CN101545634A - 金属燃烧室膜片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体燃烧室，该燃烧室包括一个金属的燃烧室膜片，具有一个底部段(201)，一个封闭段(203)，以及在它们之间的一个过渡段(202)。燃烧室膜片的形状是这样的，使过渡区的最小曲率半径小于底部段的最小曲率半径。并且燃烧室膜片是无间断地由底部段通过过渡段进入封闭段。这样一种气体燃烧室的优点除其它优点外还具有较大的动力功率范围，改进的火焰前缘和低的生产成本。

Description

金属燃烧室膜片

本申请是名称为“金属燃烧室膜片”、国际申请日为2004年2月25日、国际申请号为PCT/EP2004/050205、国家申请号为200480010442.9的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及一种气体燃烧室，该气体燃烧室包括一种金属的燃烧室膜片。

背景技术

具有不同形状和不同的燃烧室膜片的现有技术的气体燃烧室已经描述过，例如，见WO 02/44618A1和WO 01/79756A1。

这些燃烧室的第一缺点是，对于一个给定的尺寸，这些燃烧室不允许输出功率在一个大的范围内：在低的功率下，这就是如果气体流率低，存在火焰熄灭的危险，而在高的功率下，这就是如果气体流率高，存在火焰吹出的危险。这样导致需要一个范围的各种燃烧室，它们仅在尺寸上稍有差别(例如，它们的高度)以适合于特定的功率：这是第二缺点。

这些燃烧室的第三缺点是需要采购不同的部件，组成和焊接到一起，这样导致昂贵的燃烧室。焊缝本身在燃烧室内是薄弱点，因为它们在燃烧室使用时的加热和冷却循环内最易于失效。因此焊接降低产品的寿命，这构成第四缺点。

发明内容

本发明的一个通常的目的是消除现有技术燃烧室的这些缺点。本发明的一个第一目的是提供一种具有一个增加的输出功率范围的燃烧室。本发明的一个第二目的是提供一种带有增加的寿命的燃烧室。本发明的一个第三目的是提供一种具有降低的生产成本的燃烧室。本发明的一个第四目的是提供一种带有改进的火焰分布的燃烧室。

按照本发明的一个气体燃烧室包括一个金属燃烧室膜片。在几何形状上该燃烧室膜片包括一个底部段和一个封闭段。底部段具有一个最小曲率半径R_底部。“最小曲率半径”的含义将在后面解释。底部段通过一个过渡区不间断地连接至封闭段：过渡段燃烧室膜片包括与底部段和封闭段相同的元件。过渡段具有一个最小曲率半径r_过渡，该最小曲率半径r_过渡大于零和小于或等于底部段的曲率半径R_底部：0<r_过渡≤R_底部。不排除底部段是一个平板的情况，这时R_底部是无限大。更优选地为：0.02×R_底部≤r_过渡≤0.7×R_底部。更加优选地为：0.02×R_底部≤r_过渡≤0.35×R_底部。对封闭段的最小曲率半径没有限制。

“一段的最小曲率半径”的概念现在解释如下。

在几何形状上，在燃烧室膜片的每一点上可以限定许多曲率半径；这些曲率半径中的每一个与按照一个平面的特定的一个剖面相关联，该平面包括考虑的一点的法线。此平面与燃烧室膜片相交导致一个轨迹。该曲率半径就是在交会平面内一个圆的半径，该圆在考虑的一点二阶(second order)接触轨迹。在包括通过考虑点的法线、带有相关的轨迹和曲率半径的全部可能的平面之内，选择最小的半径。由于一次选择的每一点具有一个最小的半径，此段的全部最小半径中的最小的半径可以定义为该段的最小曲率半径。由于曲率半径经常是一个正数，可以发现的最小的曲率半径为零。相同的定义以变通的形式使用于燃烧室膜片的三部分的每一部分：底部段，过渡段和封闭段。对于它们的每一个因此可以发现一个最小曲率半径：例如，对于具有管形并带有一个倒圆的多边形截面的底部段，最小曲率半径等于各边缘倒圆处的半径。对于一个圆筒与此相同，最小曲率半径等于其直径的一半。

由于几何结构必须减少至实际可用的，应该明确，本发明涉及几何结构的实施例，它当然要受工程精度的控制。因此，应该明确，本发明不应局限于概括的几何形状，而是适用于真实的燃烧室膜片的形状，这种形状可以借助一个适当的用计算机控制的三维测量台容易地测量，它允许直接地测定一般的几何特性，以及尤其是曲率半径。

燃烧室膜片的形状以下列的方式影响燃烧室的功能：具有最小曲率半径的燃烧室膜片的这些区域与具有较高曲率半径的区域比较，在膜片外面产生一个较低的气体速度。一个较低的气体速度导致一个较低的火焰前缘。因此，借助改变曲率半径，膜片外面的气体速度以及随后火焰前缘能够在表面上有利的调节。这样除其它优点之外产生下列的优点：

—由于降低气体速度的区域，火焰较少倾向于吹出。

—由于在燃烧室膜片上不同的气体速度，使用相同的燃烧室，可以调节气体流率的改变较大，因此消除了在库内储备不同类型燃烧室的需要。

—带有较小曲率半径的区域由于较慢的气体流动，导致其本身有利于气体的点燃。

按照本发明，从底部段至封闭段的过渡是不间断的。不间断意味形成不同段(底部段，过渡段和封闭段)的膜片不是使用任何可能导致膜片产生一条接缝以及因此在燃烧室表面上带有阻断的气流的方式连接，这就是，三段：底部段，过渡段和封闭段必须是透气的。燃烧室膜片没有间断的事实保证沿整个燃烧室膜片有一个封闭的火焰前缘。三段(底部段，过渡段和封闭段)实施为不间断的可借助下列的方式之一达到：

—借助使用一种针织或编织或纺织的不锈钢纤维织物，这种织物可以是针织或编织或纺织的，以这种方式满足本发明的几何要求；

—借助深拉伸或冲压一张板材成为一个形状，该形状可以满足本发明的几何要求。必须在板材上的三段(底部段，过渡段和封闭段)钻出小孔，以达到希望的气体流动；

—借助深拉伸或冲压一张已带孔的板材，因此消除了随后板材钻孔的需要；

—借助深拉伸或冲压一张丝网，丝网的丝材具有一个适当的厚度和可成形性。

也可用上述的各方法的结合，例如：

—一个针织或编织或纺织的不锈钢纤维织物，该织物在一个深拉伸，或冲压的、已经钻孔的板材上拉伸；

—一个针织或编织或纺织的不锈钢纤维织物，该织物在一个深拉伸，或冲压的带孔板材上拉伸；

—一个针织或编织或纺织的不锈钢纤维织物，该织物被一张深拉伸的或冲压的丝网支承。此丝网也可以与针织或编织或纺织的不锈钢纤维织物制成整体，这就是它可以与不锈钢纤维混合针织，混合编织或混合纺织。

可以明白，以上的列举是不全面的，按照本发明的权利要求书，可能有更多不同的可能性。

以上述的方式得到的燃烧室膜片，可以达到除其它优点之外的下列优点的一项或多项：

—借助消除现有技术燃烧室的不同部件的焊缝和装配而使用深拉伸或冲压板材或带孔板材获得生产成本的降低；

—由于消除焊缝而获得气体燃烧室提高的寿命；

—在带孔板材上使用不锈钢纤维隔离板材的火焰，以及导致带孔板材的较低的热应力，以及因此提高其寿命；

—使用不锈钢纤维导致气体流动排出供给通孔时进一步随机的分散，它产生一个改进的火焰分布。

—不间断的燃烧室膜片保证在燃烧室的每一段，尤其是过渡段内的一个火焰前缘。这样显著地改进了火焰的稳定性。

附图说明

本发明现在参照附图更详细地说明，附图中：

图1是一个透视图，示出本发明的基本几何原理；

图2是一个透视图，示出本发明的一个优选的实施例；

图3(a)示出沿图2的直线A-A’的本发明的一个优选的实施例的一个剖面图及几何元件；

图3(b)示出沿图2的直线A-A’的本发明的一个优选的实施例的一个剖面图及物理特性；

图4(a)示出根据底部段的一个矩形横截面的一个第二优选的实施例；

图4(b)和4(c)示出分别地通过图4(a)的平面AA’和BB’的横剖面图；

图4(d)示出通过底部段中部的图4(a)的燃烧室的顶视横剖面图；

图5(a)示出一个第三优选的实施例的侧视图；

图5(b)示出第三优选的实施例的顶视图；

图5(c)示出第三优选的实施例的一个改型的侧视图；

图6(a)示出一个第四优选的实施例的侧视图；

图6(b)示出第四优选的实施例的顶视图；

图6(c)示出第四优选的实施例的侧视图。

具体实施方式

本发明的基本的几何特点示于图1内，其中一种形状的燃烧室膜片100包括一个底部段102，一个过渡段104和一个顶段106。取一点‘a’作为考虑点，‘a’点具有至表面的法线N。都包括法线N的平面P1，P2和P3分别地沿着不同的轨迹T1，T2和T3切割燃烧室的表面。接触圆C在‘a’点与T1接触。应该明确，在全部含有N的平面内，平面P1确定在‘a’处带有最小曲率半径R(a)的轨迹T1。如果现在对于过渡段的每一点‘X’(图1内未示出)求出R(x)，全部R(x)的最小值能够选择。当程序使用于底部段102时，获得一个最小曲率半径R_底部。同样，对于过渡段可以获得一个最小曲率半径r_过渡。对于本发明重要的是，过渡段的最小曲率半径小于或等于底部段的最小曲率半径。

图2示出一个第一优选的实施例200的透视图。底部段201是截锥形的，以及在圆204处达到它的最小曲率半径。过渡段202是一个环形的一个表面，以及封闭段203是一个平盘。

图3(a)示出图2的第一优选的实施例的沿直线A-A’的几何元件。仅示出表面膜片的外表面，以便显示几何元件。截锥形底部段201具有它的最小曲率半径在较小直径侧。虽然锥体326的半顶角的0°(一个圆筒形底部段)工作的结果也是好的(实施例未示出)，图中示出锥体326的半顶角为约30°。也不排除更高的顶角—最大为90°，即一个平面。在圆204上的全部点共享相同的最小曲率半径R_底部328。带有半径R_底部的球320限定按照本发明过渡段可能具有的最大的“最小曲率半径”。过渡段是一个环面的一部分，该环面是由一个圆324围绕对称轴340转动形成的。因此，圆324的半径确定过渡段的半径r_过渡330。在圆204的平面和与其平行的一个平面之间的环表面的一部分作为过渡区。很清楚，环面也可以由一个椭圆或一个卵形或其它任何圆形围绕对称轴340转动而形成。还有这样的情况，其中环面是退化的(degenerate)，这就是中部无孔的情况也不排除。这是例如图3a的情况。封闭段203在本实施例中为一个平盘。在另一个实施例中，(未图示)，封闭段是一个小的倒置球帽，因此在燃烧室膜片中心产生一个凹部。

由本实施例可以明确，由底部段至过渡段的跨越不需要是平滑的(“平滑”意味连续的一级导数)，但必须是无间断的(零级连续性)。

图3b示出第一优选的实施例的沿图2所示的平面AA’剖面的物理特点。底部段201示出冲压的带孔金属板，它是由一个单片的金属板材制造的。带孔的金属板设置一系列的孔。由于孔的尺寸较大(对于本实施例为1mm)，所以由于板的变形所引起的过渡段处孔尺寸的改变与气体的流动速度无关。为了扩散气体，一片编织的金属纤维织物305张紧在底部段，过渡段和封闭段上。在本优选的实施例中，织物是借助点焊连接至带孔板上、虽然其它固定方式也同样是可能的，例如，并不排除借助缝纫或借助冲压来连接。在另一个优选的实施例中(未图示)织物是借助点焊在板上的夹环而保持在带孔板上。

编织的纤维织物允许高度延伸，因此导致由底部段至封闭段的一个连续的过渡。箭头307，308和309指示当气体流出膜片时的气体流速。在过渡段202内较低的气体流速以较短的矢量308表示，而在底部段201和封闭段203处的气体流速较高，它以较长的矢量309，307分别地表示。还有对各段示出了较低的火焰前缘310(在此处气体点燃)以及外火焰前缘313(在此处是火焰的顶部)。

使用本优选的实施例，有可能达到一个最大的加热功率40kW/dm²。一个最小的加热功率1kW/dm²是需要的，以便获得一个稳定的火焰。这样获得一个总动力范围1:40。

在图4a内示出一个优选的实施例，它更适合于代替一个矩形燃烧室。在此处底部段的横截面基本上是矩形的，其边缘是倒圆的。

图4b是沿图4a的平面AA’的横剖面图；底部段401平滑地前进至进入过渡段402，后者近似具有一个较小的半轴406和一个较大的半轴405的一个椭圆的上半部。标号407指示与过渡段的最小曲率半径相关的接触圆。

图4c示出沿图4a的直线BB’的剖面图，图4c示出与图4a的AA’剖面图基本上相同的形状，但其中半椭圆已切割为两部分，以及两个四分之一椭圆块已位移适当的距离。图4d示出一个水平剖面图的近视图。倒圆的角部已基本上并合为一个半圆形，其半径等于图4b的椭圆的较大的半轴。

应该指出，在本实施例中，封闭段消失为一条单独的直线408。

在图5a和5b所示的一个第三优选的实施例中，图3b的带孔板201被一个不锈钢丝网520代替。丝的直径为0.48mm，带有一个方形24/24网孔尺寸(24条丝/in)，以2/2斜织。虽然2至8mm的半径也能同样良好地工作，在过渡段502内的最小曲率半径506优选地等于4mm。底部段501的最小曲率半径值为25mm，以及优选地在30至45mm范围内。封闭段是一个平盘504。一个编织的金属纤维织物512点焊至金属丝网。

图5c示出第三实施例的一个改型。与按照第三实施例燃烧室膜片相同的部件以带撇的相同的标号表示。过渡段502’是一个圆峰形。圆峰的顶部具有曲率半径506’，该曲率半率原来是过渡段的最小曲率半径。

在图6a和6b内示出一个第四优选的实施例，再次使用一个不锈钢丝网610。底部段601具有一个很大的最小曲率半径，过渡段602具有一个最小曲率半径606，而封闭段消失为一条单独的直线604。虽然3mm以上的值是可能的，但过渡段606的最小曲率半径606优选地为9mm。

图6c示出第四实施例的代替。同样，与按照第四实施例的燃烧室膜片相同的部件以带撇的相同的标号表示。过渡段602’是一个峰形，基本上延伸至纵向燃烧室膜片的长度。峰的顶部具有一个曲率半径606’，该曲率半径原来是过渡区的最小曲率半径。同样，封闭段消失为一条直线604’。

Claims (15)

1.一种气体燃烧室，上述的燃烧室包括一个金属的燃烧室膜片，上述的膜片包括一个具有一个最小曲率半径R底部的底部段以及一个封闭段，其特征在于，上述的膜片是不间断的，包括用于连接上述的底部段至上述的封闭段的一个过渡段，上述的过渡段具有一个最小曲率半径r过渡，该最小曲率半径r过渡大于零以及小于或等于上述的底部段的曲率半径R底部。

2.按照权利要求1的气体燃烧室，其特征在于，上述的膜片包括一个不锈钢纤维组成的织物。

3.按照权利要求2的气体燃烧室，其特征在于，上述的不锈钢纤维基本上平行地排列为束。

4.按照权利要求3的气体燃烧室，其特征在于，上述的束是针织的或编织的或纺织的。

5.按照权利要求1的气体燃烧室，其特征在于，上述的膜片包括一个带孔板或片。

6.按照权利要求1的气体燃烧室，其特征在于，上述的燃烧室膜片包括一个带孔板，上述的过渡段的外侧设置不锈钢纤维。

7.按照权利要求6的气体燃烧室，其特征在于，上述的底部段和上述的封闭段至少部分地设置不锈钢纤维。

8.按照权利要求6或7的气体燃烧室，其特征在于，上述的不锈钢纤维基本上排列为束。

9.按照权利要求8的气体燃烧室，其特征在于，上述的束是针织的或编织的或纺织的。

10.按照权利要求1至9中任何一项的气体燃烧室，其特征在于，上述的底部段具有一个截锥形。

11.按照权利要求1至9中任何一项的气体燃烧室，其特征在于，上述的底部段具有一个圆筒形。

12.按照权利要求10或11的气体燃烧室，其特征在于，上述的过渡段是一个环面的一部分，该环面被垂直于上述的环面的对称轴的两个平面限定。

13.按照权利要求1至9中任何一项的气体燃烧室，其特征在于，上述的底部段具有一个多边形横截面，上述的横截面的角部是倒圆的。

14.按照权利要求1至9中任何一项的气体燃烧室，其特征在于，上述的底部段具有一个矩形横截面，上述的横截面的角部是倒圆的。

15.按照权利要求1至9中任何一项的气体燃烧室，其特征在于，上述的底部段是一个截棱锥形，上述的截棱锥具有倒圆的边缘。

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