專(zhuān)利名稱(chēng)：壓力霧化噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃燒技術(shù)領(lǐng)域，其涉及一種壓力霧化噴咀，該噴咀包括一噴咀體，在該噴咀體中設(shè)有一湍流—或旋流室，該室通過(guò)一噴咀孔與外界空間相連并具有至少一個(gè)用于輸送欲霧化的流體的供給通道，通過(guò)該供給通道輸送壓力流力；還涉及一種使該壓力霧化噴咀工作的方法。
在公知的霧化燃燒器中，進(jìn)行燃燒的燃油利用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)霧狀分布。其細(xì)微的油滴直徑(油霧)大約為10至400μm，這些油滴與燃燒空氣混合在火焰中產(chǎn)生蒸發(fā)并燃燒。在壓力霧化技術(shù)中(參見(jiàn)德國(guó)斯圖加特出版社出版的Lueger技術(shù)百科詞典第7卷第600頁(yè))，通過(guò)一油泵將油在高壓下輸給一霧化噴咀。通過(guò)基本上沿切向方向延伸的槽使燃油到達(dá)一旋流腔中并通過(guò)一噴咀孔從該噴咀中噴射出去。借此可使油分子在軸向和徑向產(chǎn)生兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分量。這個(gè)從噴咀孔流出的如旋轉(zhuǎn)空心圓筒一樣的油膜因離心力之作用而擴(kuò)展成一空心圓錐，其邊緣產(chǎn)生不穩(wěn)定的搖擺并撕裂成小的油滴，該霧化油構(gòu)成了或多或少的更大頂錐角的錐形。
在現(xiàn)代的燃燒器，例如使其基本結(jié)構(gòu)如歐洲專(zhuān)利EPO321809B1中所述的雙錐結(jié)構(gòu)預(yù)混合燃燒器中，采用礦物燃料進(jìn)行無(wú)害物燃燒，對(duì)流體燃料之霧化提出了特殊的要求，這些要求首先是1、油滴之大小必須足夠地小，從而該油滴能在燃燒前完全蒸發(fā)。
2、油霧的錐頂角(擴(kuò)展角)在燃燒壓力增高時(shí)應(yīng)特別地小。
3、該油滴必須具有高的速度及沖量，以便可在濃的燃燒混合氣中貫穿足夠的遠(yuǎn)，從而使該燃料蒸汽在達(dá)到火焰前鋒之前能完全與燃燒空氣混合。
壓力高達(dá)大約100bar的公知結(jié)構(gòu)形式的旋流噴咀(壓力霧化器)及空氣輔助霧化器幾乎不適合在這種條件下使用，因?yàn)樗鼈儾辉试S采用小的擴(kuò)散角，霧化質(zhì)量受到限制并且油滴噴霧沖量也小。
由于燃料未充分蒸發(fā)并混合，因此有必要附加進(jìn)水以便降低局部火焰溫度及NOX的形成。此時(shí)，輸入的水也通常對(duì)火焰區(qū)產(chǎn)生干擾，盡管該火焰區(qū)只產(chǎn)生極少的NOX，但這對(duì)火焰穩(wěn)定是很重要的，如火焰脈動(dòng)和/或不完全燃燒那樣常常引起火焰不穩(wěn)定，這會(huì)使CO的排放量增加。
一種改進(jìn)是由EP0496016B1所述的公知高壓霧化噴咀實(shí)現(xiàn)的。該高壓霧化噴咀由一噴咀體構(gòu)成，在該噴咀體中設(shè)有一湍流腔，該湍流腔由至少一個(gè)噴咀孔保持與外界空間連通，并設(shè)至少一條用于在壓力下供給霧化流體的供給通道。其特征在于，匯入該湍流腔的供給通道的橫截面積比該噴嘴孔的橫截面積大大約2至10倍。通過(guò)這種布置可獲得在該湍流腔中產(chǎn)生一高水平的湍流，該湍流水平在燃料運(yùn)行途中直到噴出該噴咀之出口都不會(huì)減退。流體噴束將通過(guò)該在噴孔前產(chǎn)生的湍流噴入外部空間中，即在離開(kāi)該噴咀孔后迅速分解，在此產(chǎn)生20°及更小的擴(kuò)散角。該油滴大小同樣是極小的。
燃汽透平燃燒器利用液體燃料工作時(shí)人們努力探索盡可能在燃汽渦輪機(jī)的總負(fù)荷范圍(在額定負(fù)荷下約10％-120％燃料流)內(nèi)形成油滴噴霧，該噴霧可能在一預(yù)定的空氣流場(chǎng)中在總的范圍形成無(wú)損傷物的及穩(wěn)定的燃燒。
將液體燃油噴入燃汽透平燃燒器中的上述高壓霧化噴咀的應(yīng)用按要求在全負(fù)荷及超負(fù)荷(100-120％)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)但不過(guò)高的壓力(100bar)及一小的油滴大小，從而由于霧化角小，則不希望出現(xiàn)的濕壁及焦化得以避免。
然而，在部分負(fù)荷時(shí)，該燃料進(jìn)口壓力因總?cè)剂腺|(zhì)量流量下降而下降。但該用于壓力霧化所需要的能量處于該燃料進(jìn)口壓力之上，所以在該負(fù)荷范圍內(nèi)，霧化質(zhì)量變壞并且由于燃料進(jìn)口壓力低，則燃料噴霧在空氣流中的貫穿度變小。
本發(fā)明試圖克服所有這些缺點(diǎn)。本發(fā)明之目的在于開(kāi)發(fā)一種壓力霧化噴咀，該噴咀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要極小的結(jié)構(gòu)空間并且該欲霧化的液體可能具有一個(gè)對(duì)每個(gè)運(yùn)行工況都相適應(yīng)的霧化角。由于在一燃汽透平燃燒器中利用壓力霧化噴咀，則由小的燃料質(zhì)量流(大約為標(biāo)定功率條件的25％)就可產(chǎn)生一足夠高的噴咀入口壓力，但在更大的燃料質(zhì)量流時(shí)(標(biāo)定功率條件的大約100％-120％)該噴咀不必需要過(guò)高的噴咀入口壓力。如此形成的油滴噴霧應(yīng)該在燃汽透平的總負(fù)荷范圍內(nèi)都可能形成無(wú)害的并穩(wěn)定的燃燒。
根據(jù)本發(fā)明之壓力霧化噴咀包括一噴咀體，在該噴咀體中設(shè)有一湍流—和/或旋流腔，該腔通過(guò)一噴咀孔與一外界空間保持連通并且提供有至少一條用于該霧化流體的第一供給通道，所述流體在壓力作用下流過(guò)該通道，借此可獲得至少一條用于輸送該霧化流體的一部分或一第二霧化流體的另外供給通道匯入該腔中，該流體的所述部分或該第二流體在壓力作用下并帶有旋流地通過(guò)該另外供給通道輸送。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于通過(guò)該兩級(jí)壓力霧化噴咀可能使油滴噴霧(霧化質(zhì)量，油滴大小，霧化角)適合于每種負(fù)荷工況。此外，該噴咀之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要很小的地方。
該壓力霧化噴咀如此設(shè)置的特別目的在于將該霧化流體通過(guò)該/這些第一供給通道無(wú)旋轉(zhuǎn)地輸送入該腔中。因此該主霧化級(jí)構(gòu)成一無(wú)旋流的湍流輔助型壓力霧化噴咀，借助于高的噴咀進(jìn)口壓力，例如100bar，該噴咀產(chǎn)生一個(gè)極細(xì)的并帶有極小的霧化錐角的噴霧。通過(guò)將該湍流霧化級(jí)與該上述旋流級(jí)相結(jié)合，由于小油滴產(chǎn)生小的擴(kuò)散，因此可獲得使噴霧與每種工作條件相適應(yīng)。該由該旋流通道輸入該腔中的那部分霧化流體在該腔中旋轉(zhuǎn)。通過(guò)該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在該噴咀孔處產(chǎn)生一空心錐形流動(dòng)，所以，從通過(guò)該旋流級(jí)輸送的某一質(zhì)量部分開(kāi)始，該流體只以油膜形式從該噴咀噴出。此時(shí)該旋流級(jí)的流體質(zhì)量部分隨總流體質(zhì)量流的下降而增加，該流體進(jìn)口壓力可保持在高水平之上，所以在低質(zhì)量流時(shí)也可獲得一良好的霧化。在低負(fù)荷時(shí)，該流體霧化角更大，這就對(duì)該流體噴霧在空氣流中的較小貫穿度進(jìn)行了補(bǔ)償。但在全負(fù)荷和超載時(shí)，希望具有一極小的霧化錐角，在這種情況下，該通過(guò)該旋流通道流出的欲霧化流體質(zhì)量流將減少或完全切斷停止。
本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)利用本發(fā)明的壓力霧化噴咀時(shí)，該欲霧化的流體通過(guò)該/該些第一供給通道可保持旋轉(zhuǎn)地供入該腔。借此構(gòu)成一個(gè)二級(jí)壓力旋流霧化噴咀，該兩級(jí)一起引向一共用腔中，該腔在此為一旋流腔。當(dāng)該欲霧化的流體在帶有極小的旋流時(shí)供入該主旋流級(jí)時(shí)，該霧化流體產(chǎn)生一狹小霧化角。
在全負(fù)荷—和超載工作時(shí)，該壓力霧化噴咀由一產(chǎn)生極小旋流的主壓力旋流級(jí)驅(qū)動(dòng)工作，此時(shí)該總霧化流體通過(guò)至少一條該旋流腔的供給通道可帶旋轉(zhuǎn)地輸送，并在該腔中形成一旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，該腔通過(guò)該噴咀孔與外界空間保持連通，并且在部分負(fù)荷—和低負(fù)荷工作時(shí)，該壓力霧化噴咀還通過(guò)一條產(chǎn)生更大旋流的另外壓力旋流級(jí)驅(qū)動(dòng)工作，此時(shí)該霧化流體的一部分或一第二霧化流體通過(guò)該腔的至少一條產(chǎn)生更強(qiáng)烈旋流的另外供給通道輸送，并在此產(chǎn)生一強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)流。該腔通過(guò)該噴咀孔達(dá)到與外界空間的連通，此時(shí)通過(guò)該另外旋流級(jí)輸送的帶強(qiáng)烈旋流的那部分流體將隨總流體質(zhì)量流的下降而增加，所以，按照這種方式，可使該噴霧與每個(gè)負(fù)荷范圍形成良好的栩合。
另外的優(yōu)點(diǎn)是該兩級(jí)間可靈活地轉(zhuǎn)換，所以按運(yùn)行負(fù)荷條件不同該噴咀可用該兩級(jí)之一級(jí)工作。
本發(fā)明的壓力霧化噴咀的其它較好結(jié)構(gòu)描述于后述各權(quán)利要求中。
最后本發(fā)明的噴咀較好是安裝于一雙錐結(jié)構(gòu)的預(yù)混合燃燒器中或安裝于一四開(kāi)口燃燒器中，所以在噴咀附近范圍，一部分燃燒空氣(大約3％至7％)以圍繞該噴咀的外護(hù)氣流形式供給。借此，避免形成局部火焰分解—和再循環(huán)區(qū)。
本發(fā)明的各實(shí)施例表示于下列各圖中，其中

圖1是帶有湍流級(jí)和旋流級(jí)的壓力霧化噴咀的局部縱剖視圖；圖2是沿圖1中湍流級(jí)區(qū)域中的II-II線剖視的壓力霧化噴咀的橫剖視圖；圖3是沿圖1中壓力霧化噴咀的旋流區(qū)域中的III-III線剖視的橫視圖；圖4是帶有兩個(gè)旋流級(jí)的壓力霧化噴咀的局部縱剖視圖；圖5是沿圖4中壓力霧化噴咀的主旋流級(jí)區(qū)域中的V-V線剖視的橫剖視圖；圖6是沿圖4中壓力霧化噴咀的另一旋流級(jí)區(qū)域中的VI-VI線的橫剖視圖；圖7是表示另一個(gè)類(lèi)似于圖1之變型實(shí)施例那樣的壓力霧化噴咀的局部縱剖視圖；圖8是表示將流體傳送至兩級(jí)壓力霧化噴咀的流體傳送系統(tǒng)之示意圖，其中燃油在兩級(jí)中霧化；圖9是表示將流體傳送至兩級(jí)壓力霧化噴咀的流體傳送系統(tǒng)的示意圖，其中在兩級(jí)中噴射不同的流體(油，水)；圖10表示用于圖1所述噴咀的質(zhì)量流分布曲線；圖11表示用于圖4所示噴咀的質(zhì)量流分布曲線；圖12表示一種雙錐結(jié)構(gòu)的預(yù)混合燃燒器的透視圖13表示按圖12中XIII-XIII平面剖視的簡(jiǎn)化視圖；圖14表示按圖12中XIV-XIV平面剖視的簡(jiǎn)化剖視圖；圖15表示按圖12中XV-XV平面剖視的簡(jiǎn)化剖視圖；圖16表示在噴咀后區(qū)域內(nèi)具有外護(hù)空氣導(dǎo)向裝置的雙錐燃燒器之前視圖；圖17表示在噴咀后區(qū)域內(nèi)帶有護(hù)罩空氣導(dǎo)向裝置的四槽燃燒器之前視圖。
為了便于理解，此些圖只示出本發(fā)明的基本元件。在各圖中，相同的元件用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)出。介質(zhì)的流動(dòng)方向用箭頭表示。
下面根據(jù)多個(gè)實(shí)施例及圖1至16對(duì)本發(fā)明作出解釋。
圖1至3表示本發(fā)明的第一實(shí)施例，其中圖1表示壓力噴咀的局部縱剖視圖，圖2和3表示不同的平面處的兩個(gè)橫剖視圖。
該壓力霧化噴咀包括一個(gè)由一共一管形件31構(gòu)成的噴咀體30，在其流動(dòng)方向由一錐形端蓋32封住。在該端蓋32的中部設(shè)有噴咀孔33，其縱軸由標(biāo)號(hào)34標(biāo)出。在該管形件31中安裝一第二管形件35。該第二管形件35的外徑比第一管形件31的內(nèi)徑小，并安置于該端蓋32的附近與該端蓋接觸。環(huán)形腔36設(shè)置于兩管形件31，35之間，用于供給例如欲霧化的部分流體37。該第二管形件35處于端蓋32上的端部設(shè)有四個(gè)切向槽38，該些槽38將環(huán)形腔室36與腔39連通，該腔39用作將噴射流體從該些槽38中導(dǎo)入該腔39中的旋流腔。該腔39由該端蓋32的內(nèi)壁及第二管形件35的內(nèi)壁和固定于該腔39中的插塞40限定構(gòu)成。該插塞40與該槽38的外棱邊間隔開(kāi)，在另外的實(shí)施例變型中也可采用相同的高度。在該插塞40中，設(shè)有4個(gè)供給通道41，用于供給噴射的流體37，該些通道41有可能使流體37成為無(wú)旋流的支流流入該腔39中，所以在這種情況下，該腔39用作湍流腔。因此，本發(fā)明的壓力噴咀由兩級(jí)構(gòu)成，一級(jí)為湍流發(fā)生級(jí)(圖2)，另一級(jí)是壓力旋流級(jí)(圖3)。
與圖示各實(shí)施例不同的是該壓力霧化噴咀設(shè)有更多或更少的槽38，亦即供給通道41。例如，該供給通道可在該插塞40的整個(gè)周邊范圍內(nèi)延伸，從而在該湍流腔39中形成一條作為供給通道的環(huán)隙。同樣，該些通道沿周邊另行分布也是可能的。
圖4至6表示本發(fā)明的其它實(shí)施例，其中圖4表示本發(fā)明的壓力霧化噴咀之局部縱剖視圖；圖5和6表示在兩個(gè)不同平面處的橫剖視圖。
這噴咀有別于上述各實(shí)施例之結(jié)構(gòu)區(qū)別僅在于在該噴咀中具有一主旋流級(jí)，用于代替湍流發(fā)生級(jí)。因此，該些供給通道41a與圖1中的供給通道41相比不是沿軸向設(shè)置于插塞40中的，而是切向設(shè)置的，所以不僅是通過(guò)通道38還是通過(guò)通道41a噴射的流體37都在腔39中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。因此，重要的是在流過(guò)通道38的流體37之旋轉(zhuǎn)較大并且可能產(chǎn)生更大的噴霧錐角期間，當(dāng)該流體流過(guò)通道41a時(shí)，該霧化的流體37帶有微小的旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)將形成狹小噴霧錐角。在圖4所示實(shí)施例中，向該噴咀從兩側(cè)供給霧化的流體37和37’。該兩流體37和37’被旋轉(zhuǎn)地導(dǎo)向腔39中，此時(shí)該腔39為一純旋轉(zhuǎn)腔，其中流體37之旋轉(zhuǎn)比流體37’的小些。通過(guò)不同的旋轉(zhuǎn)，可對(duì)噴霧錐角產(chǎn)生影響，并因此而影響噴出噴咀的流體流量分布。
圖7表示本發(fā)明的兩級(jí)壓力霧化噴咀的另一實(shí)施例，其帶有一湍流發(fā)生級(jí)和一旋流級(jí)。該壓力噴咀包括一個(gè)由一管形件31構(gòu)成的噴咀體30，該管形件31之一流動(dòng)方向由一錐形端蓋32封住。在該端蓋32中也設(shè)有一噴咀孔33。在該第一管形件31中裝有一第二管形件35，該第二管形件35的外直徑小于該第一管形件31的內(nèi)直徑，所以在該兩管形件31和35之間構(gòu)成了一環(huán)形腔36。根據(jù)圖7所示該環(huán)形腔在各種部件中可具有不同的高度。這種環(huán)形通道36可用作旋轉(zhuǎn)級(jí)的輸入導(dǎo)管。該第二管形件35由一插塞40限制分界，該插塞40與該第一管形件31的端蓋32圍成腔39。在該插塞40中，至少設(shè)置一個(gè)切向布置的旋流通道38，以便將該環(huán)形腔36與腔39連通起來(lái)。例如該旋流通道38較好的是6條。在該第二管形件35中和插塞40中，軸向平行地設(shè)置有至少一個(gè)另外的供給通道41，用作霧化的流體的湍流通道，因而該/該些旋轉(zhuǎn)通道38匯入該/該些供給通道41中。
可以看出該些通道38和41是如此設(shè)置的，即例如該些旋轉(zhuǎn)通道38匯入該些供給通道41中，所以欲霧化的流體只通過(guò)通道41導(dǎo)入腔39中。
圖8表示一種可能的至壓力霧化噴咀的流體輸送系統(tǒng)的示意圖。通過(guò)一泵42將欲霧化的流體(此時(shí)為流體燃料即燃油12)泵送入儲(chǔ)壓器43中。一回流空氣閥49用于調(diào)節(jié)泵入口壓力。在該泵42和儲(chǔ)壓器43之間之燃料輸送裝置中設(shè)置一單向閥50。從該儲(chǔ)壓器43處引出兩條輸送管路44，45，其中管路44供料至環(huán)形腔36(并且作為旋流霧化級(jí))，而管路45與供給通道41(湍流發(fā)生級(jí))或41a(旋流霧化級(jí))相連。在管路44和45每個(gè)中都設(shè)有一控制閥46或47，以允許對(duì)每個(gè)欲霧化的流體量進(jìn)行控制。根據(jù)需要，該兩閥46，47之一可完全關(guān)閉，所以，在這種情況下只有該噴咀的兩霧化級(jí)之一在工作。在該兩霧化級(jí)之間可相互轉(zhuǎn)換。如圖8所示，將通過(guò)該燃料輸送系統(tǒng)將燃料供給多個(gè)燃燒器，例如一燃?xì)馔钙饺紵?。所述線路之優(yōu)點(diǎn)在于只需要兩個(gè)閥46、47即每級(jí)一個(gè)控制閥就可控制該兩霧化級(jí)。
在圖9中示出類(lèi)似于圖8的另一實(shí)施例變型。在這種情況下，分別通過(guò)一輸送管路44將水51及通過(guò)一輸送管路45將油輸送給該壓力霧化噴咀。在該些輸送管路44和45每個(gè)中都安裝一泵42和其流動(dòng)下游的單向閥50，用該單向閥可在要求的方向?qū)⒐苈?4和45封閉住。霧化的流體12，51的量將借助于控制閥46，47調(diào)節(jié)。如圖9所示，將通過(guò)流體輸送系統(tǒng)將流體燃料12及水51輸送給多個(gè)燃燒器，例如一燃燒透平燃燒室，所以該噴咀在起動(dòng)時(shí)或部分負(fù)荷工作時(shí)只有油12通過(guò)主旋流級(jí)噴出成微細(xì)噴霧。因此該施流級(jí)可因最大的燃料流量mBS而顯示出最大之壓力。在更高的負(fù)荷，即全負(fù)荷時(shí)可通過(guò)管路44實(shí)現(xiàn)噴水51。水51和油12在腔39中混合并形成一種乳化液，該乳化液由出口從噴咀中噴出并霧化。這就可降低NOX的排放量。并且還帶來(lái)這樣的優(yōu)點(diǎn)即每個(gè)霧化級(jí)只需一個(gè)控制閥，汽輪機(jī)裝置只需要一條油路并且該旋流級(jí)只用作純的燃油設(shè)備，那時(shí)，借助于由管道44輸送的水可在相同壓力時(shí)使總的質(zhì)量流量增加。
圖10表示相對(duì)于根據(jù)圖1所示的實(shí)施例變型由壓力霧化噴咀噴出的噴霧在距噴咀某一距離處之半徑R的燃料質(zhì)量流的mBS分布圖。如果只有湍流發(fā)生級(jí)工作，則噴霧錐角將極小。相反，如果只有旋流級(jí)工作，則可獲得更大的噴霧錐角。借助于使該兩級(jí)結(jié)合起來(lái)工作，則可連續(xù)地改變?cè)搩杉?jí)之間的質(zhì)量分布。
圖11表示相對(duì)于根據(jù)圖4所示的實(shí)施例變型由壓力霧化噴咀噴出的噴霧在距該噴咀某一距離處的半徑R的燃料質(zhì)量流mBS的分布曲線。借助于使該產(chǎn)生不同噴霧錐角的兩個(gè)旋流級(jí)結(jié)合起來(lái)工作也可同樣改變?cè)搩杉?jí)間的質(zhì)量流分布。
本發(fā)明的壓力霧化噴咀可裝入一燃汽輪機(jī)燃燒器中并按如下方式工作首先將一壓力噴咀應(yīng)用于圖1所示的實(shí)施例中。此時(shí)對(duì)全負(fù)荷及超載而言采用極狹小的噴霧錐角是極為理想的，因此時(shí)只使用湍流輔助霧化級(jí)。因此，通過(guò)至少一個(gè)供給通道41(按圖1中為4個(gè)供給通道41)將全部欲霧化的燃料質(zhì)量流供給湍流腔39中，在此產(chǎn)生強(qiáng)湍流流，該湍流流隨后通過(guò)噴咀孔33噴入燃燒器中。該主級(jí)借助于大約100bar的噴咀壓力形成一個(gè)帶有極狹小噴霧錐角(大約20°)的極細(xì)噴霧。在部分負(fù)荷及低負(fù)荷時(shí)，該湍流輔助壓力霧化級(jí)與一旋轉(zhuǎn)級(jí)結(jié)合以便由小的擴(kuò)散而形成小的液滴。因此該欲霧化的燃料的一部分通過(guò)至少一個(gè)另外的供給通道38(圖1中為4個(gè)供給通道38)無(wú)旋轉(zhuǎn)地供給腔30中，所以該湍流腔30還附帶用作旋流腔。通過(guò)該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將在噴咀孔33附近形成一大錐度流。燃料的某一部分被輸送通過(guò)該旋流級(jí)，只以膜狀從該噴咀中流出。此時(shí)流過(guò)該旋流級(jí)的這部燃料質(zhì)量流將隨該總?cè)剂腺|(zhì)量流之下降而擴(kuò)大，該燃料流入壓力可保持在高水平之上(大于10bar)，因此即使在低質(zhì)量流時(shí)也能保持良好的霧化。從而在低負(fù)荷時(shí)該霧化錐角也擴(kuò)大。因而低負(fù)荷時(shí)在氣流中燃料噴霧的貫穿度小于全負(fù)荷時(shí)的貫穿度，貫穿度小可通過(guò)增大噴霧錐角加以補(bǔ)償。對(duì)于全負(fù)荷及超載而言希望獲得極小的噴霧錐角。因此，通過(guò)該旋流通道38的燃料質(zhì)量流支流必須被完全切斷，從而保持一個(gè)單純的湍流輔助級(jí)壓力噴咀就足夠了。
采用圖4所示的壓力霧化噴咀，在燃?xì)馔钙饺?fù)荷及超載運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)至一條第一供給通道41a(圖4中為4條通道41a)將欲霧化的全部燃料在很低的旋轉(zhuǎn)下輸入旋流腔39，并在旋流腔中形成旋流，緊接著通過(guò)該噴咀孔33流入外部空間中。利用該微小的旋流將可實(shí)現(xiàn)狹小的噴霧錐角，其利用高的壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料的良好霧化。在部分及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，欲霧化的燃料部分通過(guò)至少一條另外的供給通道38(圖4為4條)在強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)下供入腔39中。在該腔39中產(chǎn)生一強(qiáng)烈的旋流，其隨后通過(guò)噴咀孔33流入外部空間，從而通過(guò)另外的旋流級(jí)產(chǎn)生強(qiáng)烈旋流的燃料質(zhì)量流部分將隨總?cè)剂腺|(zhì)量流的下降而擴(kuò)大。此時(shí)強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致形成一更大的噴霧錐角，這將再一次對(duì)氣流中燃料貫穿度低作出補(bǔ)償。通過(guò)噴霧錐角的可變外形將可獲得在燃汽透平每個(gè)運(yùn)行工況下燃料霧化的最佳配合。與常規(guī)的兩級(jí)旋流噴咀相反，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，兩級(jí)都一道引入一共同的旋流腔中。此外，根據(jù)負(fù)荷范圍不同可將不同的流體，如油12及水51在該兩級(jí)中霧化。
本發(fā)明的壓力霧化噴咀可設(shè)置于一雙錐結(jié)構(gòu)的混合燃燒器中，該混合燃燒器的基本結(jié)構(gòu)描述于EPO321809B1中。
圖12表示帶有整體混合區(qū)的雙錐燃燒器之透視圖。兩錐體部分1，2相對(duì)其縱向?qū)ΨQ(chēng)軸16，26是可相互移動(dòng)地設(shè)置的。通過(guò)這種布置在錐體部分1，2的兩側(cè)上形成相對(duì)的進(jìn)口布置，每側(cè)設(shè)置一切向空氣進(jìn)口19，20，通過(guò)該些進(jìn)口將燃燒空氣15導(dǎo)入燃燒器的內(nèi)腔14中，亦即導(dǎo)入由該兩錐形體1，2構(gòu)成的錐形空腔中。該錐形體1，2在流動(dòng)方向沿直線擴(kuò)展，亦即它相對(duì)燃燒器軸線具有恒定不變的錐角。該兩錐形體1，2具有一圓筒形起始部分1a，2a，該部分同樣可移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在該圓筒形起始部分1a，2a中，安裝本發(fā)明的壓力霧化噴咀3，該噴咀安裝在大約是該燃燒器的錐形內(nèi)腔14的最狹窄截面處?？煽闯鲈撊紵鳑](méi)有圓筒形起始部分也可實(shí)施，因此它為純粹的錐形。該流體燃產(chǎn)12將借助于上述類(lèi)型的噴咀3并按上述方式形成霧化。按照每種運(yùn)行工況產(chǎn)生不同的噴霧錐角。該燃料噴霧4將由通過(guò)空氣進(jìn)口19，20切向進(jìn)入燃燒器的燃燒空氣流15包圍于燃燒器的內(nèi)腔14中，混合氣的點(diǎn)火首先發(fā)生在燃燒器的出口處，因此，在爐嘴區(qū)，火焰通過(guò)一回流區(qū)6得到穩(wěn)定。
該兩個(gè)錐體1，2在沿空氣進(jìn)口19，20的長(zhǎng)度方向每個(gè)提供一燃料輸送管路8，9，該管上并列設(shè)有開(kāi)口17，另一種燃料13(氣體形式的或液體形式的)流過(guò)該開(kāi)口17。該燃料13將與該通過(guò)切向空氣進(jìn)口19，20流入燃燒器內(nèi)腔的流動(dòng)燃燒空氣15混合，其由箭頭16表示。該燃燒器的混合工作可通過(guò)噴咀3和燃料傳送管8，9得以實(shí)現(xiàn)。
在燃燒腔側(cè)安置一帶開(kāi)口11的前板10，依照需要，通過(guò)該開(kāi)口11將稀釋空氣或冷卻空氣導(dǎo)向該燃燒腔22。這種空氣充入應(yīng)注意的是在燃燒器出口處形成的火焰穩(wěn)定性。在此由一回流區(qū)6調(diào)節(jié)一穩(wěn)定的火焰前鋒7。
從圖13至15是所選取的導(dǎo)向板21a，21b的布置圖。它們例如可繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)23開(kāi)啟或關(guān)閉，從而通過(guò)該導(dǎo)板可改變?cè)撉邢蚩諝膺M(jìn)口19，20的原始間隙大小?？梢钥闯鲈撊紵髟跊](méi)有導(dǎo)板21a，21b時(shí)也可工作。
但這種燃燒的危險(xiǎn)性在于在噴嘴附近區(qū)域?qū)a(chǎn)生火焰分離區(qū)—及再回火區(qū)，這一點(diǎn)將依據(jù)圖16而得以避免，其中在噴咀3周?chē)O(shè)置一通道24，一外護(hù)空氣流15a流過(guò)該通道24作為吹洗空氣。該外護(hù)空氣流15a總共為該燃燒空氣流15的大約3％至7％。
可以看出借助于剛剛描述的方法也可使一燃燒器(圖17)工作，該燃燒器主要由一個(gè)用于燃燒空氣流15的旋流發(fā)生器100及噴入燃料的裝置構(gòu)成，一混合延伸距離200借助于該裝置而設(shè)置于該旋流發(fā)生器100的下游，并且該在一第一延伸部分200中在流動(dòng)方向延伸的過(guò)渡通道201設(shè)置用于將該旋流發(fā)生器100中形成的流動(dòng)輸送入該過(guò)渡通道201下游的該流合延伸距離220的相關(guān)流通截面18中，在此，該噴入燃料的裝置為一種根據(jù)本發(fā)明而得出的壓力霧化噴咀，該噴咀依照上述方法之一進(jìn)行工作。該湍流發(fā)生器100較好是一種錐形結(jié)構(gòu)的，提供多股沿切向進(jìn)入的切向燃燒空氣流15。該燃燒空氣流處于該燃料滴霧4周?chē)?，該滴霧4事先由該液體燃料12的霧化形成于該兩級(jí)壓力霧化噴咀3中。這樣構(gòu)成的該流動(dòng)借助于位于該旋流發(fā)生器100下游的無(wú)縫的過(guò)渡幾何結(jié)構(gòu)(過(guò)渡通道201)將導(dǎo)入一過(guò)渡裝置200中，該過(guò)渡裝置200由一管件18得以加長(zhǎng)。該混合延伸距離220由兩部分構(gòu)成，在其出口側(cè)與該實(shí)際上在圖中未示出的燃燒腔連通。該混合延伸距離使燃料與燃燒空氣可形成良好的混合，從而有可能形成一無(wú)損失的流動(dòng)傳送并可由沿該軸的最大軸向速度防止火焰串出燃燒室而回火。此時(shí)，該軸向速度朝著壁方向下降，可看出該燃燒空氣15由管件18的壁中的孔48流入，這將招致該燃燒空氣沿該壁產(chǎn)生一速度提高。首先在該混合管件220的下游形成一中心回流區(qū)6，該回流區(qū)具有一火焰穩(wěn)定器的特性。對(duì)當(dāng)燃燒空氣流15的3％至7％作為外護(hù)氣流15a繞該壓力霧化噴咀導(dǎo)入時(shí)這也是一優(yōu)點(diǎn)。依照這種方式，可再一次避免在噴咀附近區(qū)域形成火焰分離—及再循環(huán)區(qū)。
有關(guān)序號(hào)清單1，2分度錐形體1a，2a圓筒形起始部分1b，2b該分度錐形體的中軸3，霧化噴咀；4，燃料滴霧；5，燃燒器軸線；6，回流區(qū)(湍流破裂)；7，火焰前鋒；8，9，燃料輸送管道；10，前板；11，前板上的開(kāi)口；12，液體燃料；13，其它燃料(液體或氣體)；14，燃燒器內(nèi)腔；15，燃燒空氣流；15a，外護(hù)空氣流(燃燒空氣流15的一部分)；16，噴入的燃料；17，開(kāi)口；18，管件；19，20，切向空氣進(jìn)口；21a，21b，導(dǎo)向板；22，燃燒器出口側(cè)的燃燒空間；23，回轉(zhuǎn)點(diǎn)；30，噴咀體；31，第一管件；32，第一管件31的外套；33，噴咀孔；34，噴咀的縱軸35，第二管件；36，第一管31和和二管35之間的環(huán)形腔；37，欲霧化的流體；37’，第二個(gè)欲霧化的流體；38，切向設(shè)置的開(kāi)口槽；39，湍流—和/或旋流腔；40，插塞；41，供給通道(軸向取向的)41a，供給通道(徑向取向的)42，泵；43，儲(chǔ)壓器；44，管路；45，管路；46，管路44的閥；47，管路45的閥；48，管18中的孔；49，止回閥；50，截止閥；51，水；100，旋流發(fā)生器；200，過(guò)渡件；201，過(guò)渡通道；220，混合管；α，半錐角；，噴霧錐角；R，噴霧半徑；mBS，燃料質(zhì)量流。
權(quán)利要求
1.壓力霧化噴咀，其包括一噴咀體(30)，在該噴咀體中設(shè)有一湍流—和/或旋流腔(39)，該旋流腔通過(guò)一噴咀孔(33)與外界空間保持連通并設(shè)有至少一條用于該欲霧化的流體(37)的供給通道(41，41a)，所述流體(37)在壓力作用下通過(guò)所述供通道輸送，其特征在于該旋流腔(39)中匯入至少一條另外的用于輸送該欲霧化的流體(37)的一部分的或用于輸送一第二欲霧化的流體(37’)的供給通道(38)，該流體(37)的所述部分或該第二流體(37’)是可在壓力作用下并帶有旋流地通過(guò)該通道輸送的。
2.如權(quán)利要求1所述壓力霧化噴咀，其特征在于該欲霧化的流體(37)是可通過(guò)該/該些第一供給通道無(wú)旋流地供入該腔(39)中的。
3.如權(quán)利要求1所述壓力霧化噴咀，其特征在于該欲霧化的流體(37)是可通過(guò)該/該些第一供給通道保持旋轉(zhuǎn)地供入該腔(39)中的。
4.如權(quán)利要求2所述壓力霧化噴咀，其特征在于該噴咀孔(33)設(shè)置于一第一管(31)的蓋板(32)中，一個(gè)小外直徑的第二管(35)裝于該第一管(31)中，該第二管伸展主所述的蓋板(32)，并且在該第二管(35)靠蓋板側(cè)的一端設(shè)有至少一個(gè)開(kāi)口(38)，該開(kāi)口是切向設(shè)置的并構(gòu)成一旋流通道并用于連接該第一管(31)和第二管(35)之間的環(huán)形腔(36)，該噴咀孔(33)從該腔(39)中通入外部空間中，此時(shí)，該腔(39)基本上由該蓋板(32)，該第二管件(35)的內(nèi)壁及該第二管(35)中的插塞(40)限圍而成，并且該/該些設(shè)立的供給通數(shù)(41)是軸向平行地設(shè)置于該插塞(40)中的。
5.如權(quán)利要求2所述壓力霧化噴咀，其特征在于該噴咀孔設(shè)置于—第一管件(31)的蓋板(32)中，在該第一管件(31)中安裝有一外直徑小的第二管件(35)，該第二管件伸至所述蓋板(32)，并在該第二管件(35)的蓋板端設(shè)有至少一個(gè)開(kāi)口(38)，該開(kāi)口為切向布置的并將該第二管(35)與該腔(39)連通，該噴咀孔(33)自該腔(39)引入外界空間，此時(shí)該空間(39)主要是由蓋板(32)，該第二管件(35)的內(nèi)壁及該第二管件(35)中的插塞(40)限圍而成，并且該第一供給通道(41)被設(shè)置用作該插塞(40)和該第二管(35)的內(nèi)壁之間的環(huán)隙。
6.如權(quán)利要求1所述壓力霧化噴咀，其特征在于在—第一管件(31)的蓋板(32)中設(shè)有該噴咀孔(33)，在該第一管件(31)中安裝有一外徑小的第二管件(35)，此時(shí)在該管件(31)和(35)之間形成的環(huán)形通道(36)作為一旋流級(jí)的輸送路線，并且該管件(35)由一插塞(40)界定，該插塞與該第一管(31)的蓋板(32)形成該腔(39)，此時(shí)該插塞(40)中設(shè)置至少一條切向布置的旋流通道(38)以連通該環(huán)形通道(36)和該腔(39)，并且在該第二管件(35)和插塞(40)中軸向平行地設(shè)置至少一條作為用于該欲霧化的流體的湍流通道的供給通道，并且該/該些供給通道(41)匯入該/該些旋流腔(38)中。
7.如權(quán)利要求1所述壓力霧化噴咀，其特征在于該噴咀孔(33)設(shè)置于—第一管(31)的蓋板(32)中，在該第一管(31)中安裝有一小外直徑的第二管件(35)，此時(shí)，在該管件(31)和(35)之間形成的環(huán)形通道(36)作為一旋流級(jí)的輸送路線，并且該管件(35)由一插塞(40)界定，該插塞與該第一管件(31)的蓋板(32)形成該腔(39)，此時(shí)該插塞(40)中設(shè)置至少一條切向布置的旋流通道(38)以連通該環(huán)形通道(36)和該腔(39)并且在第二管件(35)和該插塞中軸向平行地設(shè)置至少一條作為用于該欲霧化的流體的湍流通道的供給通道，并且該/該些供給通道(41)匯入該/這些旋流腔(38)中。
8.如權(quán)利要求3所述壓力霧化噴咀，其特征在于該雙旋流級(jí)提供不同的霧化錐角。
9.如權(quán)利要求3和8所述噴咀，其特征在于該噴咀孔(33)設(shè)置于一第一管件(31)的蓋板(32)中，在該第一管件(31)中安裝有一小外直徑的第二管件(35)，該管件(35)延伸至所述蓋板(32)，并且在該第二管件(35)靠蓋極端設(shè)有至少一條開(kāi)口(38)，該開(kāi)口是切向布置的并構(gòu)成一供給通道，并且使該第一管件(31)和第二管件(35)之間的環(huán)形腔(36)與該腔(39)保持連通，該噴咀孔(33)從該腔(39)引向外界空間，此時(shí)該腔(39)主要由該蓋板(32)，該第二管件(31)的內(nèi)壁及該第二管件(35)中的一插塞(40)限圍而成，并且該/該些切向設(shè)置的供給通道(41a)設(shè)置于該插塞(40)中作為旋流通道。
10.如權(quán)利要求9所述高壓霧化噴咀，其特征在于，該流過(guò)該/該些第一供給通道(41a)的霧化流體(37)是較小旋轉(zhuǎn)的而該流體(37)的旋轉(zhuǎn)部分或該第二流體(37’)流過(guò)該/該些另外的供給通道。
11.驅(qū)動(dòng)權(quán)利要求1，2，4，5或6之一所述壓力霧化噴咀工作的方法，其特征在于該壓力霧化噴咀在全負(fù)荷及超載運(yùn)行時(shí)由一主湍流發(fā)生級(jí)控制，此時(shí)，該總的欲霧化的流體(37)通過(guò)該湍流腔(39)的至少一個(gè)供給通道(41)無(wú)旋轉(zhuǎn)地輸送，從而在此產(chǎn)生一強(qiáng)的湍流，該腔(39)通過(guò)該噴咀孔(33)與外界空間相連，并且在部分—和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，該壓力霧化噴咀可由一附加的壓力旋流級(jí)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，此時(shí)該進(jìn)行霧化的流體(37)的一部分或該進(jìn)行霧化的第二流體(37’)通過(guò)至少一條另外的供給通道(38)可旋地供給該腔(39)并且在該腔(39)中產(chǎn)生一強(qiáng)烈的旋流，該腔(39)通過(guò)至少一個(gè)噴咀孔(33)與外界相連，此時(shí)通過(guò)該旋流級(jí)輸送的那部分流體隨總流體流量之下降而增加。
12.驅(qū)動(dòng)權(quán)利要求1，3，8，9或10所述壓力霧化噴咀工作的方法，其特征在于在全負(fù)荷和超載運(yùn)行時(shí)，該壓力為霧化噴咀由一帶有極小的旋流的主壓力旋流級(jí)驅(qū)動(dòng)工作，此時(shí)該總的霧化流體(37)由該旋流腔(39)的至少一條第一供給通道(41a)輸送，因而在此產(chǎn)生一旋流，該腔(39)由至少一個(gè)噴咀孔(33)保持與外界空間相連通，并且在部分和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)該壓力霧化噴咀另外還由一另外的帶有更大旋流的壓力旋流級(jí)驅(qū)動(dòng)工作，此時(shí)進(jìn)行霧化的流體(37)的一部分或該霧化的第二流體(37’)由該腔(39)的至少一個(gè)產(chǎn)生強(qiáng)烈旋流的另外供給通道(38)輸送，并且在此產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋流，該腔(39)通過(guò)至少一個(gè)噴咀孔(33)保持與外界空間相連，通過(guò)該另一旋流級(jí)輸送的產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的那部分流體(37，37’)隨總流體質(zhì)量流的下降而增加。
13.如權(quán)利要求11或12所述方法，其特征在于該兩級(jí)之間可靈活地相互轉(zhuǎn)換。
14.如權(quán)利要求11或12所述方法，其特征在于該兩級(jí)可被同時(shí)驅(qū)動(dòng)工作并噴霧是可在擴(kuò)散中變化的。
15.如權(quán)利要求11或12所述方法，其特征在于該兩級(jí)只有一個(gè)被驅(qū)動(dòng)工作。
16.液體燃料(12)在一沒(méi)有混合延伸距離的燃燒器中燃燒的方法，其中在該燃燒器的內(nèi)腔(14)中，通過(guò)使燃料(12)在一噴咀(3)中之霧化而在流動(dòng)方向產(chǎn)生擴(kuò)散，該內(nèi)腔(14)的內(nèi)腔構(gòu)成得不會(huì)被錐形液體燃料柱(燃料滴霧4)浸濕，該燃料柱被從一切向流入該燃燒器的燃燒空氣流(15)包圍，從而在該燃燒器的出口處混合氣產(chǎn)生點(diǎn)火，并且在燒咀附近火焰由一回流區(qū)加以穩(wěn)定，其特征在于該噴咀(3)為權(quán)利要求1至10中任一所述的壓力霧化噴咀，該噴咀按權(quán)利要求11至15中任一所述方法運(yùn)行，并且該燃燒空氣流(15)的3至7％作為圍繞該噴咀(3)的外護(hù)空氣流(15a)而輸送。
17.液體燃料(12)在一個(gè)帶混合延伸距離的燃燒器中燃燒的方法，其中在該燃燒器的內(nèi)腔(14)中，通過(guò)使燃料(12)在一噴咀(3)中的霧化而在流動(dòng)方向產(chǎn)生擴(kuò)散，該內(nèi)腔(14)的內(nèi)腔構(gòu)成得不會(huì)被錐形液體燃料柱(燃料滴霧4)浸濕，該燃料柱被從一切向流入該燃燒器的燃燒空氣流(15)包圍，并由此形成一旋流，該旋流借助于在流動(dòng)方向在一混合延伸距離(220)上延伸的過(guò)渡通道(201)往下游流，并且混合氣的點(diǎn)火首先發(fā)生在該燃燒器的出口處，此時(shí)燒咀附近的火焰通過(guò)回流區(qū)穩(wěn)定，其特征在于該噴咀(3)為如權(quán)利要求1至10之一所述的壓力霧化噴咀，該霧化噴咀按權(quán)利要求11至15之一所述方法運(yùn)行，并且該燃燒空氣流(15)的3至7％作為圍繞該噴咀(3)的外護(hù)空氣流(15a)而輸送。
全文摘要
一種包括一噴嘴體(30)的壓力霧化噴嘴，其中設(shè)有一湍流—和/或旋流腔(39)，該腔(39)通過(guò)一噴嘴孔(33)保持與外界相連，并且設(shè)有至少一個(gè)用于該霧化流體(37，12)的第一供給通道(41，41a)，所述流體在壓力作用由該通道輸送，至少一條用于該霧化流體(37)的一部分或一第二霧化流體(37’)的另一供給通道(38)于該腔(39)中，通過(guò)該通道，該流體(37)的所述部分或該第二流體(37’)可在壓力作用下并可帶有旋轉(zhuǎn)地輸送。該兩級(jí)壓力霧化噴嘴例如可形成在一燃汽透平燃燒器的每種工況下燃料霧化角(Φ)的簡(jiǎn)單配合。
文檔編號(hào)F23D11/38GK1164442SQ97109590
公開(kāi)日1997年11月12日 申請(qǐng)日期1997年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月5日
發(fā)明者K·多伯林, P·詹森, H·P·科洛帕菲爾, C·斯坦貝徹 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司