CN103316797A - 一种超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，所述喷嘴的结构包括：一个一端开有空气进口的喷嘴芯，其另一端通过空气通道与混合室的一端相连，由密封垫片密封后，喷嘴芯和混合室整体套装在喷嘴套中，混合室的另一端为喷口，混合室上开有燃料孔；一个燃料接管的一端带有液态烃入口，另一端嵌入喷嘴套，喷嘴套中开有燃料通道，其两端分别与燃料孔和燃料接管相连通；一个带有通透的内套腔和火花塞螺纹孔的喷嘴座，喷嘴套嵌入内套腔与喷嘴座相连。本发明可以使液态烃的雾化充分，分散均匀，同时结构紧凑，方便制造。

Description

一种超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴

技术领域

本发明属于雾化燃烧技术领域，涉及一种超音速火焰喷涂用液态烃雾化燃烧喷嘴。 

背景技术

雾化喷嘴主要有精细雾化喷嘴和空气雾化喷嘴，精细雾化喷嘴指无需使用压缩空气，利用液压即可形成非常微细的雾化喷雾；而空气雾化喷嘴需要空气源来提供雾化空气。空气雾化喷嘴是二流体喷嘴（空气和液态），种类很多，内部结构也不尽相同。 

空气雾化喷嘴主要有Y型雾化喷嘴和内混式雾化喷嘴，内混式雾化喷嘴结构相对复杂，不适合用于空气助燃超音速火焰燃烧，而Y型雾化喷嘴结构简单，加工安装方便，尤其是直流雾化喷嘴，但一般的直流雾化喷嘴有一个气液入口，只有单股射流，雾化前的连续混合段比较长，雾化效果差，但是Y型雾化喷嘴并不适用于超音速火焰喷枪，雾化效果不好。 

以中国专利01246984.X的技术方案为例，氧气入口直径在3mm～6mm，煤油入口在0.3mm～0.6mm，为一个氧气入口孔，多个液体入口。这样煤油液滴的直径变化范围较大，雾化均匀性一般，且需要较高的气体入口压力。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种超音速火焰喷涂用液态烃雾化燃烧喷嘴。本发明以空气助燃，喷嘴设计要简单紧凑，使其能够集成于超音速火焰喷枪的后盖中，同时燃料雾化充分，雾化均匀性较好，表面积增大，且有利于燃料的蒸发，同时降低气体的入口压力。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在于，所述的雾化喷嘴包括：一个一端开有空气进口33的喷嘴芯30，喷嘴芯30另一端通过空气通道36与混合室35的一端相连，由第三密封垫片31密封后，喷嘴芯30和混合室35整体套装在喷嘴套20中，混合室35的另一端为喷口34，混合室35上开有燃料孔32；一个燃料接管40，其一端带有液态烃入口42，另一端由第四密封垫片41密封后嵌入喷嘴套20，喷嘴套20中开有燃料通道43，燃料通道43的两端分别与燃料孔32和燃料接管40相连通；一个带有通透的内套腔11和火花塞螺纹孔12的喷嘴座10，喷嘴套20嵌入内套腔11与喷嘴座10相连。 

所述的燃料通道40由第二密封垫片23和密封盖24密封。 

所述的喷嘴套20嵌入内套腔11时由密封圈21和第一密封垫片22密封。 

所述的燃料孔32的直径df的大小由式（1）确定： 

$d_f=\sqrt{\frac{4q_{\mathrm{mf}}}{n_f\mathrm{\π\μ}\sqrt{\frac{r+1}{r}{\mathrm{\ρ}}_f(P_{\mathrm{fi}}-\mathrm{\β}{P}_{\mathrm{gi}})}}}---\left(1\right)$

其中，q_mf——燃料质量流量 

n_f——燃料孔数，这里取nf=1 

μ——系数μ=0.6～0.8 

r——空气比热比 

ρ_f——燃料密度 

P_fi——燃料进口压力 

P_gi——空气进口压力 

β——系数β=0.85～0.95。 

所述的空气进口33的直径dg由式（2）确定： 

其中： 

K——混合比 

R——摩尔气体常数 

T_g——压缩空气温度 

n_g——空气孔数，这里取ng=1 

P_gi——空气进口压力。 

所述的混合室35的直径dc由式（3）、（4）选取： 

$d_c\≈\sqrt{{d_g}^2+{d_f}^2}---\left(3\right)$

d_c/d_g=1.5～1.7    (4) 

其中， 

dg——空气进口33的直径， 

df——燃料孔32的直径。 

所述的混合室长度lc为l_c/d_c=4～5,其中dc为混合室35的直径。 

所述的燃料孔位置高度h为h/d_c≈0.7,其中dc为混合室35的直径。 

所述的液态烃入射角度即燃料孔角度θ=50°～65°。 

所述的空气通道长lg为l_g/d_g=2～10,dg为空气进口33的直径。 

所述的燃料孔长lf是指燃料孔32的中心线从混合室35的外壁面至内壁面的长度，其中l_f/d_f=2～10，df为燃料孔32的直径。 

在所述的雾化喷嘴中，所述的燃料孔直径为0.25mm～0.30mm， 

燃料孔长度为0.5mm～3mm， 

燃料孔位置高度为1.75mm～3.15mm， 

燃料孔角度50°～65°， 

空气进口直径为2.30mm-2.60mm， 

空气通道长度为4.6mm～26mm， 

混合室直径为2.5mm～4.5mm， 

混合室长度为10mm～22.5mm。 

有益效果 

本发明的设计为一个气体入口和一个液体燃料入口，气体和燃料在混合室中雾化后喷出，产生二次雾化；且雾化角度大，雾化的液滴直径小，可以使液态烃的雾化充分，分散均匀，燃烧稳定。同时喷嘴座10的设计使整个结构紧凑，方便与超音速火焰喷枪连接，并用作喷枪的后盖，方便制造。 

附图说明

图1：本发明剖视图 

其中：10-喷嘴座，20-喷嘴套，21-密封圈，22-第一密封垫片，23-第二密封垫片，24-密封盖，30-喷嘴芯，31-第三密封垫片，32-燃料孔，33-空气进口，34-喷口，35-混合室，36-空气通道，40-燃料接管，41-第四密封垫片，42-液态烃入口，43-燃料通道。 

图2：本发明爆炸图 

其中：10-喷嘴座，11-内套腔，12-火花塞螺纹孔，20-喷嘴套，21-密封圈，22-第一密封垫片，23-第二密封垫片，24-密封盖，25-喷嘴芯螺纹孔，26-燃料接管螺纹孔，27-密封螺纹孔，30-喷嘴芯，31-第三密封垫片，32-燃料孔，33-空气进口，40-燃料接管，41-第四密封垫片，42-液态烃入口。 

图3：本发明装配图前视图 

其中：10-喷嘴座，12-火花塞螺纹孔，20-喷嘴套，30-喷嘴芯，33-空气进口，42-液态烃入口。 

图4：本发明装配图后视图 

其中：10-喷嘴座，12-火花塞螺纹孔，20-喷嘴套，33-空气进口。 

图5：本发明原理图 

其中：d_g-空气孔直径，l_g-空气孔长，d_f-燃料孔直径，l_f-燃料孔长，h-燃料孔位置高度，d_c-混合室直径，l_c-混合室长度，θ-液态烃入射角度，P_gi-空气进口压力，P_fi-液态烃进口压力，32-燃料孔，35-混合室，36-空气通道。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明做进一步阐述： 

实施例1 

1）、装配：如图1、图2、图3、图4所示，将喷嘴芯30通过空气通道36与混合室35相连，将第二密封垫片23，放入密封螺纹孔27，并盖上密封盖24。将第三密封垫片31放入喷嘴芯螺纹孔25，并装入喷嘴芯30和混合室35。喷嘴套20设置的燃料通道43，燃料接管40通过螺纹连接在喷嘴套20上，将第四密封垫片41放入燃料接管螺纹孔26，并装入燃料接管40。喷嘴座10设置有火花塞螺纹孔12、喷嘴套腔11，喷嘴套腔11中设置有密封圈21和第一密封垫片22，最后将第一密封垫片22和密封圈21顺次从喷嘴套的螺纹上套入，并将喷嘴套20插入内套腔11。 

所采用的第二密封垫片23和密封盖24的设计使喷嘴套20加工方便；喷嘴座10的设计 使整个结构紧凑，方便与喷枪连接，并用作喷枪的后盖。 

2）、将喷嘴座10接入超音速火焰喷枪，0.8MPa的压缩空气进入空气进口33，从空气通道36进入混合室35，燃料在1.5MPa的压力下通过燃料接管40进入燃料通道43；进入混合室的空气产生强烈的扰动，进入的液态烃液滴破碎并且混合；压缩空气一定的速度差，使在混合室中的液态烃液滴再次破碎和混合，即二次雾化，最后形成可燃的混合气体从喷嘴喷口34喷出，进入喷枪燃烧室参与燃烧，燃料流量为1.365g/s，压缩空气流量为19.7925g/s。燃烧室压力为0.6MPa，燃烧室最高温度为2260K以上，喷枪出口处焰流达到1600m/s以上。 

如图5所示，喷嘴的结构参数主要有：空气入口直径dg，空气通道长lg，燃料孔直径df，燃料孔长lf，燃料孔位置高度h，混合室直径dc，混合室长度lc，燃料孔角度θ等。 

本发明所涉及的喷嘴参数如下：燃料孔直径为0.25mm～0.30mm，燃料孔长度为0.5mm～3mm，燃料孔位置高度为1.75mm～3.15mm，燃料孔角度50°～65°，空气孔直径为2.30mm-2.60mm，空气孔长度为4.6mm～26mm，混合室直径为2.5mm～4.5mm，混合室长度为10mm～22.5mm。 

适当的空气通道长度和燃料孔长以及燃料孔位置高度，有助于保证液态烃液滴的破碎。保证空气孔和燃料孔一定的压力差，通过一定的空气流量和燃料流量，保证一定的油气混合比。适当的燃料孔角度保证混合室出口较大的雾化角度。适当的混合室长度有助于油气的混合及充分的雾化。 

本发明可以使液态烃的雾化充分，分散均匀，同时结构紧凑，方便制造。所述雾化喷嘴的雾化角度在60°～90°之间，雾化液态烃液滴的直径在40微米～60微米之间，能使液态烃燃烧充分，燃烧稳定。 

Claims (8)

1.一种超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在于，所述的雾化喷嘴包括：一个一端开有空气进口33的喷嘴芯30，喷嘴芯30另一端通过空气通道36与混合室35的一端相连，由第三密封垫片31密封后，喷嘴芯30和混合室35整体套装在喷嘴套20中，混合室35的另一端为喷口34，混合室35上开有燃料孔32；一个燃料接管40，其一端带有液态烃入口42，另一端由第四密封垫片41密封后嵌入喷嘴套20，喷嘴套20中开有燃料通道43，燃料通道43的两端分别与燃料孔32和燃料接管40相连通；一个带有通透的内套腔11和火花塞螺纹孔12的喷嘴座10，喷嘴套20嵌入内套腔11与喷嘴座10相连。 

2.一种如权利要求1所述的超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在于，所述的燃料通道40由第二密封垫片23和密封盖24密封。 

3.一种如权利要求1所述的超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在于，所述的喷嘴套20嵌入内套腔11时由密封圈21和第一密封垫片22密封。 

4.一种如权利要求1所述的超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在于，所述的燃料孔32的直径df的大小由式（1）确定： 

其中，q_mf——燃料质量流量 

n_f——燃料孔数，这里取nf=1 

μ——系数μ=0.6～0.8 

r——空气比热比 

ρ_f——燃料密度 

P_fi——燃料进口压力 

P_gi——空气进口压力 

β——系数β=0.85～0.95。 

5.一种如权利要求1所述的超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在于，所述的空气进口33的直径dg由式（2）确定： 

其中： 

K——混合比 

R——摩尔气体常数 

T_g——压缩空气温度 

n_g——空气孔数，这里取n_g=1 

P_gi——空气进口压力。 

6.一种如权利要求1、4、5所述的超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在于，所述的混合室35的直径dc由式（3）、（4）选取： 

d_c/d_g＝1.5～1.7       (4) 

其中， 

dg——空气进口33的直径， 

df——燃料孔32的直径。 

7.一种如权利要求1所述的超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在于，所述的混合室长度lc为l_c/d_c=4～5,其中dc为混合室35的直径；所述的燃料孔位置高度h为h/d_c≈0.7,其中dc为混合室35的直径；所述的液态烃入射角度即燃料孔角度θ=50°～65°；所述的空气通道长lg为l_g/d_g=2～10,dg为空气进口33的直径；所述的燃料孔长lf是指燃料孔32的中心线从混合室35的外壁面至内壁面的长度，其中l_f/d_f=2～10，df为燃料孔32的直径。 

8.一种如权利要求1所述的超音速火焰喷涂用液态烃雾化喷嘴，其特征在 于，所述的燃料孔直径为0.25mm～0.30mm，燃料孔长度为0.5mm～3mm，燃料孔位置高度为1.75mm～3.15mm，燃料孔角度50°～65°，空气进口直径为2.30mm-2.60mm，空气通道长度为4.6mm～26mm，混合室直径为2.5mm～4.5mm，混合室长度为10mm～22.5mm。 

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