CN113932220A - 一种可调节旋流叶片组件和含有该组件的平焰燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调节旋流叶片组件和含有该组件的平焰燃烧器，属于燃烧设备技术领域。其包括可调节旋流叶片组件本体和叶片传动装置，所述本体包括同轴线设置的中心整流体、外筒、内筒和若干可转动的叶片，叶片传动装置包括若干与叶片固定连接控制叶片转动的叶片转轴、与叶片转轴一端一一对应固定连接的传动连杆、与传动连杆连接并环绕于可调节旋流叶片组件本体的总连接环、与总连接环连接并控制总连接环运动的操纵杆；传动连杆由3个刚性连接杆转动连接，连接处形成两个不共轴线且转轴不平行的转动副。其解决传统装置中叶片控制不精确的技术问题，使燃烧器能够在小负荷工况、大空燃比工况、燃料热值波动剧烈情况下运行，形成稳定平火焰。

Description

一种可调节旋流叶片组件和含有该组件的平焰燃烧器

技术领域

本发明属于燃烧设备技术领域，涉及一种可调节旋流叶片组件和含有该组件的平焰燃烧器。

背景技术

平焰燃烧器于60年代中期应用于工业生产，利用旋转气流的离心作用，沿扩张形燃烧器砖通道旋转展开，喷出紧贴炉壁并向四周均匀伸展的圆盘形平火焰。平焰燃烧器可以提高炉壁温度的均匀性和辐射能力，应用于热轧加热炉可以降低炉膛高度，减少炉墙散热面积，因而可以节约燃料，几十年来平焰燃烧器已得到了极为广泛的工业应用。

传统平焰燃烧器在额定功率下可以形成稳定的平火焰。但缺乏调节手段，存在以下问题：在功率较小时，往往不能形成平火焰；热值剧烈波动时，当煤气热值过高，煤气量小，也不容易形成稳定平火焰；在燃烧器功率小于1/8时，燃烧器前煤气压力过低，炉压高于燃烧器前煤气压力，发生回火；燃烧器在大空燃比工况下运行时，空气压力过高，可能导致燃烧器前煤气压力低于燃烧通道背压，发生回火。

现有可调叶片角度的旋流装置，其传动装置基本都是采用叶片转轴、刚性传动杆、总连接环结构。其中刚性传动杆一端与叶片转轴固连，另一端和总连接环连接方式有以下几种情况：①形成滑槽与滑轴的滑动副(CN112113215A、CN203571785U、CN208574793U、CN112212360A)；②形成转动副(CN212390406U)。其基本原理是使总连接环沿旋流装置的轴线螺旋运动或转动，通过传动装置使叶片沿转轴旋转从而改变角度。但是存在以下问题，下面以附图1-2为例，建立空间直角坐标系说明。

空间有6个自由度，分别为沿X轴、Y轴、Z轴平动的

以及沿X轴、Y轴、Z轴转动的

叶片8只有1个绕叶片自身轴转动的自由度即

因为转动杆81与叶片8固连，摆杆9与转动杆81固定连接，导向销10固定在总连接环11上，摆杆9上导向槽91和导向销10形成的滑动副有1个沿导向槽91平动自由度

和1个沿导向销10平动的自由度

则摆杆9上的导向销10的空间位置关系为

总连接环11有1个沿燃烧器轴线转动的自由度

1个沿燃烧器轴线平动自由度

当连接环11带动固定其上的导向销10运动，导向销10空间位置也可以表示为

假设整个装置传动可以实现，由叶片8带动导向销10的位移

与连接环11带动导向销10的位移

应该实时相同，即

而因为

显然只存在一组ki＝0(i＝1，2，3，4)使得

也就是说，理论而言上述传动方式不能传动，在初始位置之后是自锁的。在实际使用中，通常将导向槽91与导向销10设置较大的间隙，使得导向销10可以在导向槽91内部自由沿任意轴转动，使整个装置能够转动。而当导向槽与导向销存在很大间隙时，会导致叶片转动角度与操作端的调节变化不一一对应，导致叶片控制不精确的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可调节旋流叶片组件和含有该组件的平焰燃烧器，解决传统装置中叶片控制不精确的技术问题，使燃烧器能够在小负荷工况、大空燃比工况、燃料热值波动剧烈情况下运行，形成稳定平火焰。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可调节旋流叶片组件，包括旋流叶片组件本体和叶片传动装置，所述旋流叶片组件本体包括同轴线设置的中心整流体、外筒、内筒和若干可转动的叶片，所述叶片传动装置包括若干与叶片固定连接控制叶片转动的叶片转轴、与叶片转轴一端一一对应固定连接的传动连杆、与传动连杆连接并环绕于旋流叶片组件本体的总连接环、与总连接环连接并控制总连接环运动的操纵杆；所述传动连杆由3个刚性连接杆转动连接，刚性连接杆连接处形成的两个不共轴线且转轴不平行的转动副。

进一步，所述外筒和内筒之间设有沿圆周均布可调空气的叶片，内筒和中心整流体之间设有沿圆周均布可调煤气的叶片；所述内筒和外筒上均设有总连接环。

进一步，所述总连接环上开有滑槽，通过滑槽与操纵杆滑动连接，所述总连接环与传动连杆通过总连接环上的开孔转动连接。

进一步，所述操纵杆上设置滑槽，与总连接环通过滑槽滑动连接，所述总连接环与传动连杆通过总连接环上的开孔转动连接。

进一步，所述内筒和外筒的外壁上均设置有限位棒，约束叶片的转动角度，防止叶片转动到特定位置卡死。

进一步，可调空气的叶片与可调节旋流叶片组件轴线方向的夹角调节范围为30°～80°；可调煤气的叶片与可调节旋流叶片组件轴线方向的夹角调节范围为1°～80°。

进一步，所述的中心整流体沿煤气移动上游端为椭球面，沿煤气移动下游端为圆锥面。

进一步，所述操纵杆一端标有刻度，所述操纵杆通过手动推拉或连接气缸控制。

一种平焰燃烧器，包括平焰燃烧器本体，所述平焰燃烧器本体设有如上文任意一项所述的可调节旋流叶片组件、煤气通道、空气通道和燃烧通道；所述煤气通道和空气通道通过所述可调节旋流叶片组件分别与燃烧通道连通。

进一步，所述平焰燃烧器本体上还设有煤气管、空气管、风壳、导环和耐火砖组成的喇叭形渐扩通道；所述煤气管、风壳、可调节旋流叶片组件、导环、喇叭形渐扩通道共轴线；

所述煤气通道由煤气入口、与可调节旋流叶片组件的内筒入口端连接的煤气管、可调节旋流叶片组件的内筒内部空间连通组成；

所述空气通道由空气入口、空气管、风壳形成的空气管路、可调节旋流叶片组件内筒和外筒之间的内部空间连通组成；

所述燃烧通道由与可调节旋流叶片组件外筒的出口端连接的导环、与导环出口端连接的喇叭形渐扩通道连通组成。

本发明的有益效果在于：

1.提升了燃烧器可调节性：本申请中传动装置可以使操纵杆沿燃烧器轴线方向位移与叶片的旋转角度准确对应，可精准调节空气、煤气旋流叶片转动角度。

2.增大燃烧器调节比：在下限负荷时，将煤气叶片、空气叶片与燃烧器轴线方向夹角调到最大，可以增加旋流强度，形成稳定平火焰，提高燃烧器前煤气空气压力，降低炉压高于燃烧器前空煤气压力导致回火的风险，将燃烧器形成稳定平火焰的最小能力降低50％。

3.提高燃烧器可靠性和安全性：(1)在大空燃比工况时，将煤气叶片与燃烧器轴线方向夹角适当调大，增加煤气流速，提高燃烧器前煤气压力，同时在保证旋流强度前提下将空气叶片与燃烧器轴线方向夹角适当调小，降低通道内空气反压，可降低回火风险；(2)在煤气热值波动剧烈，煤气热值过高，煤气量小时，将煤气叶片与燃烧器轴线方向夹角适当调大，增加煤气流速，提高燃烧器前煤气压力，同时在保证旋流强度前提下将空气叶片与燃烧器轴线方向夹角适当调小，降低通道内空气反压，可降低回火风险。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为一种传统可调叶片角度的旋流装置示意图；

图2为图1中A的放大示意图；

图3为一种平焰燃烧器内部结构示意图；

图4为可调节旋流组件结构示意图；

图5为可调节旋流组件结构剖视示意图；

图6为可调节旋流组件结构局部放大剖视示意图。

附图标记：煤气管1、风壳2、可调节旋流叶片组件3、外筒31、内筒32、中心整流体33、叶片34、叶片35、传动装置36、限位棒37、转轴341、转轴351、密封装置352、传动连杆361、传动连杆362、总连接环363、总连接环364、操纵杆365、操纵杆366、刚性连接杆3611、刚性连接杆3612、刚性连接杆3613、转轴3614、转轴3615、转轴3631、滑槽3632、导环4、耐火砖5、煤气入口6、空气入口7、叶片8、转动杆81、摆杆9、导向槽91、导向销10、总连接环11。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图3-6，一种平焰燃烧器，包括平焰燃烧器本体，平焰燃烧器本体上设有可调节旋流叶片组件3、煤气通道、空气通道和燃烧通道；煤气通道由煤气入口6、与可调节旋流叶片组件3的内筒32入口端连接的煤气管1、可调节旋流叶片组件3的内筒32内部空间连通组成；空气通道由空气入口7、空气管、风壳2形成的空气管路、可调节旋流叶片组件3的内筒32和外筒31之间的内部空间连通组成；燃烧通道由与可调节旋流叶片组件3的外筒31出口端连接的导环4、与导环4出口端连接由耐火砖5组成的喇叭形渐扩通道连通组成。煤气管1、风壳2、可调节旋流叶片组件3、导环4、喇叭形渐扩通道共轴线；煤气通道和空气通道均通过可调节旋流叶片组件3分别与燃烧通道连通。燃烧器工作时，煤气通过煤气入口6进入煤气管1，空气通过空气入口7进入空气通道，煤气与空气分别通过可调节旋流叶片组件3，并在燃烧通道内混合燃烧。

可调节旋流叶片组件3包括旋流叶片可调节旋流叶片组件本体和叶片传动装置36，可调节旋流叶片组件本体包括同轴线设置的中心整流体33、外筒31和内筒32，转动连接于外筒31和内筒32之间沿圆周均布可调空气的叶片34和转动连接于内筒32和中心整流体33之间沿圆周均布可调煤气的叶片35；中心整流体33沿煤气移动上游端为椭球面，沿煤气移动下游端为圆锥面。

叶片传动装置36设置有若干与叶片34固定连接控制叶片34转动的转轴341，转轴341与叶片34的惯性主轴重合，转轴341的一端设置在内筒32的壁面圆孔内，但不穿透内筒32的壁面，另一端穿过外筒31壁面上的通孔，伸出外筒31的转轴341与传动连杆361一一对应固定连接，传动连杆361与环绕于可调节旋流叶片组件3本体的外筒31上的总连接环363连接；总连接环363与控制总连接环363运动的操纵杆365连接。

叶片传动装置36设置有若干与叶片35固定连接控制叶片35转动的转轴351，转轴351与叶片35的惯性主轴重合，转轴351的一端设置在中心整流体33上的圆孔内，另一端穿过内筒32壁面的通孔装置和密封装置352，使内筒32保持密闭，伸出内筒32的转轴351与传动连杆362一一对应固定连接，传动连杆362与环绕于可调节旋流叶片组件3本体内筒32上的总连接环364连接；总连接环364与控制总连接环364运动的操纵杆366连接。

传动杆件361和传动杆件362均由刚性连接杆3611、刚性连接杆3612和刚性连接杆3613转动连接，在连接中形成两个转动副，两个转动副的转轴分别为转轴3614和转轴3615，本申请中转轴3614正交于转轴3615，也可根据实际情况改变其角度，只需保证两个转轴不共线不平行即可。

操纵杆366和操纵杆365的一端标有刻度，以实现叶片的精准控制，其运动方式可以手动推拉或连接气缸控制。内筒32和外筒31的外壁上均设置有限位棒37，以约束叶片的转动角度、防止叶片转动到特定位置卡死，并使可调空气的叶片34与燃烧器轴线方向夹角调节范围为30°～80°；可调煤气的叶片35与燃烧器轴线方向夹角调节范围为1°～80°。

本实施例中的转轴351和转轴341分别于叶片35和叶片34的惯性主轴重合，也可以根据实际的情况优选，使转轴与叶片惯性主轴平行但不共线。本实施例中通过传动连杆361(传动连杆362)上固定连接的转轴3631和在总连接环363(总连接环364)上的孔相互配合实现转动连接；总连接环363(总连接环364)上开有滑槽3632，通过滑槽3632与操纵杆365(操纵杆366)滑动连接；也可以根据实际情况优选为，，在操纵杆365(操纵杆366)上设置滑槽，使操纵杆365(操纵杆366)与总连接环363(总连接环364)滑动连接，使总连接环363(与操纵杆365(操纵杆366)形成滑动副即可。

本实施例的传动原理说明：

以叶片34的运动，建立空间直角坐标系说明精确传动的原理。空间有6个自由度，分别为沿X轴、Y轴、Z轴平动的

以及沿X轴、Y轴、Z轴转动的

设燃烧器轴线方向为

请参照图6，叶片34只有1个绕叶片自身转轴341转动的自由度

则叶片34转动后的空间位置

假设叶片34与传动连杆361第一段刚性连接杆3611没有固连；此时，总连接环363有1个沿燃烧器轴线转动的自由度

1个沿燃烧器轴线平动自由度

一个沿Z转动的自由度

滑槽3632与转轴3631形成的滑动副有1个平动自由度

推动操纵杆365后，第一段刚性连接杆3611空间位置

对于3段首尾通过转动副相连的刚性连接杆，其转轴3631、转轴3615、和转轴3614方向相互正交，则

与

可以相互表出即等价，移动操纵杆365后，则传动连杆361第一段刚性连接杆3611运动后的位置

也就是说本例的传动装置可以将操纵杆365沿燃烧器轴向的平动转化为传动连杆361第一段刚性连接杆3611在空间内的任意轴向转动、

方向平动以及

方向平动的和运动。而叶片34与传动连杆361第一段刚性连接杆3611固连，因此传动连杆361第一段刚性连接杆3611运动被约束为和叶片34一样的自由度即沿叶片转轴341的转动。由于操纵杆365只有一个自由度，叶片34也只有一个自由度，因此操纵杆365移动距离可以和转动角度一一对应，实现了对叶片的精确控制。

最后说明的是，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种可调节旋流叶片组件，其特征在于：包括旋流叶片组件本体和叶片传动装置，所述旋流叶片组件本体包括同轴线设置的中心整流体、外筒、内筒和若干可转动的叶片，所述叶片传动装置包括若干与叶片固定连接控制叶片转动的叶片转轴、与叶片转轴一端一一对应固定连接的传动连杆、与传动连杆连接并环绕于旋流叶片组件本体的总连接环、与总连接环连接并控制总连接环运动的操纵杆；所述传动连杆由3个刚性连接杆转动连接，刚性连接杆连接处形成的两个不共轴线且转轴不平行的转动副。

2.根据权利要求1所述的一种可调节旋流叶片组件，其特征在于：所述外筒和内筒之间设有沿圆周均布可调空气的叶片，内筒和中心整流体之间设有沿圆周均布可调煤气的叶片；所述内筒和外筒上均设有总连接环。

3.根据权利要求1所述的一种可调节旋流叶片组件，其特征在于：所述总连接环上开有滑槽，通过滑槽与操纵杆滑动连接，所述总连接环与传动连杆通过总连接环上的开孔转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种可调节旋流叶片组件，其特征在于：所述操纵杆上设置滑槽，与总连接环通过滑槽滑动连接，所述总连接环与传动连杆通过总连接环上的开孔转动连接。

5.根据权利要求1所述的一种可调节旋流叶片组件，其特征在于：所述内筒和外筒的外壁上均设置有限位棒，约束叶片的转动角度，防止叶片转动到特定位置卡死。

6.根据权利要求2所述的一种可调节旋流叶片组件，其特征在于：可调空气的叶片与可调节旋流叶片组件轴线方向的夹角调节范围为30°～80°；可调煤气的叶片与可调节旋流叶片组件轴线方向的夹角调节范围为1°～80°。

7.根据权利要求1所述的一种可调节旋流叶片组件，其特征在于：所述的中心整流体沿煤气移动上游端为椭球面，沿煤气移动下游端为圆锥面。

8.根据权利要求1所述的一种可调节旋流叶片组件，其特征在于：所述操纵杆一端标有刻度，所述操纵杆通过手动推拉或连接气缸控制。

9.一种平焰燃烧器，其特征在于：包括平焰燃烧器本体，所述平焰燃烧器本体设有如权利要求1-8中任意一项所述的可调节旋流叶片组件、煤气通道、空气通道和燃烧通道；所述煤气通道和空气通道通过所述可调节旋流叶片组件分别与燃烧通道连通。

10.根据权利要求9所述的一种平焰燃烧器，其特征在于：所述平焰燃烧器本体上还设有煤气管、空气管、风壳、导环和耐火砖组成的喇叭形渐扩通道；所述煤气管、风壳、可调节旋流叶片组件、导环、喇叭形渐扩通道共轴线；

所述煤气通道由煤气入口、与可调节旋流叶片组件的内筒入口端连接的煤气管、可调节旋流叶片组件的内筒内部空间连通组成；

所述空气通道由空气入口、空气管、风壳形成的空气管路、可调节旋流叶片组件内筒和外筒之间的内部空间连通组成；

所述燃烧通道由与可调节旋流叶片组件外筒的出口端连接的导环、与导环出口端连接的喇叭形渐扩通道连通组成。

Images