CN103206713A - 燃气喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气喷嘴，包括具有出口端壁而呈桶状的壳体，壳体的出口端壁上设置有喷孔；其特征在于，在位于喷孔前方的壳体的内腔内设置有呈柱状的芯柱，芯柱的外侧壁体上或壳体的内侧壁体上形成有螺旋形的导流凹槽，导流凹槽的螺旋弧角度大于45°，芯柱定位于壳体的内腔内，芯柱与喷孔之间具有轴向的间隔腔。本发明的燃气喷嘴安全可靠、结构简单、能使空气与燃气充分混合，能大大提高工业炉的热效率从而减少空气污染。

Description

燃气喷嘴

技术领域

本发明涉及一种燃气喷嘴。尤其涉及一种可广泛应用于工业炉等燃气加热设备的燃气喷嘴。

背景技术

众所周知，一般低压的工业燃气炉，例如铝棒加热炉，包含燃烧区和为所述燃烧区提供燃料的燃料传输系统和燃气喷嘴。我们知道，所述燃气喷嘴包含空气进口、燃气进口、混合室、混合气出口。空气和燃气分别经过所述空气进口、所述燃气进口进入所述混合室混合后经由所述混合气出口喷出到所述燃烧区进行燃烧。但由于空气与燃气在所述混合室中单靠自身流动来进行混合，而往往造成混合不充分，则使燃烧时产生大量噪音，最重要的是它不仅带走了大量的热量还排出N0x等气体，严重的影响了工业炉的热效率，还对环境产生污染。

为了解决上述问题，现有技术中，已披露多种在所述燃气喷嘴中增设使空气与燃气充分混合的芯柱的技术方案。例如中国专利号为91102766.1，名称为“减少NOx排放量并消除燃烧部件中应力开裂的方法及其装置”的发明专利，主要披露的是能用于气态或蒸馏燃料的喷嘴。所述喷嘴10前端是喷嘴组件34，所述喷嘴组件34包括一个外部气体喷嘴36、同轴安装于所述外部气体喷嘴36中的一个空气锥形漏斗38及其同轴安装于所述空气锥形漏斗38中的空气芯柱40。另外，所述喷嘴10内设有通道14用于将气体燃料送到燃烧器燃烧区20内；所述喷嘴10内设有第二通道22用于将空气输送所述燃烧器燃烧区20内。所述气体喷嘴36与所述空气锥形漏斗38相啮合，形成气体通道14直接连通的锥形气体通道76；所述空气锥形漏斗38与所述空气芯柱40相啮合，形成与喷嘴10内的空气通道直接连通的通道78，另外，所述空气锥形漏斗38的孔口58’和与所述空气芯柱40的前锥部68形成小孔80。其次，所述空气芯柱40在其外圆周表面上设置有多条斜槽82。当燃烧燃气时，燃气流经所述锥形气体通道76，当它经斜孔48排出到所述燃烧器燃烧区20内后，便产生锥形喷雾的旋流。同时，在压力下将空气经所述第二通道22引入喷嘴体。然而空气流经通道78，经所述小孔80排出之前流经所述斜槽82时，产生锥形旋流，然后被引入所述燃烧器燃烧区20与空气混合。这样在所述燃烧器燃烧区20内形成一种均匀燃气和空气的混合物。虽然该结构能提高燃气和空气的混合度，但由于燃气和空气在进入所述燃烧器燃烧区20前并未进行混合，进入所述燃烧器燃烧区20后燃气和空气的混合需要一定时间，而未能混合好的燃气在炉内高温情况下将被加热起燃。这样，仍然存在燃烧不充分的问题，导致热效率下降，同时还排出N0x等气体对环境产生污染。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种安全可靠、结构简单、能使空气与燃气充分混合，能大大提高工业炉的热效率和减少空气污染的一种燃气喷嘴，包括具有出口端壁而呈桶状的壳体，所述壳体的出口端壁上设置有喷孔；其特征在于，在位于所述喷孔前方的所述壳体的内腔内设置有呈柱状的芯柱，所述芯柱的外侧壁体上或所述壳体的内侧壁体上形成有螺旋形的导流凹槽，所述导流凹槽的螺旋弧角度大于45°，所述芯柱定位于所述壳体的内腔内，所述芯柱与所述喷孔之间具有轴向的间隔腔。

其中，所述燃气喷嘴是一般工业炉中连通燃烧区和为所述燃烧区提供燃料的燃料传输系统的重要构件。所述燃气喷嘴包括壳体，所述壳体为呈桶状并容纳燃气与空气的混合气体的构件。

其中，所述芯柱为一个独立并定位在所述壳体的内腔内的构件，呈柱状从而在轴向上具有一定的长度，其外径尺寸与所述壳体的内腔适配。其中，其外径小于所述壳体内腔的内径从而便于装配但不能过小，否则就会在所述芯柱与所述壳体之间存在太大的气流平流层进而影响形成旋转气流；

为了使通过所述壳体内的混合气体形成旋转气流，采用在所述芯柱与所述壳体之间形成有螺旋形的导流通道。为了形成螺旋形的所述导流通道，可以采用在所述芯柱的外侧壁体上通过车床或其他加工工艺加工出沿所述芯柱轴向延伸的多条螺旋形的导流凹槽，所述螺旋形的导流凹槽与所述壳体的内腔侧壁体共同形成所述导流通道；还可以是，在所述壳体的内腔侧壁体上通过车床或其他加工工艺加工出沿所述壳体轴向延伸的多条螺旋形的导流凹槽，所述螺旋形的导流凹槽与所述芯柱的外侧壁体共同形成所述导流通道。为了形成高强度的旋转气流，所述导流凹槽的螺旋弧角度大于45°。其中所述螺旋弧角度，是指所述导流凹槽从起点螺旋前进到终点时，其行程路径在径向上所经过的圆角度数。这样，所述壳体与所述芯柱之间形成螺旋形的混合气体通道，为此，混合气体能通过所述导流通道流向所述喷孔，再经所述喷孔后流向燃烧区，并在进入所述燃烧区前形成旋流。

其中，所述芯柱与所述喷孔之间具有轴向的间隔腔，形成它们之间间隔腔的方案可以是，在所述芯柱的尾端设置顶杆，所述顶杆顶靠在所述出口端壁的内侧面上，这样依靠所述顶杆将所述芯柱与所述出口端壁予以隔离分开并形成间隔腔；还可以是，在所述壳体的内腔壁上设置有能够轴向定位所述芯柱的限位台阶，这样也可以通过所述限位台阶将所述芯柱限定在离所述出口端壁一定距离的位置，从而使所述芯柱与所述出口端壁予以隔离分开并形成间隔腔。

根据上述技术方案，可以发现其有益的效果在于：

1．由于所述壳体的出口方向上设置有所述出口端壁，并在所述出口端壁上设置所述喷孔，为此，所述喷孔可以成为混合气体通向燃烧区域的通道，更重要的是，可以利用所述出口端壁均匀地形成3个以上的喷孔。

2．所述芯柱上或所述壳体上设置有螺旋的所述导流凹槽，为此能够将混合气体变成旋转的气流，也能使空气和燃气更加充分地混合。

3．由于所述芯柱与所述喷孔之间具有轴向的间隔腔，为此，不仅能够均匀混合气体喷出前的气压，而且可以避免所述芯柱遮挡所述喷孔，使气体堵塞于所述壳体内；其次，所述间隔腔延长了混合气体进入燃烧区前的混合时间，有利于空气和燃气的进一步充分混合。

进一步的技术方案还可以是，所述芯柱的尾端设置顶杆，所述顶杆顶靠在所述出口端壁的内侧面上。

其中，所述顶杆可以通过车床进行加工于所述芯柱的尾端，最好是在中央位置；或通过焊接等工艺固定连接于所述芯柱的尾端上并与所述芯柱连接一体；或者是可插接地设置在所述芯柱的尾端。这样，所述芯柱通过所述顶杆定位于所述喷孔前方形成所述间隔腔。

其次，可以采用另一种变化的方案，在所述壳体的内腔壁上设置有能够轴向限位所述芯柱的限位台阶。

其中，所述限位台阶可以为一独立构件，可也与所述壳体内腔壁一体成形。但无论采用何种方案，所述限位台阶必须能把所述芯柱定位于在所述壳体的内腔内，这样才能在所述芯柱与所述出口端壁之间形成所述间隔腔，让混合气体排出到燃烧区前有充分混合的空间和时间。另外，所述限位台阶一定不能阻挡所述喷孔以免阻碍混合气体的流动。

进一步的技术方案还可以是，所述壳体与所述出口端壁一体化成型，所述出口端壁上均匀地设置有3个以上的喷孔。

进一步的技术方案还可以是，所述壳体出口端壁外侧轴向延伸出凸环，所述凸环围成锥形沉孔并包围所述喷孔，当所述混合气体从所述喷孔喷出时，所述凸环使所述混合气体有方向性的扩散和增大所述喷孔与所述燃烧区中的距离，让所述混合气体产生的火焰更大面积和集中的接触所述燃烧区中的加工件，降低所述喷孔位置的温度。因此，有利于提升所述混合气的热量利用效率。

进一步的技术方案还可以是，在所述芯柱前方并位于所述壳体内腔内设置有导流器，所述导流器的中央具有通孔，所述通孔的出口端内径大于所述的导流凹槽的槽底内径，所述导流器顶压住所述芯柱。其中，所述导流器可以直接顶压住所述芯柱，也可以间接地通过其他过渡件如垫片顶压住所述芯柱。这样所述芯柱被定位在所述壳体内不会轴向移动，也不会径向转动。

进一步的技术方案还可以是，所述导流器的出口设置为喇叭口状。

进一步的技术方案还可以是，所述导流器的入口设置为喇叭口状，前后喇叭口的底壁面相交。

其中，所述导流器轴向固定安装于所述壳体中，所述导流器的入口与所述堵块对接连通，所述出口与所述芯柱对接连通，并且所述导流器的出口端内径大于所述导流凹槽的槽底内径，为此，所述导流器可以接驳内径不一的所述堵块和所述芯柱，把流经堵块的混合气体分流于多条所述导流凹槽中。

进一步的技术方案还可以是，所述壳体的内腔分成第一腔和第二腔，所述第一腔的内径比所述第二腔的内径稍大，所述导流器设置在所述第一腔内，所述芯柱设置在所述第二腔内。

进一步的技术方案还可以是，所述燃气喷嘴，还包括旋接在所述壳体进口端的堵头，所述堵头的中央具有通孔，所述堵头顶压住所述导流器，所述导流器顶压住所述的芯柱。这样，避免所述芯柱被混合气体带动旋转而影响后续形成的旋流强度。

由于本发明具有上述特点和优点，为此可广泛应用于各种工业炉等燃气加热设备中。

附图说明

图1为本发明的所述燃气喷嘴与紧套、紧螺母、导气管连接安装的分解视图；

图2为本发明的所述燃气喷嘴与紧套、紧螺母连接安装后轴向剖面结构示意图及C处的旋转剖面图；

图3为图1中所示的所述燃气喷嘴的壳体的轴向剖面结构示意图；

图4为图1中所示的所述燃气喷嘴的壳体的另一种轴向剖面结构示意图；

图5为导流凹槽的螺旋弧角度的结构示意图；

图6为图1中所示的芯柱的结构示意图；

图7为图6的左视图；

图8为图6所示芯柱的立体结构示意图；

图9为图1中所示导流器的轴向剖面结构示意图；

图10为图1中所示堵头的轴向剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对应用本发明技术方案的燃气喷嘴的实施方式作进一步的详细说明。

作为低压的工业燃气加热炉，必须是包含燃烧区（图中未画出）和为所述燃烧区提供燃料的燃料传输系统，而燃气喷嘴就成为连接所述燃烧区和所述燃料传输系统的重要部件。本实施例的所述燃气喷嘴1主要用于铝型材加工前的铝棒加热炉的燃烧系统。

如图1、图2所示，所述燃气喷嘴1包含壳体2及容纳于所述壳体2内的芯柱3和导流器4，并通过堵头5把所述芯柱3和所述导流器4定位于所述壳体2的内腔内，其中所述导流器4直接顶压住所述芯柱3。另外，导气管8通过紧套6、紧螺母7和所述堵头5与所述壳体2固定连接，从而形成所述燃料传输系统与所述燃气喷嘴1连通的通道，进入所述燃气喷嘴1中的燃气和空气已经混合为混合气体。其中所述导流器4位于所述芯柱3的前方。

如图3所示，为所述壳体2的轴向剖面结构示意图。所述壳体2的尾端设置有与所述壳体2一体化成型的出口端壁23从而呈桶状，而所述出口端壁23上均匀地设置有9个喷孔22；另外，在所述出口端壁23的外侧轴向延伸出凸环24，所述凸环24与所述壳体2一体化成型，并在围成锥形沉孔的同时包围所述喷孔22。这样，当空气与燃气的混合气体从所述喷孔22喷出时，所述凸环24使混合气体有方向性的扩散和增大所述喷孔22与所述燃烧区中的加工件距离，让混合气体产生的火焰更大面积和集中的接触所述加工件，还能降低所述出口端壁23处的温度。因此，该结构有利于提升混合气体的热量利用效率。

另外，所述壳体2的内腔分成第一腔26、第二腔25，所述第一腔26的内径比第二腔25的内径稍大，并在所述第一腔26的前端设置制有内螺纹的前安装部21，所述前安装部21也位于所述壳体2的进口端。

如图1和图2所示，所述芯柱3位于在所述出口端壁23的前方。所述芯柱3为一个独立的呈柱状的构件，轴向和径向定位于所述壳体2的所述第二腔25内，并与所述第二腔25适配但轴向长度稍微大于所述第二腔25的长度，所述芯柱3的外径稍微小于所述壳体2的所述第二腔25的内径。

为了在所述芯柱3与所述壳体2的内侧壁之间形成螺旋形的导流通道30从而使所述壳体2内的混合气体形成旋转气流，可以是如图4所示，在所述壳体2的所述第二腔25的内腔壁体上通过车床或其他加工工艺加工出沿所述壳体2轴向延伸的多条螺旋形的导流凹槽29，而所述芯柱3的外侧壁体呈平滑的柱面而不做任何加工（图中未画出），或者是如图2、图6、图7和图8所示，在所述芯柱3的外侧壁体上通过车床或其他加工工艺加工出沿所述芯柱3轴向延伸的多条螺旋形的导流凹槽31，所述导流凹槽31沿所述芯柱3的前端延伸到所述芯柱3的尾部。这样，当所述芯柱3装配到所述壳体2的所述第二腔25内后，上述两种组合方式都能在它们之间形成螺旋形的所述导流通道30。第三种组合方式是，所述壳体2的内侧壁上不用设置所述导流凹槽29，而且将具有所述导流凹槽31的所述芯柱3装配到未设置所述导流凹槽29的所述壳体2内，也能在它们之间形成螺旋形的所述导流通道28。为此，混合气体能通过所述导流通道28流向所述喷孔22，再经所述喷孔22后流向燃烧区，并在进入所述燃烧区前形成旋流。

为了形成高强度的旋转气流，所述导流凹槽（29、31）的螺旋弧角度大于45°，最好达到90°到360°以上，如540°。其中所述螺旋弧角度是指所述导流凹槽（29、31）从起点A螺旋前进到终点B时，如图5所示，以起点A为基准，在径向上的B点相对于A点螺旋轨迹所对应的角度数Q。例如旋转一周时Q为360°，旋转一周半时Q为540°。

如图6、图7和图8所示，所述芯柱3的尾端中心设置圆锥形的顶杆32，所述顶杆32可以通过车床与所述芯柱3一体成型，也可以通过焊接把所述顶杆32连接于所述芯柱3上；所述顶杆32顶压在所述出口端壁23的内侧从而使所述芯柱3与所述出口端壁23之间具有间隔腔9。为此，混合气体通过所述导流凹槽31流向所述间隔腔9后再从所述喷孔22中喷出，并在进入所述燃烧区前形成旋流。

其次，所述芯柱3的限位结构还可以采用如图4所示的结构，在所述壳体2的内腔壁上设置有能够轴向限位所述芯柱3的限位台阶27。其中，所述限位台阶27可以通过一个独立的卡簧形成，可也与所述壳体2的内腔壁28一体成形。但无论如何所述限位台阶27不能对所述喷孔22形成实质性的障碍以免阻碍混合气体的流动。但无论采用何种方案，所述顶杆32或所述限位台阶27必须能把所述芯柱3定位于所述出口端壁23上并相互隔离，这样才能在所述芯柱3与所述出口端壁23之间形成所述间隔腔9，让混合气体排出到所述燃烧区前有充分混合的空间和时间。由此可见，所述芯柱3的定位方式是多种多样的，在此不一一叙述。

如图9所示，为所述导流器4的轴向剖面结构示意图，所述导流器4为具有中央通孔的圆柱型构件。其中，所述导流器4的出口41和入口42设置为由外向内收缩的喇叭口状，并且，前、后喇叭口（42、41）的底壁面相交于收缩孔43。当混合气体以一定的压力从所述入口42流入所述导流器4内腔，并流经所述收缩孔43时，由于压力突然减少，使混合气体的流动速度猛增。为此，所述导流器4大大提升了混合气体的流速。

如图2所示，所述导流器4轴向安装于所述壳体2的第一腔26中，所述导流器4的入口42与所述堵块5对接连通，所述出口41与所述芯柱3对接并且出口端44的内径大于所述导流凹槽31的槽底33内径，为此，所述导流器4可以接驳内径不一的所述堵块5和所述芯柱3，并把流经所述堵块5的混合气体分流于多条所述导流凹槽31中。

为了连接所述燃气喷嘴1与所述的燃料传输系统，设置如图10所示的堵头5，所述堵头5为中空的圆柱型构件。在所述堵头5的内腔中设置有套紧所述紧套6的紧套内腔52；在所述堵头5外壁的后端设置制有螺纹的后安装部51，在所述堵头5外壁的前端设置制有螺纹的前安装部53；在所述后安装部51与前安装部53之间设置有环型的定位凸台54，所述定位凸台54突出于所述堵头5的外壁表面。

如图1、图2所示，安装时，先把所述堵头5的后安装部51上设置的外螺纹与所述壳体2进口端上设置的前安装部21的内螺纹连接，把所述堵头5连接于所述壳体2的进口端上；然后把所述导气管8套入所述紧套6后插入所述紧螺母7，并通过所述紧螺母7与所述堵头5的前安装部53连接,同时把所述紧套6连同所述导气管8压入所述堵头5中，并收紧于所述紧套内腔52中，从而形成所述燃料传输系统与所述喷嘴1连通的通道。另外，所述堵头5直接顶压住所述导流器4，所述导流器4直接顶压住所述芯柱3。这样，所述芯柱3不会轴向移动也不会径向转动，避免所述芯柱3被混合气体带动旋转而影响后续形成的旋流强度。安装后，向所述导气管8沿方向A通入混合气体，混合气体通过所述堵头5流入所述导流器4后加速流入所述芯柱3并在所述导流凹槽31的引导下形成旋流进入间隔腔9进一步混合，最后通过所述喷孔22流向燃烧区。

由于本发明具有上述特点和优点，为此可广泛应用于各种低压的工业炉等燃气加热设备中。

Claims (10)

1.燃气喷嘴，包括具有出口端壁而呈桶状的壳体，所述壳体的出口端壁上设置有喷孔；其特征在于，在位于所述喷孔前方的所述壳体的内腔内设置有呈柱状的芯柱，所述芯柱的外侧壁体上或所述壳体的内侧壁体上形成有螺旋形的导流凹槽，所述导流凹槽的螺旋弧角度大于45°，所述芯柱定位于所述壳体的内腔内，所述芯柱与所述喷孔之间具有轴向的间隔腔。

2.根据权利要求1所述的燃气喷嘴，其特征在于，所述芯柱的尾端设置顶杆，所述顶杆顶靠在所述出口端壁的内侧面上。

3.根据权利要求1所述的燃气喷嘴，其特征在于，在所述壳体的内腔壁上设置有能够轴向限位所述芯柱的限位台阶。

4.根据权利要求1、2或3所述的燃气喷嘴，其特征在于，所述壳体与所述出口端壁一体化成型，所述出口端壁上均匀地设置有3个以上的喷孔。

5.根据权利要求1、2或3所述的燃气喷嘴，其特征在于，所述壳体出口端壁外侧轴向延伸出凸环，所述凸环围成锥形沉孔状并包围所述喷孔。

6.根据权利要求1、2或3所述的燃气喷嘴，其特征在于，在所述芯柱前方并位于所述壳体内腔内设置有导流器，所述导流器的中央具有通孔，所述通孔的出口端内径大于所述导流凹槽的槽底内径，所述导流器顶压住所述芯柱。

7.根据权利要求6所述的燃气喷嘴，其特征在于，所述导流器的出口设置为喇叭口状。

8.根据权利要求7所述的燃气喷嘴，其特征在于，所述导流器的入口设置为喇叭口状，前后喇叭口的底壁面相交。

9.根据权利要求6所述的燃气喷嘴，其特征在于，所述壳体的内腔分成第一腔和第二腔，所述第一腔的内径比所述第二腔的内径稍大，所述导流器设置在所述第一腔内，所述芯柱设置在所述第二腔内。

10.根据权利要求6所述的燃气喷嘴，其特征在于，还包括旋接在所述壳体进口端的堵头，所述堵头的中央具有通孔，所述堵头顶压住所述导流器。

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