專利名稱：一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域，是一種專用于100kW級微型燃?xì)廨啓C(jī)
燃燒室的小尺度液體燃料霧化噴嘴。
背景技術(shù)：
微型燃?xì)廨啓C(jī)是分布式發(fā)電、分布式供能的主要動力之一，其功率一
般在數(shù)百千瓦以下，普遍采用回?zé)嵫h(huán)，發(fā)電效率可達(dá)30%或更高，具有 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，效率高以及可靠性高等優(yōu)點。燃燒室是微型燃?xì)廨啓C(jī) 的主要部件之一。
燃油霧化噴嘴是燃燒室的重要部件之一，其性能的好壞直接關(guān)系到整 個燃燒室的性能以及壽命。為保證燃燒室正常運行以及機(jī)組的啟動以及變 工況性能，通常要求燃油噴嘴能在一個較寬的負(fù)荷范圍內(nèi)保證良好的霧化 質(zhì)量，即要求燃油液滴有一個良好的霧化粒度以及合適的霧化角度。以往 燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室普遍采用離心式噴嘴來實現(xiàn)燃油霧化，所產(chǎn)生的油霧液滴 直徑在50至400uni之間。在壓力霧化技術(shù)中，利用油泵將燃油加壓后送 給霧化噴嘴，在離心力和燃油表面張力的相互作用，將油膜撕裂成小的油
滴，從噴嘴中噴出，形成錐形分布的油霧，從而完成整個霧化過程。由于 離心式噴嘴性能的限制，如果直接使用在微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室上將有可能 帶來如下的問題
1. 由于單油路的離心式霧化噴嘴的霧化質(zhì)量隨進(jìn)口油壓(燃油流量)變 化較大，無法同時滿足微型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在啟動以及額定工況及變工 況下的霧化性能。
2. 為達(dá)到良好的霧化性能，離心式噴嘴所需要的進(jìn)口油壓較高，這將對 機(jī)組的安全以及穩(wěn)定性帶來隱患，同時也增加了整個機(jī)組管路的制造 以及運行成本。
3. 由于離心式霧化噴嘴前端處于燃燒室的高溫區(qū)，沒有特殊的冷卻技術(shù)， 容易導(dǎo)致噴嘴燒壞。同時，燃油有可能焦化，從而堵塞噴嘴。
4. 由于離心式霧化噴嘴前端油霧濃度較高，含氧量相對不足，導(dǎo)致燃油 燃燒不充分，容易產(chǎn)生排氣冒煙等現(xiàn)象。
以往在重型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中采用氣動霧化噴嘴來解決這一問題，但 對于微型燃?xì)廨啓C(jī)來說，由于結(jié)構(gòu)尺寸大大減小，燃油流量降低，噴嘴尺 寸大大減小，因此，有必要對燃燒室的霧化噴嘴做進(jìn)一步的改進(jìn)，使得微 型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室在各種運行工況下都能獲得合理的霧化粒度分布，使得 整個燃燒室能夠滿足高效低污染燃燒技術(shù)的要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個適用于100kW級的微型燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒室的小尺度噴嘴，該噴嘴無論是在機(jī)組啟動還是額定工況下運行都能 獲得良好的霧化效果。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
提供一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴嘴，是用于lOOkW級微型燃?xì)廨啓C(jī)燃 燒室的小尺寸液體燃料噴嘴，它將液體燃料霧化；其包括燃油油路(1)、 氣路(2)及燃燒器根部風(fēng)噴入通道(3)三部分，燃油油路(1)是一個 不銹鋼管，前端與內(nèi)置式離心霧化裝置(6)過度配合，外壁與環(huán)形氣路 (2)的內(nèi)環(huán)管(9)的內(nèi)壁過度配合；環(huán)形氣路(2)的外環(huán)管外壁為噴 嘴外壁面(4)，外壁面(4)向右漸凸起延伸成圓臺狀燃燒器根部，燃燒 器根部設(shè)有多數(shù)個風(fēng)噴入通道(3):
環(huán)形氣路(2)中設(shè)有軸向旋流器(7)，環(huán)形氣路(2)的出口為環(huán)狀 縮口 (8)，環(huán)狀縮口 (8)圍于噴嘴噴口 (11)的周圓；
燃油油路(1)、環(huán)形氣路(2)及圓臺狀燃燒器根部同一軸線，噴嘴 噴口 (11)的中心位于軸線上；
噴嘴外壁面(4)直徑不大于15毫米，燃燒器根部風(fēng)噴入通道外壁(5) 直徑不大于25mm。
所述的噴嘴，其所述內(nèi)置式離心霧化裝置(6)，結(jié)構(gòu)為一常規(guī)的離心 式霧化噴嘴，通過選擇該離心式噴嘴的最佳特性參數(shù)和旋流室結(jié)構(gòu)與尺寸 達(dá)到最佳霧化效果，該結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍為1.8 2.5。
所述的噴嘴，其所述軸向旋流器(7)，其外周圓表面設(shè)有多數(shù)個均勻 分布的氣路通道，氣路通道為槽(10)，該槽(10)為蝸桿渦絲走向，展 開線角度為55°~65°。
所述的噴嘴，其所述環(huán)形縮口 (8)，為一環(huán)形漸縮口，該縮口根據(jù)空 氣動力學(xué)計算，其出口面積恰好達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲偎蟮呐R界面積。
所述的噴嘴，其所述燃燒器根部多數(shù)個風(fēng)噴入通道(3)，為一組8 ~ 12 個沿圓周方向均勻分布的圓孔，位于環(huán)形縮口 (8)的外周圓；該圓孔按 一定方向旋轉(zhuǎn)，圓孔中軸線與噴嘴軸線之間的夾角在剖面上的投影為42° ~ 48°，在下視面上的投影為20°~25°，其旋流方向與霧化氣旋流方向相反。
所述的噴嘴，其該噴嘴結(jié)構(gòu)組裝采用滾壓成型方式，以保證噴嘴的氣 密性和同心度，同時保證噴嘴噴口 (11)具有一定的圓度以及保證噴嘴軸 線與噴嘴噴口 (11)出口面垂直，并滿足光潔度要求。
所述的噴嘴，其所述多數(shù)個均勻分布的氣路通道，為三個。
本發(fā)明的優(yōu)點在于在不增加噴嘴制造成本，采用常規(guī)加工方法的前 提下，通過優(yōu)化設(shè)計，在這么一個小尺度的空間中實現(xiàn)燃油的高效霧化。 能利用一個小尺度的噴嘴滿足微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室在不同的負(fù)荷工況下 對燃油霧化質(zhì)量的要求，從而使燃燒室的結(jié)構(gòu)更為緊湊。其原因在于在本 發(fā)明的范例中，破碎油膜的擾動作用力主要是高速旋轉(zhuǎn)空氣對油膜的剪切 力，而非油膜本身的表面張力，因此隨著燃油流量的變化，本發(fā)明噴嘴的 霧化效果基本不變。
本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點在于能得到相對于離心式噴嘴更好的霧化質(zhì)量。 其原因在于在本發(fā)明的范例中，將霧化氣流在出口處加旋且利用環(huán)形縮口 將氣流加速到或接近當(dāng)?shù)匾羲?，霧化空氣與燃油油膜(霧)之間相對速度 的增加，加強(qiáng)了霧化氣流與燃油油膜或霧滴之間的相互剪切作用，從而提 高了燃油的霧化質(zhì)量。并且，在本發(fā)明范例所適用的微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室 中，由于燃油消耗量大大低于常規(guī)的重型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組，因此，霧化空氣 的引入并不會帶來很高的成本投入，僅僅需要一個小型氣泵即可。 本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點在于能大大降低噴嘴燒壞以及因燃油高溫焦化 而堵塞噴嘴等嚴(yán)重威脅機(jī)組正常運行的故障的發(fā)生概率，延長了大修時間 間隔，減少了機(jī)組的維修及運行成本。其原因在于由于燃油霧滴外有兩路 低溫高速空氣流，在促進(jìn)燃油霧化的同時，也增強(qiáng)了燃油噴嘴的散熱能力， 大大降低了噴嘴頭部以及噴嘴出口處的溫度。并由于空氣流量的增大，消 除了氣流在該處的回流，將產(chǎn)生的油霧及時地輸運到燃燒區(qū)中，并補(bǔ)充噴 嘴根部燃燒需要的空氣，從而減少燃油在噴嘴出口附近發(fā)生高溫焦化的概 率。
本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點在能使燃油在燃燒室能更完全清潔地燃燒，提高 了燃燒室的整體效率，并在一定程度上降低了冒煙等空氣污染物的排放。 這是因為在噴嘴出口位置處燃油濃度較高，此處是一個相對缺氧的環(huán)境。 燃燒器根部冷卻空氣以及霧化空氣由噴嘴進(jìn)入燃燒室， 一方面增強(qiáng)了燃燒 室內(nèi)燃油油霧與空氣的預(yù)混，降低燃燒室火焰的峰值溫度，抑制了燃燒室 內(nèi)N0X的生成；另一方面由于額外空氣的補(bǔ)充，增加了此位置的氧濃度，
從而使燃油燃燒得更為完全，提高了燃燒室的燃燒效率，并有效降低了燃
燒室排氣冒煙以及CO的生成濃度，大大提高了機(jī)組的環(huán)保性能。


圖1本發(fā)明一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴嘴的軸向剖視圖； 圖2本發(fā)明霧化氣路軸向旋流器正視圖； 圖3本發(fā)明噴嘴頭部部分剖面圖4裝有本發(fā)明一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴嘴的燃燒室連接示意圖； 圖5應(yīng)用本發(fā)明一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴嘴獲得的霧化特性曲線。
具體實施例方式
圖1至圖4是本發(fā)明的具體實施例。
參照圖1所示，一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴嘴A，是用于100kW級微 型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的小尺寸噴嘴，由燃油油路l、氣路2及燃燒器根部風(fēng) 噴入通道3三部分組成。噴嘴A外壁面4直徑不大于15毫米，燃燒器根 部風(fēng)噴入通道3的外壁5直徑不大于25mm。在不增加噴嘴A制造成本，采 用常規(guī)加工方法的前提下，通過優(yōu)化設(shè)計，在這么一個小尺度的空間中實 現(xiàn)燃油的髙效霧化。其中，油路1設(shè)置了內(nèi)置式離心霧化裝置6，氣路設(shè) 宣了軸向旋流器7，在霧化氣流噴出前，設(shè)置了環(huán)狀縮口8。該噴嘴A的 輸油管是一個不銹鋼管，前端與內(nèi)置式離心霧化裝置6過度配合，外壁與 環(huán)形氣路2的內(nèi)環(huán)管9的內(nèi)壁過度配合。該噴嘴A的內(nèi)置式離心霧化裝置 6，結(jié)構(gòu)為一常規(guī)的離心式霧化噴嘴，通過選擇該離心式噴嘴的最佳特性 參數(shù)和旋流室結(jié)構(gòu)與尺寸達(dá)到最佳霧化效果。該結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍為1.8 ~ 2.5。
參照圖1和圖2所示，該噴嘴A的氣路2，為一環(huán)形通道，該環(huán)形氣 路的外環(huán)管外壁為噴嘴外壁面4，內(nèi)環(huán)管9內(nèi)壁與油路1的輸油管外壁過 渡配合。霧化空氣進(jìn)入氣路2后先經(jīng)過軸向旋流器7，再由環(huán)形縮口8噴 出。該軸向旋流器7的氣路通道為三個均勻分布的槽10，該槽10為蝸桿 渦絲走向，展開線角度為60。。這樣在氣流通道中，可以不需要精密加工的旋流葉片，也能取得好的旋流效果。霧化空氣從氣路2的出口送出前， 通過一個環(huán)形縮口8，這是一個環(huán)形漸縮口，該縮口8根據(jù)空氣動力學(xué)計 箅，其出口面積恰好達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲偎蟮呐R界面積。
參照圖1和圖3所示，燃燒器根部風(fēng)噴入通道為一組十二個沿圓周方 向均勻分布的圓孔3，該圓孔3按一定方向旋轉(zhuǎn)，圓孔3的中軸線與噴嘴 A軸線之間的夾角在剖面上的投影為45。，在下視面上的投影為22° ，其 旋流方向與霧化氣旋流方向相反。該冷卻空氣的存在，在促進(jìn)燃油霧化的 同時，也增強(qiáng)了燃油噴嘴的散熱能力，大大降低了噴嘴A頭部以及噴嘴A 出口處的溫度，能大大降低噴嘴A燒壞以及因燃油高溫焦化而堵塞噴嘴A 等嚴(yán)重威脅機(jī)組正常運行的故障的發(fā)生概率，延長了大修時間間隔，減少 了機(jī)組的維修及運行成本。
參照圖1所示，該噴嘴A結(jié)構(gòu)采用滾壓成型方式，以保證噴嘴A的氣 密性和同心度，同時要保證噴嘴噴口 11具有一定的圓度以及保證其軸線 與噴嘴出口面垂直，并滿足-'定的光潔度要求。
參照圖4所示，該圖為安裝有本發(fā)明噴嘴的燃燒室連接示意圖，噴嘴 A的霧化空氣及燃燒器根部冷卻空氣的氣體均來自燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的壓氣機(jī) 12出口，十二個圓孔3中的冷卻空氣由壓氣機(jī)12出口氣源直接供給，氣 路2中的霧化空氣采用附加的小型氣泵13提高壓力后供給。燃油油路1 與油泵14連通，得到燃油。以上連接按常規(guī)進(jìn)行。
參照圖5所示，該圖為應(yīng)用本發(fā)明噴嘴A獲得的一組噴霧特性曲線。 燃油經(jīng)過齒輪油泵14進(jìn)入噴嘴A輸油管，在本發(fā)明所應(yīng)用的燃燒室中， 噴嘴A霧化效果好，燃油霧化的SMD在28nm左右，而且負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍較
寬，能達(dá)到1:6的調(diào)節(jié)范圍，燃油霧化錐角變化范圍為45° 65° 。
本發(fā)明的噴嘴中冷卻空氣的存在，在促進(jìn)燃油霧化的同時，也增強(qiáng)了 燃油噴嘴的散熱能力，大大降低了噴嘴頭部以及噴嘴出口處的溫度，能大 大降低噴嘴燒壞以及因燃油高溫焦化而堵塞噴嘴等嚴(yán)重威脅機(jī)組正常運 行的故障的發(fā)生概率，延長了大修時間間隔，減少了機(jī)組的維修及運行成 本。
本發(fā).明的噴嘴，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，將其燃油通道旋流室頭部預(yù)留一段合 適長度，隨后采用滾壓成型后與噴口焊接，以保證噴嘴的氣密性和同心度， 同時要保證噴嘴噴口具有一定的圓度以及保證其軸線與噴嘴出口面垂直， 并滿足一定的光潔度要求。
本發(fā)明的小尺度噴嘴的離心霧化過程是這樣實現(xiàn)的燃油經(jīng)油泵加壓 后進(jìn)入噴嘴內(nèi)管燃油通道，在接近頭部處經(jīng)過四個豎直孔沿徑向進(jìn)入一環(huán) 形腔，隨后燃油經(jīng)一由六個沿徑向偏轉(zhuǎn)的槽道構(gòu)成的旋流室，獲得一定的 軸向速度和圓周方向的速度后經(jīng)噴口流出。噴嘴孔流出的燃油因為強(qiáng)旋流 形成旋轉(zhuǎn)的空心圓錐狀油膜，并在離心力以及燃油自身的表面張力作用下 將油膜撕裂成小的油滴，從而完成本發(fā)明噴嘴的初步霧化過程。
本發(fā)明的小尺度噴嘴的氣動霧化過程是這樣實現(xiàn)的空氣通過空氣泵 加壓進(jìn)入噴嘴的環(huán)形通道，在接近頭部處經(jīng)過一由三槽道構(gòu)成的軸向旋流 器，獲得合適的圓周方向及軸向速度后，進(jìn)入一環(huán)形收縮管加速到當(dāng)?shù)匾?速后噴出。髙速旋轉(zhuǎn)空氣與燃油油膜相遇，發(fā)生強(qiáng)烈的剪切作用，達(dá)到更 好的霧化效果，從而完成整個燃油霧化過程。
以上通過具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，結(jié)合所給的附圖，這種結(jié)構(gòu)稍作變化也可用于其它地面燃機(jī)、航空發(fā)動機(jī)燃燒室，以及其他 液體噴射之用。本發(fā)明噴嘴也適用于噴射重油及各種化工液溶膠。這些變 形和修改，以及釆用不同的燃料燃燒的具體實施例，都應(yīng)落在本發(fā)明的權(quán) 利要求所保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴嘴，是用于100kW級微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的小尺寸液體燃料噴嘴，它將液體燃料霧化；其特征在于，包括燃油油路(1)、氣路(2)及燃燒器根部風(fēng)噴入通道(3)三部分，燃油油路(1)是一個不銹鋼管，前端與內(nèi)置式離心霧化裝置(6)過度配合，外壁與環(huán)形氣路(2)的內(nèi)環(huán)管(9)的內(nèi)壁過度配合；環(huán)形氣路(2)的外環(huán)管外壁為噴嘴外壁面(4)，外壁面(4)向右漸凸起延伸成圓臺狀燃燒器根部，燃燒器根部設(shè)有多數(shù)個風(fēng)噴入通道(3)；環(huán)形氣路(2)中設(shè)有軸向旋流器(7)，環(huán)形氣路(2)的出口為環(huán)狀縮口(8)，環(huán)狀縮口(8)圍于噴嘴噴口(11)的周圓；燃油油路(1)、環(huán)形氣路(2)及圓臺狀燃燒器根部同一軸線，噴嘴噴口(11)的中心位于軸線上；噴嘴外壁面(4)直徑不大于15毫米，燃燒器根部風(fēng)噴入通道外壁(5)直徑不大于25mm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)置式離心霧化裝置(6)，結(jié)構(gòu)為一常規(guī)的離心式霧化噴嘴，通過選擇該離心式噴嘴的最 佳特性參數(shù)和旋流室結(jié)構(gòu)與尺寸達(dá)到最佳霧化效果，該特性參數(shù)的范 圍為1.8 2.5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述軸向旋流器(7)，其 外周圓表面設(shè)冇多數(shù)個均勻分布的氣路通道，氣路通道為槽(10)， 該槽(10)為蝸桿渦絲走向，展開線角度為55o 65o。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的噴嘴，其特征在于，所述環(huán)形縮口 (8),為一 環(huán)形漸縮口，該縮口根據(jù)空氣動力學(xué)計算，其出口面積恰好達(dá)到當(dāng)?shù)?音速所要求的臨界面積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述燃燒器根部多數(shù)個風(fēng) 噴入通道(3)，為一組8 12個沿圓周方向均勻分布的圓孔，位于環(huán) 形縮口 (8)的外周圓該圓孔按一定方向旋轉(zhuǎn)，圓孔中軸線與噴嘴 軸線之間的夾角在剖面上的投影為42° ~ 48°，在下視而上的投影為 20°~25°，其旋流方向與霧化氣旋流方向相反。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，該噴嘴結(jié)構(gòu)組裝采用滾壓 成型方式，以保證噴嘴的氣密性和同心度，同時保證噴嘴噴口 (11) 具有一定的圓度以及保證噴嘴軸線與噴嘴噴口 (11)出口面垂直，并 滿足光潔度要求。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴嘴，其特征在于，所述多數(shù)個均勻分布的氣 路通道，為三個。
全文摘要
一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴嘴，涉及燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，是用于100kW級微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的小尺寸液體燃料噴嘴，該噴嘴由燃油油路、氣路及燃燒器根部風(fēng)通道三部分組成，綜合利用了氣動霧化和壓力霧化的優(yōu)點，是一種組合式高性能氣動霧化噴嘴。本發(fā)明噴嘴的特點是采用常規(guī)加工方法在小尺度的空間中實現(xiàn)燃油的良好霧化，以滿足微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室在一個相當(dāng)寬的負(fù)荷下對燃油霧化質(zhì)量的要求；避免噴嘴燒壞，克服燃油高溫焦化而堵塞噴嘴的缺點，同時該噴嘴可使燃燒室燃油燃燒更為完全，降低煙黑等污染物的排放。
文檔編號F23D11/36GK101206029SQ20061016554
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者馮占祥, 勞世奇, 孔文俊, 時曉軍, 汪鳳山, 王寶瑞, 趙曉路 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所