CN107484320A - 等离子体喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种等离子体喷嘴，包括：一种等离子体喷嘴，包括：外层圆筒、至少一个第一等离子体激励器和至少一个电源，其中，所述电源，用于为所述第一等离子等体激励器提供激励电压；所述第一等离子体激励器，用于在所述激励电压的作用下，得到等离子体；第一等离子体激励器包括一第一接地电极；以及两个分别位于所述第一接地电极两侧的第一高压电极，且所述第一接地电极设置于外层圆筒的外侧面，所述第一高压电极设置于外层圆筒的内侧面。本发明通过采用多个等离子体激励器，形成了多个等离子体漩涡，从而在使用时强化燃烧器的燃烧、防止火焰熄火。此外，本发明的等离子体激励器还可以产生活性基团、释放热量，也有助于强化燃烧。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种等离子体喷嘴。
背景技术
燃气轮机由于单机体积小和输出功率大等特点，广泛应用于电力、航空、石油化工等行业。由于能源危机和环境恶化，急需发展高效清洁燃烧室，要求燃烧室具有点火可靠、燃烧稳定、效率高及低排放等特性。当前我国环境污染问题十分严重，发展燃气轮机清洁燃烧技术十分迫切。燃气轮机厂商已经开发了多种清洁燃烧技术，如贫预混燃烧技术、稀相预混预蒸发技术、贫油直喷技术以及催化燃烧技术等，这些技术虽然可以有效降低污染物的排放，但都面临燃烧不稳定的问题。如美国通用公司开发的一种用于液体燃料燃烧的径向分级燃烧技术，可以有效降低一氧化氮排放。但是，由于主火焰稳定在剪切层的低速边沿，剪切层低速区域附近会产生周期性的涡脱落，在稳定点附近易产生振荡，在非设计工况运行时易发生燃烧不稳定现象。
与燃气轮机燃烧器类似，其它各类工业燃烧器也面临着稳定燃烧与降低污染物排放的矛盾。因此，如何提高燃烧稳定性，降低NOx生成，减小流动损失、防止发生回火成为本领域亟待研究的课题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种等离子体喷嘴，以解决上述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种等离子体喷嘴，包括：外层圆筒、至少一个第一等离子体激励器和至少一个电源，其中，
所述电源，用于为所述第一等离子等体激励器提供激励电压；
所述第一等离子体激励器，用于在所述激励电压的作用下，得到等离子体；第一等离子体激励器包括一第一接地电极；以及两个分别位于所述第一接地电极两侧的第一高压电极，且所述第一接地电极设置于外层圆筒的外侧面，所述第一高压电极设置于外层圆筒的内侧面。
在本发明的一些实施例中，所述外层圆筒的内部设置有内层圆筒，所述内层圆筒上设置有至少一个第二等离子体激励器；
第二等离子等体激励器包括一个第二接地电极；以及两个分别位于所述第二接地电极两侧的第二高压电极，且所述第二接地电极设置于该内层圆筒的外侧面，所述第二高压电极设置于该内层圆筒的内侧面；或者，
第二等离子等体激励器分别包括一第二接地电极和四个第二高压电极，所述第二接地电极嵌入内层圆筒，所述第二高压电极两两对称设置于所述内层圆筒的内侧面和外侧面。
在本发明的一些实施例中，所述外层圆筒与内层圆筒之间设置有中间层圆筒，所述中间层圆筒上设置有第三等离子等体激励器；
第三等离子等体激励器包括一个第三接地电极；以及两个分别位于所述第三接地电极两侧的第三高压电极，且所述第三接地电极设置于该中间层圆筒的外侧面，所述第三高压电极设置于该中间层圆筒的内侧面；或者，
第三等离子等体激励器包括一第三接地电极和四个第三高压电极，所述第三接地电极嵌入中间层圆筒，所述第三高压电极两两对称设置于所述中间层圆筒的内侧面和外侧面。
在本发明的一些实施例中，所述第一等离子体激励器、第二等离子体激励器与第三等离子体激励器交错设置。
在本发明的一些实施例中，所述第一接地电极的宽度为第一高压电极宽度的1-100倍；所述第二接地电极的宽度为第二高压电极宽度的1-100倍；所述第三接地电极的宽度为第三高压电极宽度的1-100倍。
在本发明的一些实施例中，所述第一高压电极、第二高压电极和第三高压电极的形状包括长条形和/或圆柱形；所述第一接地电极、第二接地电极和第三接地电极的形状为长条形。
在本发明的一些实施例中，第一等离子体激励器为2-100个；第二等离子体激励器和第三等离子体激励器的数目各为1-100个。
在本发明的一些实施例中，所述第一接地电极、第二接地电极和第三接地电极上覆盖有绝缘材料。
在本发明的一些实施例中，所述外层圆筒与内层圆筒之间以及所述内层圆筒上设置有网孔板，以调节所述等离子体产生的漩涡的流量。
在本发明的一些实施例中，各网孔板上的网孔的中心位于所述漩涡的中心。
(三)有益效果
本发明相较于现有技术，具有以下优点：
1、本发明的等离子体喷嘴采用多个等离子体激励器，可以形成多个等离子体漩涡，从而在使用时强化燃烧器的燃烧、防止火焰熄火。
2、本发明的等离子体激励器还可以产生活性基团、释放热量，也有助于强化燃烧；另外改变等离子体激励器的激励电压还可以调整漩涡强度，进而对燃烧进行灵活调控。
附图说明
图1为本发明一实施例的等离子体喷嘴的三维图；
图2为图1的等离子体喷嘴略去外层圆筒的三维图；
图3为图1的等离子体喷嘴的俯视图；
图4为本发明第二实施例的带有内层圆筒的等离子体喷嘴的三维图；
图5为图4的等离子体喷嘴略去外层圆筒的三维图；
图6为图4的等离子体喷嘴的俯视图；
图7为图4的等离子体喷嘴在内层圆筒入口设置有网孔板的俯视图；
图8为本发明第三实施例的带有中间层圆筒和内层圆筒的等离子体喷嘴的示意图；
图9为图8的等离子体喷嘴的三维图；
图10为图9的等离子体喷嘴在外层圆筒与内层圆筒之间的流道入口布置网孔板的示意图。
具体实施方式
基于现有技术的技术缺陷，为了提高燃烧稳定性，降低NOx生成，减小流动损失、防止发生回火的问题，本发明提供了一种等离子体喷嘴，包括：外层圆筒、至少两个第一等离子体激励器和至少一个电源。燃烧混合物在该等离子体喷嘴产生的等离子体的激励作用下可以形成多个旋涡，这些漩涡可以强化燃烧、防止火焰熄火。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种等离子体喷嘴，图1为本发明一实施例的等离子体喷嘴的三维图，如图1所示，该等离子体喷嘴包括：外层圆筒1、至少两个第一等离子体激励器和至少一个电源4，其中，
所述电源4，用于为所述第一等离子等体激励器提供激励电压；
各所述第一等离子体激励器，用于在所述激励电压的作用下，得到能够产生多个漩涡的等离子体；各第一等离子体激励器分别包括一第一接地电极3；以及两个分别位于所述第一接地电极3左右两侧的第一高压电极2，且所述第一接地电极3设置于外层圆筒1的外侧面，所述第一高压电极2设置于外层圆筒1的内侧面。
在该等离子体喷嘴产生的等离子体的激励作用下，燃烧混合物能够形成多个旋涡，这些漩涡可以强化燃烧、防止火焰熄火。
图2为图1的等离子体喷嘴略去外层圆筒的三维图，如图2所示，每组第一等离子体激励器由一个第一接地电极3和两个第一高压电极2组成，且这两个第一高压电极2分别位于第一接地电极3的左右两侧，左右两侧是指沿外层圆筒周向的两侧。第一接地电极3位于外层圆筒1的外侧；第一高压电极2位于外层圆筒1的内侧。同时请参见图3，第一高压电极2与电源4的高压端5相连；第一接地电极3与电源4的接地端6相连。其中，电源4的输出波形可以为连续的正弦波、方波、三角波、锯齿波，也可以为脉冲波。第一接地电极3的宽度一般为第一高压电极2的宽度的1～100倍，更优选地，第一接地电极3的宽度为第一高压电极2的宽度的5倍。第一高压电极2与第一接地电极3为长条形，此外，第一高压电极2还可以为圆形。第一等离子体激励器数目为2～100个，优选为4个；优选，这些激励器沿圆周方向均匀分布。可以在外层圆筒1的第一接地电极3上覆盖绝缘材料，避免第一接地电极3周围产生等离子体，消耗电能。
接下来，对本发明实施例工作过程加以说明，图3为图1的等离子体喷嘴的俯视图，请参见图3，第一等离子体激励器的各电极接通电源4后，会在第一高压电极2朝向第一接地电极3的一侧产生等离子体，等离子体可以使得燃烧混合物产生漩涡7，这些漩涡7可以强化燃烧，产生漩涡7的数量是第一等离子体激励器数量的两倍，若等离子体激励器数量是M，则漩涡7数量是2M。
为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。图4为本发明第二实施例的带有内层圆筒的等离子体喷嘴的三维图，图5为图4的等离子体喷嘴略去外层圆筒的三维图，图6为图4的等离子体喷嘴的俯视图，请参见图4至图6，第二实施例在外层圆筒1的内部设置了内层圆筒10，其截面呈空心环状。在所述内层圆筒10上设置有至少一个第二等离子体激励器(一般为1-100个)。各第二等离子等体激励器分别包括一个第二接地电极8；以及两个分别位于所述第二接地电极8左右两侧的第二高压电极9，且所述第二接地电极8设置于该内层圆筒10的内侧面，所述第二高压电极9设置于该内层圆筒10的外侧面，在不同的实施例中，还可以将第二接地电极8设置于该内层圆筒10的外侧面，将第二高压电极9设置于该内层圆筒10的内侧面。优选地，所述第二接地电极8的宽度为第二高压电极9的宽度的1-100倍，第二高压电极的形状包括长条形和/或圆柱形，第二接地电极的形状为长条形。此外，第二接地电极8上可以覆盖有绝缘材料，避免第一接地电极3周围产生等离子体，消耗电能。
在其他实施例中，第二等离子体激励器的结构还可以不同于第一等离子体激励器的结构，即各第二等离子等体激励器分别包括一第二接地电极8和四个第二高压电极9，所述第二接地电极嵌入内层圆筒10，所述第二高压电极两两对称设置于所述内层圆筒的内侧面和外侧面。
内层圆筒10上的第二等离子体激励器按如下规律布置，内层圆筒10上的等离子体激励器位于与之相邻的两个外层圆筒1上的激励器之间，优选内层圆筒10上的第二等离子体激励器位于与之相邻的两个外层圆筒1上的第一等离子体激励器的正中间。
图7为图4的等离子体喷嘴在内层圆筒入口设置有网孔板的俯视图，如图7所示，更进一步地，在内层圆筒10的入口处，安装网孔板11，用来调节内层流道的湍流度并调节流量，网孔板11上的网孔形状可以为圆形、三角形、四边形、五角星、多边形，优选为圆形，网孔面积占网孔板11面积1％-99％。网孔板11与内层圆筒10采用螺纹连接，可以根据燃烧状态使用不同网孔形状及面积比的网孔板11。优选地，网孔板11上的网孔的中心位于所述漩涡的中心，以增强等离子体激励产生的漩涡的强度、强化燃烧的效果更好。
为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。图8为本发明第三实施例的带有中间层圆筒和内层圆筒的等离子体喷嘴的示意图，图9为图8的等离子体喷嘴的三维图，请参见图8和图9，在外层圆筒1和内层圆筒10之间的流道内布置中间层圆筒12。中间层圆筒12上的第三等离子体激励器布置规律如下，中间层圆筒12内外两侧面均布置有第三高压电极13、在中间层圆筒12的上表面上嵌入第三接地电极14，其内外两侧面的第三高压电极13共用该第三接地电极14，这样可以减少第三接地电极14的数量，使该等离子体喷嘴结构更加简洁。中间层圆筒12上的第三等离子体激励器位于与之两侧相邻的两个外层圆筒1上的第一等离子体激励器之间，且保证第一等离子体激励器、第二等离子体激励器与第三等离子体激励器均为交错放置，以减少各等离子体激励器之间的相互干扰。
此外，该第三等离子体激励器的结构也可以与第一等离子体激励器的结构相同，即各第三等离子等体激励器分别包括一个第三接地电极14；以及两个分别位于所述第三接地电极14左右两侧的第三高压电极13，且所述第三接地电极14设置于该内层圆筒10的外侧面，所述第三高压电极13设置于该内层圆筒10的内侧面。优选地，所述第三接地电极14的宽度为第三高压电极13的宽度的1-100倍。第三高压电极的形状包括长条形和/或圆柱形；第三接地电极的形状可以为长条形。且第三等离子等体激励器数目一般为1-100个。此外，第三接地电极14上可以覆盖有绝缘材料，避免第一接地电极3周围产生等离子体，消耗电能
更进一步地，图10为图9的等离子体喷嘴在外层圆筒与内层圆筒之间的流道入口布置网孔板的示意图，如图10所示，与在内层圆筒10上设置网孔板11的目的一致，在外层圆筒1与内层圆筒10之间流道入口布置网孔板11，优选地，该网孔板11上的网孔15的中心位于等离子体激励产生的漩涡7的中心，这样可以增强等离子体激励产生的漩涡7的强度、强化燃烧的效果更好。
根据实际需求，选择电压的数目：可以只用一个电源4，以简化整体结构，也可以采用多个电源4，将外层圆筒1、中间层圆筒12和内层圆筒10上的激励器分别连接到不同电源4上，这样每个电源4的激励电压可以不同。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的具有等离子体多漩涡喷嘴有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；
(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
综上所述，本发明的等离子体多漩涡喷嘴可以使燃烧混合物在等离子体激励作用下可以形成多个旋涡，这些漩涡可以强化燃烧、防止火焰熄火；此外，等离子体激励还可以产生活性基团、释放热量，这些也有助于强化燃烧；改变等离子体激励电压还可以调整漩涡强度，进而对燃烧进行灵活调控。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种等离子体喷嘴，包括：外层圆筒、至少一个第一等离子体激励器和至少一个电源，其中，
所述电源，用于为所述第一等离子等体激励器提供激励电压；
所述第一等离子体激励器，用于在所述激励电压的作用下，得到等离子体；第一等离子体激励器包括一第一接地电极；以及两个分别位于所述第一接地电极两侧的第一高压电极，且所述第一接地电极设置于外层圆筒的外侧面，所述第一高压电极设置于外层圆筒的内侧面。
2.根据权利要求1所述的等离子体喷嘴，其中，所述外层圆筒的内部设置有内层圆筒，所述内层圆筒上设置有至少一个第二等离子体激励器；
第二等离子等体激励器包括一个第二接地电极；以及两个分别位于所述第二接地电极两侧的第二高压电极，且所述第二接地电极设置于该内层圆筒的外侧面，所述第二高压电极设置于该内层圆筒的内侧面；或者，
第二等离子等体激励器分别包括一第二接地电极和四个第二高压电极，所述第二接地电极嵌入内层圆筒，所述第二高压电极两两对称设置于所述内层圆筒的内侧面和外侧面。
3.根据权利要求1所述的等离子体喷嘴，其中，所述外层圆筒与内层圆筒之间设置有中间层圆筒，所述中间层圆筒上设置有第三等离子等体激励器；
第三等离子等体激励器包括一个第三接地电极；以及两个分别位于所述第三接地电极两侧的第三高压电极，且所述第三接地电极设置于该中间层圆筒的外侧面，所述第三高压电极设置于该中间层圆筒的内侧面；或者，
第三等离子等体激励器包括一第三接地电极和四个第三高压电极，所述第三接地电极嵌入中间层圆筒，所述第三高压电极两两对称设置于所述中间层圆筒的内侧面和外侧面。
4.根据权利要求3所述的等离子体喷嘴，其中，所述第一等离子体激励器、第二等离子体激励器与第三等离子体激励器交错设置。
5.根据权利要求3所述的等离子体喷嘴，其中，所述第一接地电极的宽度为第一高压电极宽度的1-100倍；所述第二接地电极的宽度为第二高压电极宽度的1-100倍；所述第三接地电极的宽度为第三高压电极宽度的1-100倍。
6.根据权利要求3所述的等离子体喷嘴，其中，所述第一高压电极、第二高压电极和第三高压电极的形状包括长条形和/或圆柱形；所述第一接地电极、第二接地电极和第三接地电极的形状为长条形。
7.根据权利要求3所述的等离子体喷嘴，其中，第一等离子体激励器为2-100个；第二等离子体激励器和第三等离子体激励器的数目各为1-100个。
8.根据权利要求3所述的等离子体喷嘴，其中，所述第一接地电极、第二接地电极和第三接地电极上覆盖有绝缘材料。
9.根据权利要求3所述的等离子体喷嘴，其中，所述外层圆筒与内层圆筒之间以及所述内层圆筒上设置有网孔板，以调节所述等离子体产生的漩涡的流量。
10.根据权利要求9所述的等离子体喷嘴，其中，各网孔板上的网孔的中心位于所述漩涡的中心。
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