CN103175219B - 一种用于化学回热循环燃烧室头部的文氏管装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于化学回热循环燃烧室头部的文氏管装置，包括安装边、文氏管进口、文氏管出口，安装边位于文氏管进口一侧，文氏管进口和文氏管出口之间为文氏管喉道，文氏管出口处设置扰流锥，扰流锥呈三棱锥形，锥头指向文氏管进口方向，锥底面与文氏管出口面平齐，扰流锥之间距离相同，均匀排列。本发明后部的扰流锥能够起到强烈的扰流作用，在背风侧形成液体与壁面的分离，扰流锥的楔形外形能够起到剪切油膜的作用，将整体环状油膜剪切成韧带状液膜，使韧带液膜置于内外两层不同速度气流间，强化液膜的表面波动，起到强化液膜雾化的作用。

Description

一种用于化学回热循环燃烧室头部的文氏管装置

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机燃烧装置，具体地说是燃料的雾化装置。

背景技术

化学回热循环是一种先进循环方式，其在操作过程中需要采用裂解气燃料和液体燃料等多种燃料，化学回热的燃烧室，其实质是双燃料燃烧室，既需要考虑液态燃料和气态燃料单独燃烧的情况，又需要考虑其混合燃烧的情况。本发明主要是考虑化学回热循环中所使用到的燃烧室在单独燃烧液体燃料中强化液体燃料雾化燃烧的问题，进而实现增容燃烧的目的。

为了保证液体燃料的充分雾化，在实际过程中，经常采用的技术是预膜雾化技术。液膜的破碎主要取决于其初始速度和液体、环境气体的物理特性等。液滴的尺寸分布取决于两个因素：1、破碎的有序性，2、液丝生成的均匀。液膜破碎的形式主要有轮毂破碎、波浪破碎及穿孔膜破碎三种。在实际的应用中，经常采用到的是预膜雾化技术，即燃油先从喷油嘴喷出，其中较小的液滴随着高速气流吹出旋流器，其它液滴则会喷射撞击到文氏管上，形成一层油膜，然后在文氏管的末端的内外两层反向气流的作用下，液膜发生破碎，形成颗粒直径较小、分布均匀的液滴。

液膜的破碎是由于表面波动引起的，表面波动的产生来自两个方面，一方面是由于液膜本身的形成就是不稳定的，是由大直径的液滴撞击文氏管壁面产生的，另一方面是由于液膜离开文氏管边缘之后，两边反向或者是同向但不同速度的气流的强烈扰动造成了液膜的波动，进而发生破碎了雾化。液滴的雾化程度和液膜的厚度和液膜所受到的扰动强度有很大关系。如何能够强化液膜所受到的扰动强度，且结构设计简单，并便于加工，成为了一个需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供强化液膜雾化的一种用于化学回热循环燃烧室头部的文氏管装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于化学回热循环燃烧室头部的文氏管装置，包括安装边、文氏管进口、文氏管出口，安装边位于文氏管进口一侧，文氏管进口和文氏管出口之间为文氏管喉道，其特征是：文氏管出口处设置扰流锥，扰流锥呈三棱锥形，锥头指向文氏管进口方向，锥底面与文氏管出口面平齐，扰流锥之间距离相同，均匀排列。

本发明还可以包括：

1、所述的扰流锥包括迎风面和背风面，进入文氏管本体的液膜流动速度的切线方向始终与扰流锥迎风面的法线方向呈钝角，与扰流锥背风面的法线方向呈锐角。

本发明的优势在于：

1、本发明后部的扰流锥能够起到强烈的扰流作用，在背风侧形成液体与壁面的分离，使韧带液膜置于内外两层不同速度气流间，强化液膜的表面波动，起到强化液膜雾化的作用。

2、本发明后部的扰流锥的楔形外形能够起到剪切油膜的作用，将整体环状油膜剪切成韧带状液膜，起到强化液膜雾化的作用。

3、本发明的扰流锥加工较为简单。

附图说明

图1为本发明的局部剖视图；

图2为本发明的仰视图；

图3为本发明的半剖视图；

图4为本发明的扰流锥横截面剖视图；

图5为本发明的出口处扰流锥布置的局部放大图。

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1～5，本发明包括安装边1,安装倒角2,安装孔3,文氏管进口4,文氏管出口5,扰流锥6,文氏管喉道7,扰流锥迎风面8,扰流锥背风面9。安装边1位于文氏管进口4一侧，文氏管进口4和文氏管出口5之间为文氏管喉道7，安装边1与文氏管喉道7之间过渡有安装倒角2，安装边1上设置多个安装孔3。

图1和图3表示了扰流锥6在文氏管出口处5的位置和分布，当高速的液膜流经扰流锥6时，由于扰流锥6与液膜的流向不相同，完整的环形液膜会被扰流锥6的锐棱剪切，而形成韧带状的液膜，实现了破碎的有序性，形成的韧带状的液膜和液丝相比起没有扰流锥6存在时更加均匀，从而促进了液滴的高效雾化和液滴的尺寸均匀，实现化学回热燃烧室头部在燃烧液体燃料时的高效燃烧，提高燃烧室的热容。

图4表示了文氏管装置扰流锥6横截面的形状，在文氏管内壁面7做旋流运动的液膜，其运动的切线速度和扰流锥6迎风面法线方向呈钝角，与扰流锥6背风面方向呈锐角。液膜流经扰流锥时，在迎风面8和壁面不发生分离，在扰流锥的棱处和扰流锥6发生分离，扰流锥背风面9没有油膜的附着，液膜下表面只有空气形成的涡流，而其上表面是高速的空气旋流，液膜两侧的空气流动差异加剧了液膜表面的波动，从而实现了破碎和雾化。

图5将扰流锥6的外形放大，由图5可以看到，扰流锥6在文氏管出口处5分布，锥尖指向文氏管进口4，三棱锥的底面和文氏管出口5平齐。扰流锥6之间距离相同，在文氏管出口5位置均匀分布。

传统的文氏管后部是光滑的，燃油形成液膜后，在光滑的文氏管表面高速流动，在文氏管出口处与壁面分离，液膜上表面是高速旋流流动的气流，而液膜下表面是气体形成的回流，由于上下表面气流的流动状态完全不同，使得液膜在内外两层气流的共同作用之下强化了表面波动，表面波动的加强超过了原有维持液膜形状的进而破碎和雾化。

在本发明中，迎风面8的布置是和离心喷嘴的旋流方向相互协调的，当离心喷嘴在文氏管内壁面形成液膜之后，液膜在内壁面高速旋流流动。液膜流动速度的切线方向始终与扰流锥迎风面8的法线方向呈钝角，与扰流锥背风面9的法线方向呈锐角。

本发明中文氏管出口处有一圈扰流锥6均匀分布，当液滴撞击壁面形成的液膜高速旋流到扰流锥附近时，液膜会在扰流锥6的迎风面8处发生破裂，即被扰流锥的楔形外形所剪裂，从而由环状锥形液膜形成了一圈环形排列的韧带状液膜，便于下一步的破碎和雾化。

液膜在扰流锥上被剪裂飞出，这时会在韧带状液膜的下部，即扰流锥的背风面9处出现液体与壁面的分离，而背风面9处仍然存在气流高速穿过，使得离开壁面的液膜置于内外两种不同气流状态下，韧带液膜上下表面气流状态的不同进一步强化了液膜所受的扰动，强化了液膜的破碎。

Claims (1)

1.一种用于化学回热循环燃烧室头部的文氏管装置，包括安装边、文氏管进口、文氏管出口，安装边位于文氏管进口一侧，文氏管进口和文氏管出口之间为文氏管喉道，其特征是：文氏管出口处设置扰流锥，扰流锥呈三棱锥形，锥头指向文氏管进口方向，锥底面与文氏管出口面平齐，扰流锥之间距离相同，均匀排列；

所述的扰流锥包括迎风面和背风面，进入文氏管本体的液膜流动速度的切线方向始终与扰流锥迎风面的法线方向呈钝角，与扰流锥背风面的法线方向呈锐角。