CN108662612B - 一种多沸点燃料混合燃烧装置及其点火燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多沸点燃料混合燃烧装置，以及利用低沸点燃料闪沸改善高沸点燃料雾化燃烧的方法。装置包括喷嘴、加压存储装置、混合输送通道和点火器；喷嘴设置在混合输送通道出口端，点火器设置在喷嘴的喷出端。混合输送通道为套筒式空心结构，其中心筒为独立通道，外部环绕设置掺混通道。加压存储装置分别通过第一进料管、第二进料管与独立通道和掺混通道相连，掺混通道起始端设有第三进料口。第二进料管的出口端设置有给料环，给料环呈环状环绕着设置在掺混通道内且给料环设置有若干喷孔。本发明利用低沸点燃料加压成为液体燃料而减压闪沸的特点，改善高沸点燃料雾化特性，使得高沸点燃料在低温工况下能够点火和稳定燃烧。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种多沸点燃料混合燃烧装置及其点火燃烧方法，尤其是一种利用低沸点燃料混合高沸点燃料改善燃料雾化和点火性能的装置和方法。
背景技术
燃气涡轮发动机是现代飞机与舰艇的核心动力装置。燃气涡轮发动机存在低温环境中点火困难的问题，具体表现为点火窗口变窄、点火成功率降低、点火时间延长、甚至点火失败，导致发动机无法启动，直接影响到飞机与舰艇的安全运行。造成低温点火困难的根本原因是低温环境下燃烧室来流空气温度急剧降低，且燃油表面张力和粘度增大，导致燃油难以雾化、蒸发，无法在点火器附近形成易燃的燃料-空气混合物(原有的燃烧室组分场被破坏)。尤其是对于高寒地区航行的舰船，其发动机燃烧室将面临极低温的环境。以北极地区为例，冬季平均气温-40℃，最低达-60℃，远低于我国大部分海域的环境温度。舰船在这些地区航行时，燃烧室来流空气温度急剧降低，使燃油雾化和蒸发性能恶化，导致点火启动困难。
发明内容
本发明提供了一种多沸点燃料混合燃烧装置及其点火燃烧方法，利用低沸点燃料加压成为液体、压力降低而气化的特点，形成闪急沸腾，促进高沸点燃料雾化，从而改善其在低温环境下的雾化及点火性能。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种多沸点燃料混合燃烧装置，所述装置出口端能够设置在燃烧室中，其特征在于：所述装置包括喷嘴、加压存储装置、混合输送通道和点火器；所述喷嘴设置在所述混合输送通道出口端，所述点火器设置在所述喷嘴的喷出端；所述混合输送通道为套筒式空心结构，所述套筒式空心结构的中心筒为独立通道，所述独立通道外部环绕设置有掺混通道；所述独立通道的起始端封闭，所述加压存储装置分别通过第一进料管、第二进料管与所述独立通道和所述掺混通道相连，所述第一进料管出口位于所述独立通道的起始端；所述掺混通道起始端设有第三进料口。
上述技术方案中，所述第一进料管、第二进料管上分别设置有第一截止阀、第二截止阀。
上述技术方案中，所述第二进料管的出口端设置有给料环，所述给料环呈环状环绕着设置在所述掺混通道内且所述给料环设置有若干喷孔。
作为改进的技术方案，所述给料环内沿径向设置有若干辐条，所述若干喷孔设置在所述辐条上。
一种利用低沸点燃料闪沸改善高沸点燃料雾化燃烧的方法，使用上述一种多沸点燃料混合燃烧装置，其特征在于：该方法包括
低沸点燃料在加压存储装置中加压成为低沸点液体燃料，然后一部分通过第一进料管给入独立通道，一部分通过第二进料管给入掺混通道；
高沸点液体燃料从第三进料口进入掺混通道，流经第二进料管入口时与进入掺混通道的低沸点液体燃料混合成为混合燃料；
低沸点液体燃料从独立通道通过喷嘴喷入燃烧室，由于压力急速降低从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在喷嘴出口中心区通过点火器点燃；
混合燃料从掺混通道通过喷嘴喷入燃烧室，由于压力急速降低，混合燃料中的低沸点液体燃料从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在混合燃料中产生气泡，使得混合燃料中的高沸点燃料雾化，在喷嘴出口中心区被点火器点燃；
高沸点燃料稳定燃烧时，低沸点液体燃料停止从第一进料管和第二进料管给入。
上述方法还包括：
低沸点燃料在加压存储装置中加压成为低沸点液体燃料；调节第一截止阀，使得低沸点液体燃料通过第一进料管给入独立通道，并从独立通道通过喷嘴喷入燃烧室，由于压力急速降低从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在喷嘴出口中心区通过点火器点燃，形成稳定燃烧的火焰；
高沸点液体燃料从第三进料口进入掺混通道，并从掺混通道通过喷嘴喷入燃烧室，在低沸点燃料形成的火焰加热下被点燃和燃烧；
关闭第一截止阀，停止低沸点燃料的供应。
上述方法还包括：
低沸点燃料在加压存储装置中加压成为低沸点液体燃料；
高沸点液体燃料从第三进料口进入掺混通道；调节第二截止阀，使得低沸点液体燃料通过第二进料管给入掺混通道，与高沸点液体燃料混合，成为混合燃料；
混合燃料从掺混通道通过喷嘴喷入燃烧室，由于压力急速降低，混合燃料中的低沸点燃料从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在混合燃料中产生气泡，使得混合燃料中的高沸点燃料雾化，在喷嘴出口中心区被点火器点燃直至稳定燃烧；
关闭第二截止阀，停止低沸点燃料的供给和混合。
上述方法中，所述低沸点燃料包括二甲醚、丙烷的一种或多种混合；高沸点燃料包括液体燃油，所述液体燃油包括柴油、重油、煤油、汽油。
本发明的有益效果为：利用低沸点燃料加压成为液体燃料而减压闪沸的特点，改善高沸点燃料的雾化特性，使得高沸点燃料在低温工况下能够快速与空气混合，进一步改善点火和稳定燃烧性能。
附图说明
图1是本发明所涉及的一种多沸点燃料混合燃烧装置示意图。
图2是本发明所涉及的加压低沸点燃料闪沸促进高沸点燃料雾化原理示意图。
图中：1―喷嘴；2―加压存储装置；3―混合输送通道；31―独立通道；32―掺混通道；4―第一进料管；5―第一截止阀；6―第二进料管；7―第二截止阀；8―掺混通道；9―点火器；10―燃烧室；11―给料环；12―喷孔。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的具体结构、运行方法和实施方法进行详细论述。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1本发明所述的一种多沸点燃料混合燃烧装置，装置出口端(即燃料喷出端)能够设置在燃烧室10中。所述装置包括喷嘴1、加压存储装置2、混合输送通道3和点火器9。喷嘴1设置在所述混合输送通道3出口端，点火器9设置在喷嘴1的喷出端。混合输送通道3为套筒式空心结构，套筒式空心结构的中心筒为独立通道31，独立通道31外部环绕着设置有掺混通道32独立通道31的起始端封闭，加压存储装置2分别通过第一进料管4、第二进料管6与独立通道31和混通道32相连。第一进料管4出口位于独立通道31的起始端。掺混通道32起始端设有第三进料口8。
第一进料管4、第二进料管6上分别设置有第一截止阀5、第二截止阀7。
为强化高沸点燃料和低沸点燃料的混合，第二进料管6的出口端设置有给料环11，给料环11呈环状环绕着设置在掺混通道32内且给料环11设置有若干喷孔12。
作为上述技术方案的进一步优化，给料环11内沿径向设置有若干辐条，若干喷孔12设置在辐条上，低沸点液体燃料从喷孔12喷入掺混通道32。
图2所示为本发明所述装置的原理。本发明利用的是低沸点燃料压力降低后的闪急沸腾、气化鼓泡特性，促进低温工作环境下燃气轮机的燃油雾化性能，并进而改善点火性能。将加压液化后的低沸点燃料与燃油掺混，参与发动机中的雾化、混合与点火过程。掺混前低沸点燃料首先被加压为液态燃料，然后在燃油管路中或喷嘴中与传统燃油掺混，一同喷入燃烧室中；在燃烧室中，压力急剧下降，此时液态低沸点燃料立刻开始气化，形成闪急沸腾，产生大量气泡，从而促进高沸点燃油(航空煤油、柴油或重油)的雾化。由于此前燃油与低沸点燃料进行了较为充分的混合，该液态低沸点燃料在混合燃料内部各处均同时进行着气化膨胀的过程，此过程将在掺混燃料内部产生大量气泡，气泡的膨胀克服了低温环境下液体燃油表面较大的张力，加速了高沸点燃油液滴的破碎，极大地促进了高沸点燃油的快速雾化及其与空气的混合，形成易燃的燃料-空气混合物能。此外，先一步气化的低沸点燃料容易被点燃，燃烧后产生的热量进一步促进高沸点燃油的蒸发与点火。
一种利用低沸点燃料闪沸改善高沸点燃料雾化燃烧的方法，包括：
低沸点燃料在加压存储装置2中加压成为低沸点液体燃料，然后一部分通过第一进料管4给入独立通道31，一部分通过第二进料管6给入掺混通道32；
高沸点液体燃料从第三进料口8进入掺混通道32，流经第二进料管6入口时与进入掺混通道32的低沸点液体燃料混合成为混合燃料；
低沸点液体燃料从独立通道31通过喷嘴1喷入燃烧室10，由于压力急速降低从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在喷嘴1出口中心区通过点火器9点燃和燃烧；
混合燃料从掺混通道32通过喷嘴1喷入燃烧室10，由于压力急速降低，混合燃料中的低沸点燃料从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在混合燃料中产生气泡，使得混合燃料中的高沸点燃料雾化，在喷嘴1出口中心区被点火器9点燃和燃烧；
高沸点燃料稳定燃烧时，低沸点液体燃料停止从第一进料管4和第二进料管6给入。
当船舰在低温环境下(以北极地区冬季平均气温-40℃为例)点火时，上述方法包括：
低沸点燃料在加压存储装置2中加压成为低沸点液体燃料；
高沸点液体燃料从第三进料口8进入掺混通道32；调节第二截止阀7，使得低沸点液体燃料通过第二进料管6给入掺混通道32，与高沸点液体燃料混合，成为混合燃料；
混合燃料从掺混通道32通过喷嘴1喷入燃烧室10，由于压力急速降低，混合燃料中的低沸点燃料从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在混合燃料中产生气泡，使得混合燃料中的高沸点燃料雾化，在喷嘴1出口中心区被点火器9点燃直至稳定燃烧；
关闭第二截止阀7，停止低沸点液体燃料的供应和混合。
在应对环境更加苛刻条件下的点火需求时，比如在极端低温等环境下，船舰动力系统无法完成点火时，上述方法包括：
低沸点燃料在加压存储装置2中加压成为低沸点液体燃料；调节第一截止阀5，使得低沸点液体燃料通过第一进料管4给入独立通道31，并从独立通道31通过喷嘴1喷入燃烧室10，由于压力急速降低从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在喷嘴1出口中心区通过点火器9点燃，形成稳定燃烧的火焰；
高沸点液体燃料从第三进料口8进入掺混通道32，并从掺混通道32通过喷嘴1喷入燃烧室10，在低沸点燃料形成的火焰加热下被点燃和燃烧；
关闭第一截止阀5，停止低沸点燃料的供应。
上述方法中，所述低沸点燃料包括二甲醚、丙烷的一种或多种混合；高沸点燃料包括柴油、重油、煤油、汽油等常用液体燃油。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多沸点燃料混合燃烧装置，所述装置出口端能够设置在燃烧室(10)中，其特征在于，所述装置包括喷嘴(1)、加压存储装置(2)、混合输送通道(3)和点火器(9)；所述喷嘴(1)设置在所述混合输送通道(3)出口端，所述点火器(9)设置在所述喷嘴(1)的喷出端；所述混合输送通道(3)为套筒式空心结构，所述套筒式空心结构的中心筒为独立通道(31)，所述独立通道(31)外部环绕设置有掺混通道(32)；所述独立通道(31)的起始端封闭，所述加压存储装置(2)分别通过第一进料管(4)、第二进料管(6)与所述独立通道(31)和所述掺混通道(32)相连，所述第一进料管(4)出口位于所述独立通道(31)的起始端；所述掺混通道(32)起始端设有第三进料口(8)；所述第一进料管(4)、第二进料管(6)上分别设置有第一截止阀(5)、第二截止阀(7)。
2.根据权利要求1所述的一种多沸点燃料混合燃烧装置，其特征在于，所述第二进料管(6)的出口端设置有给料环(11)，所述给料环(11)呈环状环绕着设置在所述掺混通道(32)内且所述给料环(11)设置有若干喷孔(12)。
3.根据权利要求2所述的一种多沸点燃料混合燃烧装置，其特征在于：所述给料环(11)内沿径向设置有若干辐条，所述若干喷孔(12)设置在所述辐条上。
4.一种利用低沸点燃料闪沸改善高沸点燃料雾化燃烧的方法，其使用如权利要求1所述的一种多沸点燃料混合燃烧装置，其特征在于，该方法包括：
低沸点燃料在加压存储装置(2)中加压成为低沸点液体燃料；低沸点液体燃料通过第一进料管(4)给入独立通道(31)，和通过第二进料管(6)给入掺混通道(32)；
高沸点液体燃料从第三进料口(8)进入掺混通道(32)，流经第二进料管(6)入口时与进入掺混通道(32)的低沸点液体燃料混合成为混合燃料；
低沸点液体燃料从独立通道(31)通过喷嘴(1)喷入燃烧室(10)，由于压力急速降低从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在喷嘴(1)出口中心区通过点火器(9)点燃；
混合燃料从掺混通道(32)通过喷嘴(1)喷入燃烧室(10)，由于压力急速降低，混合燃料中的低沸点燃料从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在混合燃料中产生气泡，使得混合燃料中的高沸点燃料雾化，在喷嘴(1)出口中心区被点火器(9)点燃；
高沸点燃料稳定燃烧时，低沸点液体燃料停止从第一进料管(4)和第二进料管(6)给入混合输送通道。
5.根据权利要求4所述的一种利用低沸点燃料闪沸改善高沸点燃料雾化燃烧的方法，其特征在于，所述方法还包括：
低沸点燃料在加压存储装置(2)中加压成为低沸点液体燃料；调节第一截止阀(5)，使得低沸点液体燃料通过第一进料管(4)给入独立通道(31)，并从独立通道(31)通过喷嘴(1)喷入燃烧室(10)，由于压力急速降低从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在喷嘴(1)出口中心区通过点火器(9)点燃，形成稳定燃烧的火焰；
高沸点液体燃料从第三进料口(8)进入掺混通道(32)，并从掺混通道(32)通过喷嘴(1)喷入燃烧室(10)，在低沸点燃料形成的火焰加热下被点燃和燃烧；
关闭第一截止阀(5)，停止低沸点液体燃料的供应。
6.根据权利要求4所述的一种利用低沸点燃料闪沸改善高沸点燃料雾化燃烧的方法，其特征在于，所述方法还包括：
低沸点燃料在加压存储装置(2)中加压成为低沸点液体燃料；
高沸点液体燃料从第三进料口(8)进入掺混通道(32)；调节第二截止阀(7)，使得低沸点液体燃料通过第二进料管(6)给入掺混通道(32)，与高沸点液体燃料混合，成为混合燃料；
混合燃料从掺混通道(32)通过喷嘴(1)喷入燃烧室(10)，由于压力急速降低，混合燃料中的低沸点燃料从液体燃料瞬间闪沸成为气体燃料，在混合燃料中产生气泡，使得混合燃料中的高沸点燃料雾化，在喷嘴(1)出口中心区被点火器(9)点燃直至稳定燃烧；
关闭第二截止阀(7)，停止低沸点液体燃料的供应和混合。
7.根据权利要求4至6任一项所述的一种利用低沸点燃料闪沸改善高沸点燃料雾化燃烧的方法，其特征在于，所述低沸点燃料包括二甲醚、丙烷的其中一种或多种混合；高沸点燃料包括液体燃油。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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