CN103726963B - 一种用于喷射热力燃烧的燃料输送高压共轨系统 - Google Patents

Abstract

一种用于喷射热力燃烧的燃料输送高压共轨系统，所述共轨系统包括经燃料输送管顺次连接的燃料输入接口、高压共轨体、电磁阀和喷嘴，所述高压共轨体内设有具有燃料进、出口的燃料储存腔体、输出接口、输送变量调节装置，所述存储腔体内有与燃料流送入方向垂直或倾斜设置的形成燃料输送通道的阻尼墙，相邻阻尼墙的燃料输送通道处于不同的轴线上；输出接口具有隔离相互扰动的功能；输送变量调节装置可调节输出多种输送变量；该高压共轨系统能够在燃料输送过程中蓄积压力能、平缓压力波动，输出多种输送变量保证喷射燃烧的持续性、稳定性和精确可控性。

Description

一种用于喷射热力燃烧的燃料输送高压共轨系统

技术领域

本发明涉及一种热力燃烧燃料（液体、气体燃料）输送系统，具体讲涉及一种用于喷射热力燃烧的燃料输送高压共轨系统。

背景技术

现有的无论使用燃油、天然气、液化石油气等传统燃料，还是使用醇基等新型清洁燃料的工业气体、液体燃料大功率热力燃烧设备，一般采用简单的机械直喷技术，这种技术仅能实现基本的粗放型燃烧；但随着动力燃烧排放标准不断提高，汽、柴油发动机已普遍实现了“电喷”，其技术核心是高压共轨技术，经发明人大量研究发现迄今为止还没有一种适用于喷射热力燃烧燃料（液体、气体燃料）输送的高压共轨技术及装置，使热力燃烧技术能像动力燃烧那样实现由机械直喷到电喷的换代跨越，使现有的动力燃烧越来越精细，克服热力燃烧徘徊于粗放型的不平衡势态。

众所周知，动力燃烧是由化学能至动能的转换，其中包含了机械部件作直线运动到圆周运动的转换环节，这无疑要求其能量转换形式具有脉冲式爆燃的显著特点，这要求与之相适应的发动机的燃油高压共轨输送系统。依据动力装置冲程的时序、输出功率，燃油输送系统的各喷嘴按时间顺序和长短依次轮流喷射、点火，完成一个冲程周期。动力燃烧的燃油输送系统一般由低压泵、输送管、高压公共油轨、高压泵、电磁阀、喷嘴、电控单元等部件组成，一般经由低压油管、低压泵、共轨油轨、高压油管、高压泵、电磁阀和喷嘴这样一个分级升压过程。自共轨体输出到喷嘴喷射前进行高压升中，最新的排放标准甚至要求高压达到数十兆帕（MP）；但由于动力燃烧脉冲式暴燃的特点，并不要求公共油轨的结构、功能复杂，而是相对简单。如图1所示，该公共油轨包括在一定容积的管体上设置进口201、出口202以及油压调节回路203。

但是，热力燃烧不同于动力燃烧，它是化学能至热能的直接转换，没有机械运动环节，其需要的能量转换形式是连续、平稳、长时段的燃烧过程，多喷嘴同时喷射燃烧，且对多喷嘴各自的口径和喷射变量的配合有不同要求；然而现有的机械直喷热力燃烧设备结构简单，经由泵或供燃气管、电磁阀至喷嘴的过程，如直接将动力燃烧的高压共轨系统用于热力燃烧，存在如下问题：

1、输送燃料的压力能脉动会直接传递给喷嘴，使喷射变量（压力、喷射量）发生波动，影响燃烧的平稳性；

2、目前尚无实时连续智能控制的技术基础，整个输送通道上难于设置合适的压力参数检测点，从而得不到稳定、可靠、准确的控制参数；

3、多段火控制喷嘴开/闭会瞬时产生大幅度压力能跳动，使多喷嘴之间相互串扰。

4、单一输送变量难以适应多段火控制时不同口径喷嘴的适配性。

发明内容

为实现更加节能微排的热力燃烧，本发明提供一种用于喷射热力燃烧的燃料输送高压共轨系统，该高压共轨系统能够在燃料输送过程中蓄积压力能、平缓压力波动，输出多种输送变量保证喷射燃烧的持续性、稳定性和精确可控性。

为了达到上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于喷射热力燃烧的燃料输送高压共轨系统，所述共轨系统包括经燃料输送管顺次连接的燃料输入接口、高压共轨体、电磁阀和喷嘴，所述高压共轨体内设有具有燃料进、出口的燃料储存腔体，所述存储腔体内有与燃料流送入方向垂直或倾斜设置的形成燃料输送通道的阻尼墙，相邻阻尼墙的燃料输送通道处于不同的轴线上。

采用上述技术方案，本发明的技术效果有：

1、燃料输送不是直接送至喷嘴，而是先将燃料送到高压共轨体的储存腔体内，存储腔体的容积大于单位时间的喷射量，能够明显发挥“水库效应”的缓冲作用，使输送过程中的燃料在此蓄积压力能、平缓输送变量波动，大幅减低输送燃料压力能的脉动幅度，改善喷嘴喷射变量（喷射压力、喷射量）和燃烧装置出力的平稳度，提高燃烧的稳定性。

2、所述储存腔体内有阻尼墙和通道，阻尼墙具有破坏燃料压力能定向有序传播的作用。阻尼墙将储存腔体分为多段存储缓冲区；存储缓冲区之间连通，通过将通道与燃料进、出口以及通道之间非同轴线设置，有效的缓冲燃料蓄积的压力能，提高燃烧的稳定性。本申请部分或全部燃料出口设有输送变量调节装置，或根据输入压力+输出压力=弹簧压力的机械调压原理或球阀原理或小孔节流原理，以简约的减压调节方式，根据需要为不同口径喷嘴调配不同的喷射变量，使各喷嘴分别达到口径与压力能的最佳匹配状态，从根本上消除目前机械直喷燃烧装置原理性缺陷，彻底杜绝因燃料喷射速度与火焰传播速度失配造成脱火而引发爆燃的重大安全事故，本质性提高设备的安全性可靠性。特别适用于醇基等新型清洁燃料大功率、特大功率燃烧应用。

4、压力检测点设在临近存储腔体中压力能相对平缓的燃料出口处，一方面避开压力能脉动的直接冲击影响，另一方面又能迅速检测燃料喷射过程中输送压力的变化，便于及时准确获取压力控制参数，为实现燃料输送变量实时连续调整控制创建必要的技术条件。

5、存储腔体设有一个或多个输入口，在喷射燃烧使用液体燃料时，多个输入接口可方便地并联接入多个输送泵，形成泵组输送，以增大单台燃烧装置的出力，一方面增大单机输出排量、及排量的动态范围；另一方面还可将多台泵轮班切换使用，大幅提高燃烧设备运行的可靠性、及连续运行时间，为提高燃烧装置长时段运行可靠性提供技术支持。

6、本申请高压共轨体设计为一个存储腔体、多个输入口时，每个输入口连接不同的泵，将不同热值的多种燃料分别泵入存储腔，在腔体内先行混合后再喷射，这种“实时混合燃烧”，为满足某些特殊燃烧工况提供技术支持。

7、高压共轨体设计为多个相互独立的存储腔体，构成组合腔型，可实现一台燃烧设备上构建多条相互独立的燃料输送通道，设置多个输送变量，为不同口径喷嘴或喷嘴群适配不同压力能，采用较为复杂的方式提供另一种不同口径喷嘴与喷射变量分别达到最佳匹配状态的有效技术手段。

8、本申请中阶梯式或渐变式的燃料出口，从结构上保证多输出口连接不同喷嘴（群）工作时能够有效隔离相互间的扰动。

附图说明

图1是现有技术动力燃烧高压共轨体的结构示意图；

图2是本发明提供的高压共轨系统的流程图；

图3是本发明提供的高压共轨体的结构示意图；

图4是本发明提供的高压共轨体一实施方式的结构示意图；

图5是本发明提供的高压共轨体另一实施方式第二阻尼墙的侧视图；

图6是本发明提供的高压共轨体另一实施方式第一阻尼墙的侧视图；

图7是本发明提供的燃料出口一实施方式的结构示意图；

图8是本发明提供的燃料出口另一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

以下为本发明所提供的实施例，仅是为了进一步说明本发明的应用，而不是限定。

如图2所示，一种用于喷射热力燃烧的燃料输送高压共轨系统，所述共轨系统包括经燃料输送管顺次连接的燃料输入接口1、高压共轨体4、电磁阀2和喷嘴3，所述燃料输入接口1可为泵压输送接口、空压介质输送接口或管道增压输送接口，所述高压共轨体4可设置多个燃料进口和出口，该多个出口对应设置多组电磁阀2和喷嘴3，一个电磁阀2可对应连接一个喷嘴3，也可同时连接多个喷嘴3，所述燃料出口的部分或全部设有输送变量调节装置，所述输送变量调节装置以弹簧式或以球阀式或以小孔节流式压力调节器减压调节输送变量，所述输送变量调节装置临近所述燃料出口设置，或设置在所述燃料出口与所述电磁阀之间，或者设置在所述电磁阀与所述喷嘴之间；例如，多段火控制时，相对小口径喷嘴的燃料出口设置输送变量调节装置，对应中等口径的燃料出口可选择设置输送变量调节装置，对应大口径喷嘴一般不设置输送变量调节装置；当在要求燃烧稳定性特别高的特殊工况时，燃料出口要全部设置输送变量调节装置，在获得喷射变量与喷嘴口径适配的基础上，牺牲一定的压力能，精细调节每一个喷嘴的输送压力，使之喷射燃烧更平稳。

本申请中的燃料输入接口1、高压共轨体4和输送变量调节装置可作为独立部件组合使用，也可任意组合为一新的功能部件，也可三者组合构成新的部件，例如高压共轨体4与泵压输送接口中的泵设为一体结构；另外，所述高压共轨体的表面可与燃烧设备连接，用于燃烧设备的冷却、散热，或作为封闭式工作环境的冷却源；本申请中的高压共轨系统，对于泵压输送燃料具有升压、平缓压力能、降压（等压）喷射的逻辑关系，是一个先由泵升压，又由高压共轨体存储缓冲压力能波动，再经减压调节或者经共轨体输出口直接等压输出，为不同口径喷嘴配设不同喷射变量的完整喷射过程；对于管道增压输送气体燃料、空压介质输送液体燃料，具有平缓压力能、降压（等压）喷射的逻辑关系，是一个由高压共轨体存储缓冲压力能波动，再经减压调节或者经共轨体输出口直接等压输出，为不同口径喷嘴配设不同喷射压力的完整喷射过程。

如图3所示的高压共轨体4，该高压共轨体4具有单一的存储腔体5，该存储腔体5总容积大于单位时间的燃料喷射量，所述存储腔体5内有与燃料流送入方向垂直或倾斜设置的形成燃料输送通道9的阻尼墙8，相邻阻尼墙8的燃料输送通道9处于不同的轴线上；在该实施例中，存储腔体5两端的中部分别设有3个燃料进口6、一个辅助工作接口10和3个出口7，辅助工作接口10可作为备用输入口，也可用于当储存腔体内压力过大时，将燃料回送排出；所述燃料进口6和出口7设置在所述储存腔体5的两端，临近所述燃料进、出口的阻尼墙8优选呈品字形或倒品字形设置，所述品字形或倒品字形为在临近所述燃料进、出口分别依次设有第一阻尼墙801和第二阻尼墙802，所述第一阻尼墙801设置在所述储存腔体5的中部，其两端与所述储存腔体5的内壁形成燃料输送通道9，所述第二阻尼墙802的一端分别与储存腔体5的两侧内壁连接，其另一端形成燃料输送通道9；阻尼墙将存储腔体5分成多段腔体，多段腔体可按功能划分三段：燃料进口6与邻近燃料进口6的第二阻尼墙802之间为输入缓冲区；第二阻尼墙802之间为中段存储缓冲区；燃料出口7与邻近燃料出口7的第二阻尼墙802之间为输出迟滞缓冲区；所述中段存储缓冲区的容积较大，输出迟滞缓冲区有三个燃料出口7；其中，喷射一段火（点火）的喷嘴的口径最小，对应的燃料出口7设有输送变量调节装置；二段火喷嘴口径居中，对应的燃料出口7设有输送变量调节装置；三段火喷嘴口径最大，对应的燃料出口7不设置输送变量调节装置。

本申请中的输入缓冲区可设有一个或多个燃料进口6和一个辅助工作口，靠近燃料进口6的位置设有一道或多道阻尼墙8以及一条或多条连接中段存储缓冲区的通道；中段存储缓冲区可设置为一段或多段，通过阻尼墙及其通道与输出迟滞缓冲区和冲击缓冲区连通；输出迟滞缓冲区可设有一个或多个燃料出口7，部分或全部燃料出口7设有输送变量调节装置，可根据需要为不同口径喷嘴减压调配不同的喷射变量，使各喷嘴分别达到口径与压力能的最佳匹配状态。

如图4所示的高压共轨体4，该高压共轨体4具有3个相互独立的存储腔体5，所述存储腔体5的内部结构如图3所示，每个存储腔体5分别具有一个燃料进、出口6、7，存储腔体5可以并联、串联以及并联、串联混合排列，存储腔体5之间还可以进行各种其它形式的组合，甚至存储腔体5也可进行外部连接，组合成多个高压共轨体的复合结构。

如图5和图6所示的阻尼墙8，具有该阻尼墙8的高压共轨体4呈圆筒状，其两端的中部设有燃料进、出口6、7，所述阻尼墙8为圆形板体，通道9按圆周方向设置在所述第一阻尼墙801的边部，以及设置在第二阻尼墙802的中部，该通道9与燃料进、出口6、7处于不同的轴线；且相邻通道9之间处于不同的轴线。

如图7和图8所示的燃料出口7，所述燃料出口的管径由所述储存腔体5至所述燃料出口逐渐减小；所述逐渐减小为阶梯式或渐变式；其中燃料出口的大直径段靠近腔体内，小直径段靠近腔体外，大直径段垂直过度或渐变过度到小直径段。

本申请中的储存腔体5内临近燃料出口7设有燃料输送压力检测点；当有多个燃料出口7时，检测点设置在距离各个燃料出口7距离相同处。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种用于喷射热力燃烧的燃料输送高压共轨系统，所述共轨系统包括经燃料输送管顺次连接的燃料输入接口(1)、高压共轨体(4)、电磁阀(2)和喷嘴(3)，所述高压共轨体(4)内设有具有燃料进口(6)和出口(7)的燃料燃料储存腔体(5)，其特征在于：所述燃料储存腔体(5)内有与燃料流送入方向垂直或倾斜设置的形成燃料输送通道(9)的阻尼墙(8)，相邻阻尼墙(8)的燃料输送通道(9)处于不同的轴线上；

所述燃料输入接口(1)包括泵压输送接口、空压介质输送接口或管道增压输送接口；

所述燃料出口(7)的管径由所述燃料储存腔体(5)至所述燃料出口(7)逐渐减小；所述逐渐减小为阶梯式或渐变式；

所述燃料储存腔体(5)内临近燃料出口(7)设有燃料输送压力检测点。

2.如权利要求1所述的共轨系统，其特征在于：所述燃料进口(6)和出口(7)设置在所述燃料储存腔体(5)的两端，临近所述燃料进口(6)和出口(7)的阻尼墙(8)呈品字形或倒品字形设置。

3.如权利要求1所述的共轨系统，其特征在于：所述高压共轨体(4)内设有数目不小于二的所述燃料储存腔体(5)。

4.如权利要求1所述的共轨系统，其特征在于：所述高压共轨体(4)内设有数目为一的所述燃料储存腔体(5)，所述燃料储存腔体(5)的两端设有数目不小于二的燃料进口(6)和出口(7)。

5.如权利要求1所述的共轨系统，其特征在于：所述高压共轨体(4)的燃料进口(6)端设有辅助工作接口(10)。

6.如权利要求1至5任一所述的共轨系统，其特征在于：所述燃料出口(7)的部分或全部设有输送变量调节装置，所述输送变量调节装置设置在所述燃料出口(7)与所述电磁阀(2)之间，或设置在所述电磁阀(2)与所述喷嘴(3)之间。