CN102721081A - 一种等离子强化雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种等离子强化雾化喷嘴，包括低温等离子放电组件、油过滤器和旋流器组件；低温等离子放电组件包括外电极、内电极、陶瓷件、电源连接架，电源连接架套在外电极上，陶瓷件一部分安装在外电极里、另一部分安装在电源连接架里，内电极安装在陶瓷件里，陶瓷件与外电极之间形成放电区域；旋流器组件包括支架、支撑弹簧、喷嘴壳体、旋流器、旋流器壳体，旋流器安装在旋流器壳体里，支撑弹簧连接支架和旋流器，旋流器壳体安装在喷嘴壳体里，旋流器壳体的喷口连通喷嘴壳体的喷口；低温等离子放电组件与旋流器组件相连，油过滤器安装在外电极上，油过滤器与放电区域相连通。本发明改善了雾化效果，提高了火焰传播速度。

Description

一种等离子强化雾化喷嘴

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是燃气轮机的喷嘴。

背景技术

介质阻挡放电技术是低温等离子体催化的一种，目前主要应用在臭氧生产、废气处理、材料表面改性、气态污染物的处理等技术领域。低温等离子体催化是实现等离子体化学反应过程低能耗、高收率、高选择性的一种极其有效的途径。

介质阻挡放电技术多用于气态物体的研究和处理，而对于液态物体的催化研究的较少。叶齐政、李劲等人利用介质阻挡放电装置研究了液膜表面的气体放电水处理技术，印永祥通过介质阻挡放电装置作用于水中气泡，气泡中放电时，高能电子、臭氧以及紫外线能够充分和水接触，易于产生羟基等自由基而处理废水。刘永军研究了低温等离子体在水处理中的应用，采用接触辉光放电，降解水中的有机污染物。

对于低温等离子体在水处理方面的应用，主要考虑到水的密度非常大和介电常数非常高（约为80），使得直接对水放电非常困难。本发明中采用的液态燃料介电常数较低，约为2~4，可以利用介质阻挡放电实现液态燃料的部分催化裂解。

近年来，将介质阻挡放电技术应用到等离子催化雾化的研究还比较少，尤其是用于液态燃料的催化以及辅助雾化未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供将介质阻挡放电技术应用到等离子催化雾化的一种等离子强化雾化喷嘴。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种等离子强化雾化喷嘴，其特征是：包括低温等离子放电组件、油过滤器和旋流器组件；低温等离子放电组件包括外电极、内电极、陶瓷件、电源连接架，电源连接架套在外电极上，陶瓷件一部分安装在外电极里、另一部分安装在电源连接架里，内电极安装在陶瓷件里，陶瓷件与外电极之间形成放电区域；旋流器组件包括支架、支撑弹簧、喷嘴壳体、旋流器、旋流器壳体，旋流器安装在旋流器壳体里，支撑弹簧连接支架和旋流器，旋流器壳体安装在喷嘴壳体里，旋流器壳体的喷口连通喷嘴壳体的喷口；低温等离子放电组件与旋流器组件相连，油过滤器安装在外电极上，油过滤器与放电区域相连通。

本发明还可以包括：

1、所述旋流器组件的支架、旋流器、旋流器壳体及喷嘴壳体之间同轴。

2、旋流器壳体与喷嘴壳体之间密封，旋流器壳体轴向均匀分布孔，油从旋流器壳体的孔进入旋流器并通过旋流器壳体喷出。

3、喷嘴壳体的喷口为扩张锥形。

本发明的优势在于：液态燃料经介质阻挡放电低温等离子催化后，部分燃料裂解为燃料碎片和活化组分，形成气体等离子微团，包含于液态燃料中间。富含气态微团的液态燃料进入旋流器组件经雾化后喷出，喷出瞬间气态微团发生爆破使得燃油产生非常细小的液雾，从而改善雾化效果。在液态燃料雾化和爆破的过程中，放电产生的燃料碎片和活化组分进入燃烧室，因其易于燃烧，可以提高火焰传播速度，保证低工况下燃烧的稳定性与完全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明主要包括低温等离子放电组件、油过滤组件12、旋流器组件以及燃油雾化喷嘴等。低温等离子放电组件主要包括：外电极5、陶瓷阻挡介质3、内电极2、电源连接架1、石墨密封圈。陶瓷阻挡介质3设计为顶端封闭模式，利用石墨密封圈4与外电极5实现密封，内电极2处于其中，有效避免端部电弧放电，保证放电区域的放电均匀性和稳定性；采用陶瓷作为阻挡介质可以有效防止放电击穿，提高等离子强化雾化喷嘴的使用寿命，外电极5与陶瓷件3之间形成放电区域，油过滤器12安装在外电极5上，并连通放电区域。旋流器组件主要包括：支架6、密封垫7、支撑弹簧8、旋流器10、旋流器壳体11、燃油雾化喷嘴及外壳体9。支撑弹簧8应有足够刚度，实现支架6与旋流器10之间的刚性连接，即保证支架6、旋流器10、旋流器壳体11及其外壳体之间的同轴性，避免外壳体松动时可能出现的旋流器歪斜等现象，保证良好的雾化效果。旋流器10与旋流器壳体11之间为紧密配合，保证从旋流器壳体11轴向均匀分布的小孔进入的流体全部经旋流器下部斜孔喷出，再经旋流器壳体11下部锥形喷嘴旋流喷出，实现雾化。外壳体9端部设计为扩张锥形体，可以选定不同角度以保证合适的雾化锥角。利用低温等离子体催化柴油等液态燃料使其部分裂解，形成气体等离子微团，包含在液态燃料内部，利用气体等离子微团在喷嘴出口处的瞬间爆破及其易燃性，利用气体实现滴径的辅助雾化并提高燃烧稳定性。为保证放电区域发生有效放电，放电间隙为1-4mm，通过调整内外电极5及阻挡介质的直径来保证在所需供油量下放电区域中液态燃料有合适的流量及喷射速度。

依据本发明提出的低温等离子强化雾化喷嘴，采用介质阻挡放电装置实现液态燃料的部分裂解，形成气体等离子微团，包含在液态燃料内部。其中阻挡介质采用陶瓷，因其介电常数较高，保证柴油在放电区域能够发生放电；采用陶瓷作为阻挡介质可以有效防止阻挡介质的放电击穿，提高等离子强化雾化喷嘴的使用寿命；阻挡介质设计为顶端封闭模式，内电极处于其中，经实验验证，可有效避免端部电弧放电，保证放电区域的放电均匀性和稳定性。

旋流组件处通过采用支撑弹簧实现了支架与旋流器之间的刚性连接，即保证了支架、旋流器、旋流器壳体及其外壳体之间的同轴性，避免外壳体松动时可能出现的旋流器歪斜等现象，保证良好的雾化效果。

在本发明中陶瓷既作为低温等离子放电的阻挡介质，实现预期的液态燃料的放电；同时因其良好的绝缘性被用来作为高压低压之间的绝缘介质，实现高电压的绝缘，保证等离子强化雾化喷嘴在高温、高电压环境下可靠工作。本发明将所需陶瓷件设计为一体，既可以防止因连接不紧密造成的局部放电，又方便加工制造。

结合图1，低温等离子电源接头通过支架1外螺纹连接到等离子强化雾化喷嘴外壳上，用来提供阻挡介质放电所需高压电。燃油系统通过外电极5右侧的的螺纹进行连接，燃油经油过滤器12后进入雾化喷嘴裂解空间，即内电极3与外电极5所形成的环形间隙。燃气轮机启动后，在低工况运行情况时，液态燃料如柴油经油过滤器净化后进入放电区域，在较高的进口压力下柴油很快充满整个放电空间，此时开启低温等离子电源，液态燃料部分裂解，形成气体等离子微团，并包含在液态燃料内部。油气混合物穿过支架6，进入喷嘴壳体内部空间，并进旋流器10和旋流器壳体11后，产生旋流效果。混合区依靠气体等离子微团在喷嘴出口处的瞬间爆破及其易燃性，实现喷雾滴滴的超细雾化，并保证了低工况及稀薄燃烧条件下的稳定燃烧，降低NOx的排放。

石墨密封圈4用于内外电极之间的密封，防止气体泄漏，影响电离效果。密封垫7用于保证喷油嘴和外电极之间的密封性。支撑弹簧8用于压紧旋流器10、旋流器壳体11、及喷嘴壳体9，从而保证雾化效果良好。旋流器10和旋流器壳体11用来保证燃油的旋流效果，提高雾化性能。

当燃气轮机处于稳定工作状态或达到额定负载时，燃油供应量较大，燃烧室实现了稳定和完全燃烧，同时液态燃料在放电区域停留时间较短而无法有效产生气态等离子微团，此时应关闭低温等离子电源，仅依靠旋流器实现液态燃料的雾化即可满足雾化要求。

Claims (5)

1.一种等离子强化雾化喷嘴，其特征是：包括低温等离子放电组件、油过滤器和旋流器组件；低温等离子放电组件包括外电极、内电极、陶瓷件、电源连接架，电源连接架套在外电极上，陶瓷件一部分安装在外电极里、另一部分安装在电源连接架里，内电极安装在陶瓷件里，陶瓷件与外电极之间形成放电区域；旋流器组件包括支架、支撑弹簧、喷嘴壳体、旋流器、旋流器壳体，旋流器安装在旋流器壳体里，支撑弹簧连接支架和旋流器，旋流器壳体安装在喷嘴壳体里，旋流器壳体的喷口连通喷嘴壳体的喷口；低温等离子放电组件与旋流器组件相连，油过滤器安装在外电极上，油过滤器与放电区域相连通。

2.根据权利要求1所述的一种等离子强化雾化喷嘴，其特征是：所述旋流器组件的支架、旋流器、旋流器壳体及喷嘴壳体之间同轴。

3.根据权利要求1或2所述的一种等离子强化雾化喷嘴，其特征是：旋流器壳体与喷嘴壳体之间密封，旋流器壳体轴向均匀分布孔，油从旋流器壳体的孔进入旋流器并通过旋流器壳体喷出。

4.根据权利要求1或2所述的一种等离子强化雾化喷嘴，其特征是：喷嘴壳体的喷口为扩张锥形。

5.根据权利要求3所述的一种等离子强化雾化喷嘴，其特征是：喷嘴壳体的喷口为扩张锥形。

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