CN106895397B - 一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置 - Google Patents

一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，包括同轴设置的贫进油腔、富进油腔、集气腔、旋流器、燃烧室头部和燃烧室尾部，贫进油腔和富进油腔分别与供油系统连接，集气腔与空气入口连接；旋流器可拆卸地安装在燃烧室头部；集气腔经旋流器与燃烧室头部连通。本发明通过设置旋流器形成旋流场，缩短了火焰长度，增强了液体燃料的二次雾化效果，实现了旋流燃烧器的稳定点火；通过设置贫进油腔和富进油腔，针对具体的设计要求和效果采用不同的燃油油气比，增强热负荷调节能力，在较小或较大空气过量系数条件下均能有效燃烧。

Description

一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置
技术领域
本发明涉及燃烧装置技术领域，特别是涉及一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置。
背景技术
燃烧装置是燃烧设备的核心部件，其性能的好坏直接影响整个设备的工作效率。燃烧室内的工作过程十分复杂，它涉及到气动、传热、传质以及化学反应等一系列复杂过程，而燃烧室内的火焰的稳定性与燃烧利用率是燃烧室研究的重点。
目前，现有的旋流燃烧器虽然进行过大量改进，但仍存在结构复杂、两相流适应性差、燃油油气比的可控性差等问题，由此导致燃烧燃烧不完全或燃烧不稳定、热负荷调节性能差等问题的出现。
综上所述，如何设计出一种结构简单、雾化性能良好、热负荷调节能力强、燃料燃烧充分的旋流燃烧装置成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，以解决上述现有技术存在的问题，本发明的旋流燃烧装置结构简单、雾化性能好，在较小或较大过量空气系数的情况下，液体燃料均有较理想的燃烧效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供了一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，包括贫进油腔壁、富进油腔壁、集气腔壁、旋流器、燃烧室头部和燃烧室尾部，所述富进油腔壁套设在所述贫进油腔壁的外部，所述集气腔壁套设在所述富进油腔壁外部，所述富进油腔壁、所述贫进油腔壁和所述集气腔壁三者同轴设置；所述集气腔壁一端与所述富进油腔壁连接，另一端与所述燃烧室头部的一端连接，所述燃烧室头部的另一端与所述燃烧室尾部连接；所述贫进油腔壁内部的空间为贫进油腔，所述富进油腔壁内部和所述贫进油腔壁外部围成的空间为富进油腔，所述集气腔壁内部和所述富进油腔壁外部围成的空间为集气腔，所述贫进油腔通过贫进油腔入口与供油系统连接，所述富进油腔通过富进油腔入口与供油系统连接，所述集气腔设置有空气入口；所述燃烧室头部靠近所述集气腔的一端设置有沉槽，所述旋流器可拆卸地安装在所述沉槽内；所述旋流器包括内轮毂、外轮毂和旋流叶片，所述旋流叶片上下两端分别与所述内轮毂外表面和所述外轮毂内表面固定连接，所述内轮毂中心位置设置有中心孔，所述贫进油腔和所述富进油腔同轴安装并穿过所述集气腔后伸入所述中心孔进行端面定位，所述集气腔经所述旋流器与所述燃烧室头部连通。
优选地，所述内轮毂端面上开有与所述旋流叶片旋转方向相反的直流孔，所述直流孔与轴线方向夹角为0°～5°之间。
优选地，所述旋流叶片靠近所述集气腔一侧与空气流动方向平行，另一侧绕旋向角度偏转30°～60°。
优选地，所述旋流叶片数量为8～12片，均布在所述内轮毂上。
优选地，所述贫进油腔的出口连接直流雾化喷头，所述富进油腔的出口连接导流器，所述直流雾化喷头沉入所述导流器内并构成一个环腔，使得所述贫进油腔和所述富进油腔共用同一个雾化出口。
优选地，所述直流雾化喷头中心位置设置导流通孔，所述导流通孔内设置有滤网。
优选地，所述外轮毂上开设第一定位沟槽，所述外轮毂上的第一定位沟槽与所述沉槽上的第二定位沟槽位置对应，并通过定位销连接。
优选地，所述燃烧室头部靠近所述旋流器一端设置有一渐宽导流段。
优选地，所述燃烧室尾部远离燃烧室头部的一端设置有一渐窄导流段。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过设置与旋流叶片导流方向相反的直流孔，实现了内外环反向旋转流场，增强了液体燃料的二次雾化效果，实现了旋流燃烧器的稳定点火；通过设置贫进油腔和富进油腔，针对具体的设计要求和效果采用不同的燃油油气比，增强了热负荷调节能力，在较小或较大空气过量系数条件下均能有效燃烧；通过设置旋流器，缩短了火焰长度，同时增强了燃烧器燃烧的稳定性，简化了旋流燃烧器结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置的剖面结构示意图；
图2为本发明的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置的A部局部放大示意图；
图3为本发明的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置的直流孔示意图；
其中，1为燃烧室尾部，2为燃烧室头部，3为第二定位沟槽，4为第一定位沟槽，5为空气入口，6为集气腔壁，7为富进油腔入口，8为富进油腔壁，9为贫进油腔入口，10为贫进油腔壁，11为贫进油腔，12为富进油腔，13为集气腔，14为内轮毂，15为外轮毂，16为旋流叶片，17为导流器，18为雾化出口，19为直流雾化喷头，20为滤网，21为直流孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～图3所示，本发明提供了一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，包括贫进油腔壁10、富进油腔壁8、集气腔壁6、旋流器、燃烧室头部2和燃烧室尾部1，富进油腔壁8套设在贫进油腔壁10的外部，集气腔壁6套设在富进油腔壁8外部，富进油腔壁8、贫进油腔壁10和集气腔壁6三者同轴设置。集气腔壁6一端与富进油腔壁8连接，另一端与燃烧室头部2的一端连接，燃烧室头部2的另一端与燃烧室尾部1连接。贫进油腔壁10内部的空间为贫进油腔11，富进油腔壁8内部和贫进油腔壁10外部围成的空间为富进油腔12，集气腔壁6内部和富进油腔壁8外部围成的空间为集气腔13，贫进油腔11通过贫进油腔入口9与供油系统连接，富进油腔12通过富进油腔入口7与供油系统连接，集气腔13设置有空气入口5。燃烧室头部2靠近集气腔13的一端设置有沉槽，旋流器可拆卸地安装在所述沉槽内。所述旋流器包括内轮毂14、外轮毂15和旋流叶片16，旋流叶片16上下两端分别与内轮毂14外表面和外轮毂15内表面固定连接，所述旋流器一侧与上游集气腔13连通，另一侧与燃烧室头部2连通。内轮毂14中心位置设置有中心孔，贫进油腔11和富进油腔12同轴安装并穿过集气腔13后伸入所述中心孔进行端面定位，集气腔13经所述旋流器与燃烧室头部2连通。
内轮毂14端面上开有与旋流叶片16旋转方向相反的直流孔21，直流孔21与轴线方向夹角为0°～5°之间。由于内旋流的作用效果会随气流的流动前行而改变，此角度根据内旋流强度的动态变化而确定。
旋流叶片16靠近集气腔13一侧与空气流动方向平行，另一侧绕旋向角度偏转30°～60°。叶片的角度和数量根据具体的要求或效果进行变更。
旋流叶片16数量为8～12片，均布在内轮毂14上。
贫进油腔11的出口连接直流雾化喷头19，富进油腔12的出口连接导流器17，直流雾化喷头19沉入导流器17内并构成一个环腔，使得贫进油腔11和富进油腔12共用同一个雾化出口18。
直流雾化喷头19中心位置设置导流通孔，所述导流通孔内设置有滤网20。
外轮毂15上开设第一定位沟槽4，外轮毂15上的第一定位沟槽4与所述沉槽上的第二定位沟槽3位置对应，并通过定位销连接。
燃烧室头部2靠近所述旋流器一端设置有一渐宽导流段。根据具体的旋流强度要求和旋流叶片16的出口安装角进行变更，防止发生边界层分离。
燃烧室尾部1远离燃烧室头部2的一端设置有一渐窄导流段。通过燃烧室尾部1减缩段的导流，促使燃烧室内外环不同温度燃气的径向掺混，改善旋流燃烧装置出口燃烧参数的热力参数分布。
本发明使用过程中，空气经由空气入口5进入集气腔13，再由集气腔13进入旋流器的旋流叶片16形成的气旋流道和直流孔21，在旋流叶片16和直流孔21的导流下产生一内外环反流的旋流场，在旋流器下游，液体燃料经富进油腔12的出口侧的导流器17喷出雾化，并与内外环反流的旋流场进一步相互作用从而强化雾化效果，通过上述的两次雾化过程达到降低本发明的旋流燃烧装置的一次送风率，极大改善了现有旋流燃烧装置的安全性和点火稳定性。
旋流器上的旋流叶片16形成的气旋流道和直流孔21流通通道的截面积可视情况调节，从而实现调整内外环反流场的旋流强度的目的。根据实际情况的需要，通过直流孔21的空气流量占总的进入燃烧装置的空气流量的比率在10％～30％之间选择。通过调节直流孔21的空气流量可以改善进入燃烧室的内外环旋流强度，改善不同粘度液体燃料的雾化效果，提高了现有旋流燃烧装置的安全性和点火稳定性。
贫进油腔11和富进油腔12可以视不同的燃烧模式打开或关闭，在贫油燃烧模式下打开贫进油腔11而关闭富进油腔12；在富油燃烧模式下，则同时打开贫进油腔11和富进油腔12，贫进油腔11的出口采用直流孔雾化方式对液体燃料进行雾化，富进油腔12的出口采用液膜雾化方式对液体燃料进行雾化，两种雾化方式雾化后的燃料共用一个雾化出口18，通过两种雾化方式的对撞，进一步改善液体燃料的雾化效果。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：包括贫进油腔壁、富进油腔壁、集气腔壁、旋流器、燃烧室头部和燃烧室尾部，所述富进油腔壁套设在所述贫进油腔壁的外部，所述集气腔壁套设在所述富进油腔壁外部，所述富进油腔壁、所述贫进油腔壁和所述集气腔壁三者同轴设置；所述集气腔壁一端与所述富进油腔壁连接，另一端与所述燃烧室头部的一端连接，所述燃烧室头部的另一端与所述燃烧室尾部连接；所述贫进油腔壁内部的空间为贫进油腔，所述富进油腔壁内部和所述贫进油腔壁外部围成的空间为富进油腔，所述集气腔壁内部和所述富进油腔壁外部围成的空间为集气腔，所述贫进油腔通过贫进油腔入口与供油系统连接，所述富进油腔通过富进油腔入口与供油系统连接，所述集气腔设置有空气入口；所述燃烧室头部靠近所述集气腔的一端设置有沉槽，所述旋流器可拆卸地安装在所述沉槽内；所述旋流器包括内轮毂、外轮毂和旋流叶片，所述旋流叶片上下两端分别与所述内轮毂外表面和所述外轮毂内表面固定连接，所述内轮毂中心位置设置有中心孔，所述内轮毂端面上开有与所述旋流叶片旋转方向相反的直流孔，所述贫进油腔和所述富进油腔同轴安装并穿过所述集气腔后伸入所述中心孔进行端面定位，所述集气腔经所述旋流器与所述燃烧室头部连通。
2.根据权利要求1所述的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：所述直流孔与轴线方向夹角为0°～5°之间。
3.根据权利要求1所述的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：所述旋流叶片靠近所述集气腔一侧与空气流动方向平行，另一侧绕旋向角度偏转30°～60°。
4.根据权利要求1-3任一项所述的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：所述旋流叶片数量为8～12片，均布在所述内轮毂上。
5.根据权利要求1所述的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：所述贫进油腔的出口连接直流雾化喷头，所述富进油腔的出口连接导流器，所述直流雾化喷头沉入所述导流器内并构成一个环腔，使得所述贫进油腔和所述富进油腔共用同一个雾化出口。
6.根据权利要求5所述的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：所述直流雾化喷头中心位置设置导流通孔，所述导流通孔内设置有滤网。
7.根据权利要求1所述的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：所述外轮毂上开设第一定位沟槽，所述外轮毂上的第一定位沟槽与所述沉槽上的第二定位沟槽位置对应，并通过定位销连接。
8.根据权利要求1所述的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室头部靠近所述旋流器一端设置有一渐宽导流段。
9.根据权利要求1所述的贫富双模态内外环反流式轴流旋流燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室尾部远离燃烧室头部的一端设置有一渐窄导流段。
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