CN101398186A - 自吸式旋流气动雾化喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，涉及全自动燃烧机用的燃油雾化蒸发掺混喷嘴，属于工业燃烧系统领域。压紧螺母1与固定件5将雾化片2、旋流片3、导流片4压紧；雾化片2为内锥体，出口为喷口14，旋流片3开有切向气孔11，导流片4出孔为油孔12，出口为旋流室；压紧螺母1与固定件5和连接件7联接，固定件5上游外表面装有密封圈6；进油孔8是连接件7的内孔，进气孔9是连接件7沿径向和轴向开的连接孔；本发明比现有的离心喷嘴或气动雾化喷嘴，无需油泵，具有改善燃油雾化蒸发掺混特性及油气空间分布的均匀性，提高燃烧性能，降低污染物排放，不结焦不堵塞，是全自动燃烧机燃烧重渣油及废油的理想喷嘴。

Description

自吸式旋流气动雾化喷嘴装置

技术领域

本发明涉及自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，它属于全自动燃烧机用的燃油喷嘴，通过喷嘴内的旋转气流产生负压核区，用油管将油箱里的燃油吸入喷嘴内，经过旋转气流的气动力，燃油开始雾化，并随气流送出喷嘴，从而产生一定空间分布的油雾场。本发明属于工业燃烧系统领域。

背景技术

在工业燃油燃烧装置中，都涉及将液体燃料雾化成细小油珠，并具有合理的空间油气分布，使燃烧效率最高的同时，能够降低有害气体的排放，而其关键是燃油雾化喷嘴的雾化性能。喷嘴的基本原理是使燃油形成良好的薄膜或射流，通过增强液流与气流的相对运动，使薄膜或射流产生不稳定、破碎而雾化形成液滴群，最后以某种规定的型态和方向喷向燃烧区进行燃烧。喷嘴将液体燃油破碎成细小油滴，目的是加大燃料的表面积，加快燃烧过程，提高燃烧性能。液雾的雾化质量不仅影响燃烧效率，还影响火焰稳定，以及冒烟、一氧化碳和未燃碳氢的水平、以及出口温度分布等等。因此，喷嘴是影响燃油燃烧器燃烧性能的关键设备之一。

目前，工业用喷嘴最为常用的有：(1)压力雾化离心喷嘴；(2)内混或外混气动喷嘴；(3)气泡雾化喷嘴；(4)组合式雾化喷嘴等。第(1)喷嘴是通过高压旋转燃油产生的离心力，使燃油失稳雾化。第(2)种喷嘴是利用空气或蒸汽作为雾化介质，将其压力能转化为高速气流的动能，使液体喷散成雾化炬。由于雾化介质压力高，雾化介质喷出速度接近或超过声速，通过高速气流产生的气动力使燃油雾化，并产生合理的空间分布。分为直流式、旋流式、内混式和外混式。第(3)种是通过气泡破碎的动能来雾化燃油。第(4)种是高压油喷嘴和双旋流器的组合形式。以上这些喷嘴的燃油都需要油泵提供一定的燃油压力，在烧重质油或废油时，使用离心喷嘴雾化质量差，容易堵塞、积焦，油泵易磨损。

离心喷嘴结构如图1、2、3所示。液体燃料在一定的压差作用下沿切向孔或槽进入喷嘴旋流室，在其中产生高速旋转获得转动量，这个旋转动量可以保持到喷嘴出口。当燃油流出喷口时，壁面的约束突然消失，于是在离心力的作用下射流迅速扩展，从而雾化成许多细小油滴。其主要由分流片、旋流片和雾化片组成。液体燃料经过分配器被分割成几股小液流，由背面的斜槽进入旋流片的小孔，再进入中间的旋流室，在旋流室中产生旋转运动，最后由雾化片的中间小孔喷出，从而达到雾化燃油的目的。其优点是：离心喷嘴具有良好的雾化质量，合理的油雾空间分布，点火性能好，稳定燃烧范围广，结构简单、紧凑；不需要雾化介质；噪音小。缺点：加工精度要求高，小流量喷嘴容易积碳堵塞；雾化细度受液压影响大，要求高油压下工作。

内混式气动雾化喷嘴结构如图4所示。中心为油管，燃油由中间小孔喷出，被外环多股高压空气初级雾化，进入混合室，再由喷头将油气混和物喷入燃烧区，达到燃油的充分雾化和具有一定的空间分布。其燃油的雾化质量要好于离心喷嘴，特别适合重渣油的燃烧，缺点是要消耗高压空气或蒸汽，不宜控制，调节比小，存在附加用能。

旋流式气动雾化喷嘴结构如图5所示。燃油从喷嘴中心的喷孔喷入旋流腔中，雾化介质分成两路，一路由气孔切向方向进入油腔，另一路在环缝处达到音速，高速喷出，进入一级旋流腔的油射流首先受旋转气流的剪切作用，进行第一次雾化，形成一个喷雾锥，当喷雾锥进入第二级旋流腔时再次受到旋转气流的剪切作用，进行第二次雾化。尺寸较大的油珠在离心力作用下处于喷雾锥的外层，受环缝高速气流的作用进行第三次雾化，从而形成合理的油气空间分布。

图6是另一种典型结构旋流式气动雾化喷嘴。空气从中心气管沿径向喷孔喷出，与周围油孔喷出的油射流在油气混合室相互撞击、掺混，形成第一次雾化。油气混和物经过喷头的旋流通道螺旋喷出，并与炉膛内空气、掺混，形成第二次雾化。

液膜式空气雾化喷嘴如图7所示。该喷嘴是引入喷嘴当地(燃烧室入口)的气流雾化燃油，利用火焰筒内外有较大的气体压力差，来形成喷嘴内较高的空气流速。气流分成两路，内环气流经过中心锥体和旋流室之间的收敛形通道加速以后，从唇口喷出去，外环空气经唇边与内环空气掺混。油膜受到内外高速气流冲击雾化，油雾喷入燃烧室主燃区。该喷嘴主要是由气流动能与燃油相互作用，促使燃油雾化，气流动能越大，气液比越大，气液相互作用就愈激烈、愈充分，燃油雾化愈好，SMD愈小。

气泡雾化喷嘴的结构如图8、9所示。燃油由中心管的小孔供给，高压空气由主进气孔和副进气孔进入油气混合室，最后油气混和物由中间环形出口喷出，同时被外环高速旋转的气流掺混，大部分形成油包气的混和物，在燃烧区气泡爆裂将油滴再次雾化，形成具有良好雾化细度的空间油雾场。

组合式空气雾化装置如图10所示。其采用双级轴向旋流器与喷嘴一体化设计，燃油经喷嘴形成一次雾化，油雾中的小油珠随气流向下游运动，大油珠碰到安装在一二级反向旋流器出口处的文氏管上形成油膜。油膜在一级旋转气流的作用下运动至文氏管出口处，被两侧高速气流剪切雾化。内外旋流器、喷嘴、文氏管、套筒对燃油的雾化和掺混都有重要影响，文氏管类似液膜式空气雾化喷嘴。它具有液膜式喷嘴的优点，兼顾高低工况性能。它可以通过调整漩流器结构来改变燃烧室头部气流结构和燃油浓度分布，以保证宽广工作状态下的良好点火性能、完全燃烧，宽广稳定的燃烧范围，良好的出口温度场以及低排放发散的要求。一般组合式雾化装置的气油比要比普通液膜式空气雾化喷嘴大的多，雾化空气量约为13-15％总空气量。

燃油喷嘴是燃烧机的关键部件，对决定燃烧机的燃烧性能有着重要作用。由于小流量的离心喷嘴在烧重渣油，甚至废油时，喷嘴堵塞和结焦、冒烟和NO_X排放问题会突出，同时油泵很容易摩损和功能下降。气动喷嘴比离心喷嘴可以降低冒烟，减小积焦，低NO_X排放，但需要油泵提供压力，不宜控制，气压条件高，操作复杂。在保证燃油喷嘴能够改善燃油雾化蒸发质量和分布，油雾和空气的充分均匀混合的同时，希望不用油泵(油压为无油压燃油)和压力雾化喷嘴。通过增大油孔面积和采用空气吹除技术，可以减小喷嘴堵塞和表面积碳。为实现这一目的，提出了本发明专利。

发明内容

为了克服现有技术结构的不足，本发明的自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，充分利用高速旋转气流，在旋流室轴心附近区域形成负压核区，而燃油孔处于负压核内，这样油箱里的燃油会自动被吸入旋流室内，燃油被旋转气流雾化而喷出。喷嘴燃油雾化质量好，空间分布合理，点火和燃烧性能好，结构简单，性能可靠，不堵塞结焦，不需要油泵，是小流量全自动燃烧机燃烧重渣油和废油的理想喷嘴。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，包括压紧螺母、雾化片、旋流片、导流片、固定件、密封圈、连接件、进油孔、进气孔、进气槽、切向气孔、油孔、旋流室、喷孔；

压紧螺母与固定件将雾化片、旋流片、导流片压紧；

雾化片为内锥体，出口为喷口，旋流片开有切向气孔，导流片出孔为油孔，或旋流片和导流片为一体件，中间为油孔，外侧开有切向气孔或斜向槽；

导流片的上游与固定件压紧，下游与旋流片压紧；

压紧螺母与固定件和连接件联接，固定件上游外表面装有密封圈，连接件和固定件将密封圈压紧；

进油孔是连接件的内孔，进气孔是连接件沿径向和轴向开的连接孔，进气槽是固定件螺纹处上的通气槽；

油孔是导流片的中心孔，出口为旋流室，喷孔是雾化片的出口。

通过喷嘴内的旋转气流产生的负压核区，供油孔处于负压核区，燃油自动吸入喷嘴内，并产生气动雾化效应，无需油泵。

所述旋流片开有切向气孔，导流片出孔为油孔，可以改制为旋流片和导流片为一体件，中间为油孔，外侧开有切向气孔或斜向槽。

本发明的有益效果，利用高速旋转气流在喷嘴内形成负压核区，油孔处于负压核区内，从而将油箱里的燃油吸入喷嘴，再通过旋流室内的旋转气流将燃油雾化而喷出。该喷嘴具有以下优点：

①.兼顾离心喷嘴和气动雾化喷嘴的特点，燃油雾化质量好，空间分布合理，喷嘴不结焦不堵塞；

②.替代离心喷嘴，省去油泵，避免由于喷嘴堵塞和油泵磨损而经常维修；

③.比其它气动雾化喷嘴减少耗气量，降低气压，宜于操作；

④.高速旋转气流强化回流区的油气掺混，增加紊流强度，强化燃烧，提高燃烧效率，减小冒烟和污染物的排放；

⑤.结构简单，性能可靠，调节比大；

⑥.可以燃烧轻油、重油、渣油、动植物油、废油等多种燃料，是理想的全自动燃烧机喷嘴；

因此，该自吸式旋流气动雾化喷嘴，具有燃油雾化质量好，空间分布合理，喷嘴不结焦不堵塞；比其它气动雾化喷嘴减少耗气量，降低气压；强化燃烧，提高燃烧效率，减小冒烟和污染物的排放；结构简单，性能可靠，调节比大，省去油泵；是燃烧机燃烧多种燃料，特别是燃烧重渣油和废油的理想喷嘴。

附图说明

图1离心喷嘴结构和原理示意图；

图2离心喷嘴结构和原理示意图；

图3离心喷嘴结构和原理示意图；

图4内混式气动雾化喷嘴结构示意图；

图5旋流式气动雾化喷嘴结构示意图；

图6内混旋流式气动雾化喷嘴结构示意图；

1-油管 2-气管 3-喷气器 4-外喷头 5-旋流器

图7液膜式气动雾化喷嘴结构示意图；

图8气泡雾化喷嘴结构示意图；

图9气泡雾化喷嘴结构示意图；

图10组合式空气雾化装置结构示意图；

图11为本发明自吸式旋流气动雾化喷嘴示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明的实施方式。

实施例1：附图11为自吸式旋流气动雾化喷嘴装置示意图，其由压紧螺母1、雾化片2、旋流片3、导流片4、固定件5、密封圈6、连接件7、进油孔8、进气孔9、进气槽10、切向气孔11、油孔12、旋流室13、喷孔14组成。

压紧螺母1通过螺纹与连接件7和固定件5连接，通过固定件5将雾化片2、旋流片3、导流片4压紧；雾化片2出口与压紧螺母1连接，进口与旋流片3压紧；旋流片3进口与导流片4压紧，或旋流片3和导流片4为一体件，中间为油孔，外侧为斜向槽，出口与雾化片2压紧；导流片4的上游与固定件5压紧，下游与旋流片3压紧；固定件5外面通过螺纹与压紧螺母1连接，上游外表面装有密封圈6，通过连接件7和固定件5将密封圈6压紧，下游与导流片4压紧；密封圈6镶嵌在固定件5的凹槽内，外侧与连接件7压紧；连接件7下游与压紧螺母1压紧，内表面与密封圈6压紧；进油孔8是连接件7的内孔；进气孔9是连接件7沿径向和轴向开的连接孔；进气槽10是在固定件5的螺纹处开有2-3个通气槽；切向气孔11是在旋流片3上开的切向圆孔或槽，(或旋流片3和导流片4为一体件，在出口圆周位置开有多个切向槽)；油孔12是导流片的中心孔，出口为旋流室；旋流室13上游为导流片4，下游为雾化片2，中间为旋流片3；喷孔14是雾化片2的出口。

本发明采用压紧螺母1通过螺纹与连接件7和固定件5连接，通过固定件5将雾化片2、旋流片3、导流片4压紧，保证它们的中心处于同一轴线上，保证旋流室13密封性；雾化片2使旋转气流在其内缘加速旋转，保证形成负压核区，提高燃油的雾化质量；旋流片3使高压雾化气体进入旋流室时产生高速旋转运动；导流片4保证合理的气流旋转，油孔处于合适的位置；固定件5保证雾化片2、旋流片3、导流片4的中心线处于同一轴线上；密封圈6保证气路和油路的密封；连接件7上设有进气孔，中心孔通油，分路供油和供雾化气；进油孔8是供油；进气孔9是供雾化气体；进气槽10保证雾化气体能够进入旋流室；切向气孔11使雾化气体产生旋转运动；油孔12是保证燃油供给；旋流室13产生负压核区和油气的雾化掺混；喷孔143是油气混和物的出口。

本发明自吸式旋流气动雾化喷嘴工作过程如下：在给喷嘴供雾化气体后，雾化空气通过旋流片上的切向孔，在旋流室内产生高速旋转运动。由于离心力的作用，在旋流室内产生负压核区，而油孔正处于负压核区内，从而油箱里的无压燃油被吸入旋流室内，被旋转气流雾化送出喷嘴，产生合理的油雾场，能保证良好的燃烧。燃油流量随雾化气体压力和流量的变化而变化，当停止供给雾化气体时，燃油供给自动停止。

从以上叙述可知，本发明是利用高压空气在喷嘴的旋流室内产生旋转运动，从而在旋流室内产生负压核区，用油管将燃油吸入喷嘴，燃油被旋转气流雾化，并送出喷嘴，能够产生良好的燃油雾化质量，实现重渣油及废油的高效燃烧。该喷嘴避免了离心喷嘴在烧重油渣油及废油时，所产生的结焦、积碳、冒烟、污染物排放增多，以及油泵宜于磨损等缺点。通过合理设计，完全能够满足全自动燃烧机对燃油雾化和分布及燃烧特性的要求。

本发明的自吸式旋流气动雾化喷嘴，燃料适用范围为汽油、柴油、重油、渣油、动植物油、废油。适用的参数范围，油压为常压，燃油流量10-60kg/h，雾化气体压力0.05-0.5Mpa，雾化气体流量为燃油流量的10-35％。结构简单，性能可靠，调节比大，燃烧效率高，不结焦不堵塞，完全可以替代压力离心雾化喷嘴和气动雾化喷嘴在全自动燃烧机上的应用，是一种理想工业燃烧喷嘴。

实施例2：

自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，包括压紧螺母1、雾化片2、旋流片3、导流片4、固定件5、密封圈6、连接件7、进油孔8、进气孔9、进气槽10、切向气孔11、油孔12、旋流室13、喷孔14组成。

所述的压紧螺母1是指用铜加工成的压紧件，其通过螺纹与连接件7和固定件5连接，通过固定件5将雾化片2、旋流片3、导流片4压紧，保证它们的中心处于同一轴线上；所述的雾化片2是指用耐磨不锈钢加工的内锥体，旋转气流在其内缘加速旋转，出口与压紧螺母1压紧，进口与旋流片3压紧；所述的旋流片3是指用耐磨不锈钢加工的圆柱筒体，其上开有一定尺寸的切向圆孔或槽，其进口与导流片4压紧，出口与雾化片2压紧(或旋流片3和导流片4为一体件，在出口圆周位置开有多个切向槽)；所述的导流片4是指用耐磨不锈钢加工的中空柱体，中心为油孔，外面围具有一定流线形状的曲面，上游与固定件5压紧，下游与旋流片3压紧；所述的固定件5是指用铜加工中空的连接件，外面通过螺纹与压紧螺母1连接，上游外表面装有密封圈6，通过连接件7和固定件5，将密封圈6压紧，保证油路和气路之间的密封性，下游与导流片4压紧；所述的密封圈6是橡胶密封圈，镶嵌在固定件5的凹槽内，外侧与连接件7压紧；所述的连接件7是用铜材料加工中空柱体，下游与压紧螺母1通过螺纹连接，内表面与密封圈6压紧，其上设有进气孔8，中心孔通油；所述的进油孔8是连接件7的内孔，向下游依次为固定件5和到流片4的内孔；所述的进气孔9是连接件7沿径向和轴向开的连接孔，保证进气畅通；所述的进气槽10是指在固定件5的螺纹处开有2-3个通气槽，保证压缩空气进入旋流室13；所述的切向气孔11是指在旋流片3上开的切向圆孔(或旋流片3和导流片4为一体件，在出口圆周位置开有多个切向槽)，气流外侧边缘沿旋流片3的内径切线方向；所述的油孔12是指导流片4的中心孔，其出口为旋流室12，靠近喷嘴喷孔14；所述的旋流室13是指雾化片2、旋流片3、导流片4形成的中空腔室，上游为导流片4，下游为雾化片2，中间为旋流片3；所述的喷孔14是指雾化片2的出口，是旋流室13油气混和物的出口。

安装顺序：将导流片4、旋流片3、雾化片2与固定件5安装，再将固定件5与压紧螺母1通过螺纹紧密连接，在固定件5上安装密封圈6，将连接件7与压紧螺母1通过螺纹连接。

Claims (7)

1、自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，其特征在于，包括压紧螺母(1)、雾化片(2)、旋流片(3)、导流片(4)、固定件(5)、密封圈(6)、连接件(7)、进油孔(8)、进气孔(9)、进气槽(10)、切向气孔(11)、油孔(12)、旋流室(13)、喷孔(14)；

压紧螺母(1)与固定件(5)将雾化片(2)、旋流片(3)、导流片(4)压紧；

雾化片(2)为内锥体，出口为喷口(14)，旋流片(3)开有切向气孔(11)，导流片(4)出孔为油孔(12)；

导流片(4)的上游与固定件(5)压紧，下游与旋流片(3)压紧；

压紧螺母(1)与固定件(5)和连接件(7)联接，固定件(5)上游外表面装有密封圈(6)，连接件(7)和固定件(5)将密封圈(6)压紧；

进油孔(8)是连接件(7)的内孔，进气孔(9)是连接件(7)沿径向和轴向开的连接孔，进气槽(10)是固定件(5)螺纹处上的通气槽；

油孔(12)是导流片(4)的中心孔，出口为旋流室，喷孔(14)是雾化片(2)的出口。

2、根据权利要求书1所述的自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，其特征在于，旋流片(3)和导流片(4)为一体件，中间为油孔(12)，外侧开有切向气孔(11)或斜向槽。

3、根据权利要求书1和2所述的自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，其特征在于，所述的雾化片(2)是内锥体，出口与压紧螺母(1)压紧，进口与旋流片(3)压紧；所述的旋流片(3)是圆柱筒体，其上开有切向圆孔或槽，其进口与导流片(4)压紧，出口与雾化片(2)压紧。

4、根据权利要求书1所述的自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，其特征在于，所述的导流片(4)是中空柱体，中心为油孔，外面围具有流线形状的曲面，上游与固定件(5)压紧，下游与旋流片(3)压紧；所述的固定件(5)外面通过螺纹与压紧螺母(1)连接，上游外表面装有密封圈(6)，下游与导流片(4)压紧；所述的密封圈(6)是橡胶密封圈镶嵌在固定件(5)的凹槽内，外侧与连接件(7)压紧。

5、根据权利要求书1所述的自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，其特征在于，所述的进油孔(8)向下游依次为固定件(5)和导流片(4)的内孔；

所述的进气孔(9)是连接件(7)沿径向和轴向开的连接孔；

所述的进气槽(10)是指在固定件(5)的螺纹处开有2-3个通气槽，

所述的切向气孔(11)是指在旋流片(3)上开的切向圆孔。

6、根据权利要求书1所述的自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，其特征在于，

所述的旋流室(13)是指雾化片(2)、旋流片(3)、导流片(4)形成的中空腔室，上游为导流片(4)，下游为雾化片(2)，中间为旋流片(3)。

7、根据权利要求书1所述的自吸式旋流气动雾化喷嘴装置，其特征在于，压紧螺母(1)通过螺纹与连接件(7)和固定件(5)连接，固定件(5)、雾化片(2)、旋流片(3)、导流片(4)的中心处于同一轴线上。

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