噴嘴。
參照圖4和5A，所顯示出的上游噴嘴110是一種公知拉瓦爾結構的典型收斂發(fā)散噴嘴。具體地說，上游噴嘴110限定了入口端112，該端部與吹管噴嘴組102的內部體104相同。噴嘴110還限定了出口端部114，通過該端部可以排出清潔介質。收斂壁116和發(fā)散壁118形成喉管120。噴嘴110噴射的中心軸線122基本上垂直于吹管噴嘴組102的縱向軸線125。但是，還有可能的是，噴射的中心軸線122在大約70度(70℃)的角度到大約與縱向軸線基本垂直的角度范圍內取向。噴嘴110的發(fā)散壁118限定出如從噴射中心軸線122測量出的發(fā)散角Φ1。噴嘴110還限定了膨脹區(qū)124，該膨脹區(qū)其具有在喉管120和出口端114之間的長度L1。
參照圖4和5B，下游噴嘴108還包括入口端部126和形成在軸線136周圍的出口端128。沒有進入上游噴嘴110的一部分清潔介質在入口端126處進入下游噴嘴108。清潔介質通過出口端128進入入口端126和排出噴嘴108。收斂壁130和發(fā)散壁132限定了下游噴嘴108的喉管134。喉管134的平面基本上平行于噴嘴組的縱向軸線125。下游噴嘴108的發(fā)散壁132是直的，即其形狀為圓錐形，但是可以采用其它形狀。噴嘴108的中心軸線136在大約70度(70℃)的角度到大約與吹管噴嘴組102的縱向軸線125基本垂直的角度范圍內取向。噴嘴108限定出如從噴射中心軸線136測量出的發(fā)散角Φ2。在喉管134和出口端128之間限定出具有長度L2的膨脹區(qū)138。
參照圖4，由于噴嘴性能部分取決于通過噴嘴排出的清潔介質射流的膨脹程度。優(yōu)選的是，下游噴嘴108和上游噴嘴110具有相同的幾何形狀。或者本發(fā)明還可以裝有分別具有不同幾何形狀的下游和上游噴嘴108和110。具體地說，下游噴嘴108的喉管134的直徑可以比上游噴嘴110的喉管120的直徑更大。還有，膨脹室138的長度L2可以大于上游噴嘴110的膨脹室124的長度L1。在可選實施方案中，喉管134的直徑比喉管120的直徑大至少5％，并且長度L2比長度L1大至少10％。因此，下游噴嘴108的L/D比值可以比上游噴嘴110的L/D數(shù)值更大。
如在圖4中所示，通過由箭頭152表示的上游噴嘴110的清潔介質流由收斂通道142引導。收斂通道142形成上游噴嘴110和下游噴嘴108之間的吹管噴嘴組102的內部104中。收斂通道142優(yōu)選通過將氣動收斂輪廓體144設置在下游噴嘴喉管134的表面周圍而形成收斂通道142。收斂通道142逐漸減少了在上游噴嘴110的入口端部112和下游噴嘴108的入口端部126之間的吹管噴嘴組102的內部104的斷面。本體144的頂端148處于和噴嘴108的入口端126一樣的平面中。在優(yōu)選實施方案中，輪廓體144為吹管噴嘴組102和下游噴嘴108的整體部分。輪廓體144具有傾斜輪廓，這樣清潔介質流將朝著下游噴嘴108的入口端126引導。因此，收斂通道142具有用于噴吹介質的斷面流動面積，該斷面流動面積從正好通過上游噴嘴110到下游噴嘴108平緩地減少并且使清潔介質的流動返回以進入下游噴嘴，并且降低了液力損失。
如圖4中所示，該圖顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的噴嘴組102的操作。清潔介質在吹管噴嘴組102的內部104中沿著由箭頭150所示的方向流動。一部分清潔介質通過入口端部112進入上游噴嘴110。然后清潔介質進入喉管120，在此處介質可以達到聲音的速度。然后介質進入膨脹室124，在此處它進一步被加速并且在出口端114處排出上游噴嘴110。
沒有進入上游噴嘴110的入口端112的一部分清潔介質如由箭頭152所指示的一樣朝著下游噴嘴108流動。清潔介質流進形成在吹管噴嘴組102的內部104中的收斂通道142中。收斂通道142將清潔介質引導到下游噴嘴108的入口端126。因此，清潔介質基本上不會縱向地流到下游噴嘴108的入口端126外面。另外，一旦流體到達入口端126，在負“Z”方向(被定義為與軸線136對準并且在流體排出方向中為正)中沒有任何流動速度分量。由于收斂通道142的存在，所以清潔介質的流動更有效地被驅動到噴嘴入口126。從而減少了與進入下游噴嘴108的喉管134的清潔介質相關的能量損失，因此提高了下游噴嘴108的性能。和現(xiàn)有技術的設計不一樣，流動介質不必在下游噴嘴外面的區(qū)域中達到完全停止，然后重新加速以進入噴嘴108的入口端126。還有，由于對于上游噴嘴110和下游噴嘴108而言還有可能具有不同的幾何形狀，所以進入下游噴嘴108中的膨脹區(qū)138的清潔介質比在上游噴嘴110的膨脹區(qū)124中的清潔介質更膨脹，以便補償在噴嘴108和110之間任意的噴嘴入口壓力差。離開下游噴嘴108的清潔介質的動態(tài)能量與離開上游噴嘴110的清潔介質的動態(tài)能量更加接近。
具體參照圖6，該圖顯示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的吹管噴嘴組202。該吹管噴嘴組202類似于限定有中空內部204和外部表面205的吹管噴嘴組102。該吹管噴嘴組202具有下游噴嘴208和上游噴嘴210，它們的結構與第一實施方案中的噴嘴108和110相同。還有，噴嘴組202具有和噴嘴組102相同的內部體積和流動通道。
第二實施方案與第一實施方案的不同之處在于，減小了噴嘴組202的壁厚度。流動障礙物244是中空的，從而降低了噴嘴組202的重量。
參照圖7、7A和7B，這些圖顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的教導的用于吹灰器的吹管噴嘴組302。吹管噴嘴組302包括中空內部304。吹管噴嘴組302包括下游噴嘴306和上游噴嘴310。下游和上游噴嘴306和310的尺寸和幾何形狀分別與第一實施方案的噴嘴108和110的尺寸和幾何形狀相同。
該實施方案的吹管噴嘴組302與前面所述的實施方案的不同之處在于，上游噴嘴310包括在上游噴嘴310的噴嘴發(fā)散表面312周圍的翼型或流線形本體311。優(yōu)選的是，上游噴嘴翼型本體311具有梯形斷面。上游噴嘴310的發(fā)散段307(如在圖7A中所示的一樣)從入口到出口平面沿著其軸線在每個點處都是圓形的。翼型本體311具有平滑的上游傾斜表面314A和下游傾斜表面314B。上游傾斜表面314A接收來自噴嘴組的近端的清潔介質，該清潔介質沿著由圖7中所示的箭頭319所示的方向流動。下游傾斜表面314B允許清潔介質能夠如箭頭320所示的一樣通過上游噴嘴310平滑地流動到下游噴嘴306的入口端316。如圖7中所示在上游噴嘴310的中心軸線315和翼型本體311的傾斜表面314B之間測量出翼型本體311的傾角φ1。在優(yōu)選的實施方案中，翼型本體311由和噴嘴組302相同的材料制成。翼型本體311使得清潔介質能夠如由箭頭320所示的一樣平滑地流動到下游噴嘴306的入口端316。另外，翼型本體311將減小影響上游噴嘴310的紊流旋渦，并且使流體320的壓降最小化，該流體通過上游噴嘴310以輸送給下游噴嘴306。圖7A為稍微傾斜的噴嘴組302的斷面圖。該透視圖有助于進一步顯示出中空內部304的輪廓。圖7B尤其顯示出翼型本體311的固體形式。該視圖顯示出翼型本體311’和翼型本體311一樣包括側面表面324。翼型本體311和311’被構成用來使通過噴嘴310的流動面積的阻礙最小化。也就是說，這是部分通過使得側表面324緊緊接近噴嘴310的這些內表面307而造成的。
現(xiàn)在參照圖8，該圖顯示出根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的吹管噴嘴組402。該吹管噴嘴組中空內部404限定了縱向軸線407。吹管噴嘴組402具有設置在吹管噴嘴組402的末端處的下游噴嘴408。上游噴嘴410在縱向上與下游噴嘴408隔開。在該實施方案中，下游噴嘴408具有與第一實施方案的噴嘴108相同的結構。但是，上游噴嘴410的幾何形狀是不同的。在該實施方案中，上游噴嘴410具有彎曲的內部形狀，這樣入口端412朝著由箭頭411所示的清潔介質流彎曲。如從入口端412到出口端418所測量出的排出端416的中心軸線是彎曲的而不是直的。上游噴嘴410具有收斂壁420和連接收斂壁的分散壁422。收斂壁420和分散壁422限定了喉管424。喉管424的中心軸線是彎曲的，這樣在喉管424和噴嘴組402的縱向軸線407之間所限定的φ3在0-90度的范圍內。優(yōu)選的是，角度φ3等于大約45度。
圖9表示了根據(jù)本發(fā)明第五實施方案的吹管噴嘴組502。吹管噴嘴組502具有和第四實施方案中的吹管噴嘴組相同的結構。吹管噴嘴組502具有設置在吹管噴嘴組502的末端506處的下游噴嘴508。吹管噴嘴組502具有限定了入口端512和出口端514的上游噴嘴510。喉管516由收斂壁520和分散壁522限定。
本實施方案與第四實施方案中的噴嘴幾何形狀的不同之處在于，上游噴嘴510具有中心軸線518，該軸線是直的而不是如在前面實施方案中所示的一樣彎曲的。該實施方案具有朝著如箭頭511所示的清潔介質流傾斜的入口端512。為了具有朝著清潔介質流傾斜的入口端512，正好彼此相反的收斂和分散壁520和522具有不同的長度。因此，收斂壁522A比發(fā)散壁522B更長。
圖10表示出本發(fā)明的第六實施方案。吹管噴嘴組602限定了內部表面604和外部表面606。下游噴嘴608設置在吹管噴嘴組602的末端607處。下游噴嘴608其結構和尺寸與第一實施方案的噴嘴108相同。
上游噴嘴610是具有入口端612和出口端614的筆直噴嘴。和前面實施方案的上游噴嘴相同，上游噴嘴610具有由收斂壁618和分散壁620所限定的喉管616。上游噴嘴610限定了在入口端612和出口端614之間的噴射中心軸線622。在該實施方案中，出口端614的平面624與吹管噴嘴組602的外部表面606齊平。由分散壁620提供的噴嘴膨脹區(qū)622完全位于吹管噴嘴組602的直徑內部。噴嘴組602的特征還在于一種“薄壁”結構，在該結構中外壁具有幾乎均勻的厚度，還形成傾斜表面628和630以及頂端632。
上述說明披露并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。本領域普通技術人員將從這個說明以及附圖和權利要求中容易知道，在不脫離由以下權利要求所限定的發(fā)明的真實精神和同等范圍的情況下可以對本發(fā)明做出各種改變和變化。
權利要求
1.一種用于吹灰器的吹管噴嘴組，用來通過清潔介質的射流沖擊來清潔熱交換器表面，該噴嘴組包括噴嘴組本體，限定有縱向軸線、中空內部、末端和近端，并且近端接受清潔介質；設在噴嘴組本體的末端附近的用來噴射清潔介質的下游噴嘴，該下游噴嘴具有入口端和與噴嘴組本體縱向軸線基本上垂直的噴射軸線，所述噴嘴組中空內部和下游噴嘴如下進行配合，從近端到末端通過噴嘴組本體內部沿著縱向軸線流動的清潔介質流基本上不會流到下游噴嘴入口端外面；以及用于噴射清潔介質的上游噴嘴，它設置在吹管噴嘴組的與末端和下游噴嘴隔開的縱向位置處。
2.如權利要求1所述的噴嘴組，其中所述第一噴嘴包括靠近下游噴嘴入口端的第一收斂段、連接第一收斂段并且以第一出口端終止的第一發(fā)散段、在連接第一收斂段和第一發(fā)散段的位置處的具有第一直徑的第一喉管、在第一喉管和第一出口端之間的具有第一膨脹長度的第一膨脹區(qū)；以及具有第二入口端和第二出口端的上游噴嘴，其中清潔介質通過第二入口端進入上游噴嘴并且通過第二出口端排出噴嘴組，并且第二出口端具有與上游噴嘴組本體的縱向軸線基本上垂直的第二噴射軸線，還具有靠近第二入口端的第二收斂段，連接限定了具有第二直徑的第二喉管的第二發(fā)散段，在第二喉管和第二出口端之間的具有第二膨脹長度的第二膨脹區(qū)。
3.如權利要求2所述的噴嘴組，其中第一膨脹長度對第一直徑的比值與第二膨脹長度對第二直徑的比值不同。
4.如權利要求2所述的噴嘴組，其中第一膨脹長度對第一直徑的比值等于第二膨脹長度對第二直徑的比值。
5.如權利要求2所述的噴嘴組，其中上游噴嘴的出口端基本上在由噴嘴組本體的外部表面所限定的圓筒內部。
6.如權利要求2所述的噴嘴組，其中下游噴嘴的出口端基本上在由噴嘴組本體的外部表面所限定的圓筒內部。
7.如權利要求1所述的噴嘴組，其中所述上游噴嘴產生出沿著徑向上正好與由下游噴嘴產生出的清潔介質流的方向相反的方向引導的清潔介質流。
8.如權利要求1所述的噴嘴組，其中噴嘴組本體中空內部限定了在下游噴嘴的末端和前端邊緣的所有位置處減小了斷面面積的收斂通道。
9.如權利要求8所述的噴嘴組，其中收斂通道至少部分由設置在下游噴嘴入口端附近的并且限定了噴嘴組本體的中空內部表面的輪廓本體所限定。
10.如權利要求9所述的噴嘴組，其中輪廓本體的頂端部分限定了下游噴嘴入口端。
11.如權利要求1所述的噴嘴組，其中翼型本體圍繞著上游噴嘴并且限定了噴嘴組本體的一部分中空內部。
12.如權利要求11所述的噴嘴組，其中翼型本體具有下游斜面，用來將清潔介質流從噴嘴組近端引導到上游噴嘴和上游斜面以及用來使清潔介質通過上游噴嘴朝著下游噴嘴引導。
13.如權利要求1所述的噴嘴組，其中清潔介質包括至少部分蒸汽。
14.如權利要求1所述的噴嘴組，其中所述噴嘴組本體中空內部和所述下游噴嘴限定了從噴射下游噴嘴軸線到末端沿著噴嘴組本體縱向軸線(Y)所測量出的距離(Y)，并且其中所述距離(Y)不會明顯大于下游噴嘴端部的直徑的一半。
15.如權利要求14所述的噴嘴組，其中清潔介質流沿著縱向軸線的方向從近端到末端被假定為正，并且一旦清潔介質進入下游噴嘴入口，則沿著負(Y)方向就沒有清潔介質流。
16.如權利要求1所述的噴嘴組，其中所述上游噴嘴的第二噴射軸線從垂直于噴嘴組本體縱向軸線朝著所述近端傾斜。
17.如權利要求16所述的噴嘴組，其中所述第二噴射軸線限定了彎曲直線。
18.如權利要求16所述的噴嘴組，其中所述第二噴射軸線限定了直線。
19.如權利要求17所述的噴嘴組，其中所述噴嘴組本體具有基本上均勻的壁厚度。
20.如權利要求1所述的噴嘴組，其中所述下游縱向軸線限定軸線(Z)，并且其中一旦清潔介質流到達下游噴嘴的入口端，則沿著負Z方向就沒有任何清潔介質流分量。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種新設計的噴嘴以及吹灰器的吹管,它用來通過清潔介質的噴射沖擊來清潔熱交換器的內部。根據(jù)本發(fā)明的教導,所發(fā)明的吹灰器結構在吹管(下游噴嘴)的末端的頂端處安裝有噴嘴。吹管還包括設置在對面的并且在縱向上與末端噴嘴隔開的上游噴嘴。該設計使得清潔介質流能夠進入噴嘴的入口端,而不會在吹管的端部處開始停止。還有,本發(fā)明還使得收斂通道設置在吹管的內部中,從而將通過上游噴嘴的清潔介質流引導進下游噴嘴的入口端,并且具有最小的液力損失和流動不均勻分布性。本發(fā)明還披露了一種設置在上游噴嘴周圍的翼型本體,它使得由收斂通道的非流線形本體所引起的流動干擾最小化。
文檔編號F28G1/16GK1375657SQ02108498
公開日2002年10月23日 申請日期2002年1月11日 優(yōu)先權日2001年1月12日
發(fā)明者托尼·F·哈比卜, 戴維·L·凱勒 申請人:鉆石能量國際公司