CN1156804A - 气流-喷雾嘴 - Google Patents

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Abstract

在一种用于采用液体和气体燃料(4、6)工作的燃烧器(1)运行的气流-喷雾器嘴(2)中，内气路(14)与外气路(13)间的隔板(18)通过内支撑件和外支撑件(21)固定，该支撑件可具有一个滑动配合(28)并可以为涡轮透平叶片结构。气流-喷嘴(2)的喷雾器边帮(19)顺喷嘴轴(11)方向伸展。该喷嘴的特点是尺寸小、压力损耗低并且不易于结焦。

Description

气流—喷雾嘴
本发明涉及燃料技术领域。它涉及一种用于将液体燃料在燃烧器内雾化的喷雾嘴，该喷雾嘴根据气流原理工作，它既适用于用液体燃料工作的燃烧器，又适用于用气体燃料工作的燃料器，并且尤其可使用在双锥结构的低有害物质的预混合燃烧器中。
为实现低有害物质的预混合燃料，在燃烧前燃料必须均匀地与燃烧用空气混合。在采用液体燃料时，该燃料必须预先雾化。其中液体燃料射束被分散成各个颗粒，从而使燃料获得尽可能大的汽化表面。
为实现在燃料室内对液体燃料的雾化，其中还采用所谓的气流-喷雾器(参见：A.H.Lefebvre，Airblast Atomization，Prog.Energy Combust.Sci.Vol.6，S.233-261，1980)，该气流-喷雾器尤其适用于燃气涡轮机的工作。该喷雾器的设计应使相对移动较慢的液体燃料通过一高速的气流雾化。其中燃料不具有固有的冲量。例如待雾化的液体作为厚度恒定不变的薄膜覆着在喷雾器的边帮上。由一气流双侧，即由一外气流和一内气流环流此喷雾器边帮，然后液体燃料通过在两个气流的剪切场内的喷雾器唇被雾化(预成膜雾化)。
已知其中液体燃料或是通过中央压力喷雾器，或是通过所谓的薄膜敷设器覆着的，中央压力喷雾器或薄膜敷设器安装在该构件内的喷雾器边帮前，所以要求该构件相对较厚。
这样设置，为了目标对准喷雾器边帮对空气导向，或者对内气流扭转和/或通过一中央体向外导向。
该已有技术的缺点是，构件直径较大及在喷嘴处由于截面窄故压降高。
通常由于要对内气流进行扭转，故喷嘴直径较大。为对此加以补救，在气流喷雾器中有一柱塞体。该柱塞体的缺点在于，将导致特别易受到在后流中结焦和形成粘稠物的影响。由于该构件位于火焰附近，所以对该构件的冷却通常是一个棘手的问题。
本发明力求克服所有这些缺点。其任务在于，开发一种用于对液体燃料雾化的气流-喷嘴，该喷嘴也适用气体燃料工作并且具有尺寸小的特点，所以例如非常适用于在双锥结构预混合燃料中应用，其中喷嘴的特点是不太易受结焦和形成粘稠物的影响。此外，在喷嘴内仅产生微弱的压力损耗。最后，本发明的任务是，提出一种机构，用此机构实现在气体燃料工作时对雾化用的空气进行节流，并且在用液体燃料工作时对所需雾化用空气定量配料。
依照本发明，在根据权利要求1前叙部分的气流-喷嘴中采用下述方式实现上述任务，内气路和外气路间的隔板用内、外支撑件固定，其中在隔板与燃料管间设置有内支撑件，在隔板与喷嘴外体间设置有外支撑件，并且喷雾器边帮顺喷嘴轴方向伸展。
本发明的优点在于，气流-喷嘴结构紧凑并且直径小，从而使其特别适合于在双锥结构的预混合燃料器中加以应用。而在喷嘴出口处不必再设置易于导致沉积层和过热的构件，则是另一优点。另外，在喷嘴中仅有微弱的压力损耗并且计算压降是发生在喷雾器唇处。
如果在液体燃料管可以轴向移动，同时喷嘴外体作为燃料器的组成部分并因此固定死，其中在液体燃料管上的内支撑间备有滑移位置并且在内气路和外气路间备有隔板的话，则尤为相宜。通过油膜喷射器的推移防止了喷管的热膨胀，所以喷雾器边帮与燃料器的相对位置保持不变。另一优点是省去了辅助气体管线与喷雾器间的棘手的密封问题。其它的优点在于，在安装燃料喷管时敏感的喷雾器部分可以留在燃料器内并因此不会受到损伤。
作为一实施方式，也可以将喷雾器作为整体，从外部推移。
最后，有益之处是，燃料通过商业通用的压力喷雾器，尤其是中空锥形喷雾器进行输送。也可以采用简单径向地或在燃料管路的闭合端上倾斜设置的孔来输送燃料。如果通过附加设置在喷雾器边帮上的堰件使燃料膜均匀，这也是有益的。
此外，采用内和/或外支撑件为涡流叶片结构是有益的。通过对空气的扭转实现了较好的雾化。对内气流的扭转有利于较充分地对喷雾器唇的环流，同时外扭转将影响喷射角度α。而且对燃料覆层也可实现扭转(径向或逆喷嘴轴倾斜)。
最后，就本发明的气流-喷嘴的工作方法而言，其中在用气体燃料工作时流入燃料器内室的气流至少部分被节流，有益的是，在用气体或油料工作时，实现了由于液体燃料管的不同的热膨胀的节流。此节流机理可相当简单地实现。
在附图中对本发明的多个实施例做了说明。
图1是配备有一个气流喷嘴的双锥形燃料器设置示意图；
图2是采用通常的油压喷雾器的气流-喷嘴的局部纵剖面图；
图3是气流-喷嘴的局部纵剖面，其中采用一带有对应于喷嘴轴在闭合端倾斜设置的孔的液体燃料管路；
图4是带有作为涡流叶片结构的支撑件和一堰件的气流-喷嘴局部纵剖面图；
图5是带有经扭转的液体燃料覆层的气流-喷嘴的局部纵剖面图；
图6是沿图4中VI-VI线的局部截面图；
图7是燃料器部分和燃料给料部分的局部纵剖面，其中在上半图说明的是气体工作时的情况，在下半图中说明的是料工作时的情况。
图中仅示出用于理解本发明必要的部件。对工作介质的流向用箭头表示。
下面将对照实施例和附图1至7对本发明做进一步的说明。
图1为配备有一个气流喷嘴的双锥形预混合燃料器的设置示意图。
在燃料器1的逆流端设置有一个气流-喷嘴2。通过一个与双锥燃烧器1连接的燃料喷管3对该喷嘴输送液体燃料4和压缩空气5，该喷管用于对燃料4的雾化。此外，该燃料喷管3还为双锥燃料器1输送气体燃料6，同时该气体燃料由燃烧器罩8内的腔室获得主燃料器空气7。也可以由一个位于燃料器罩8外的压力通过系统(图中未示出)供送用于气流-喷嘴2的空气。此外，在此实施例中，为了在双锥燃料器1喷嘴的轴附近对燃气加入润滑，通过燃料喷管3对燃烧器1喷入附加的气体燃料(辅助气体9)。燃料器1在顺流侧接入燃料室10。
图2为气流-喷嘴2的局部纵剖面放大图。该喷嘴具有一围绕喷嘴轴11设置的液体燃料4的燃料管12，并分别具有对此同心设置的一个内气路13和一个外气路14。这两个气路13、14与一空气输入管路15连接，在此管路中输送喷雾器空气5，并且气路13、14在喷雾截面16处接入燃料器内室17。气路13、14通过隔板18被相互分隔开，该隔板依照本发明在其顺流端顺喷嘴轴11的方向伸展并在此处形成带有喷雾器唇20的喷雾器边帮19，从而使喷雾器空气5分成一外气流5a和一内气流5b。借助优选以均匀的方式间隔设置在圆周上的内支撑件和外支撑件21，包括喷雾器边帮19的隔板18固定在燃料管12和喷嘴外体23之间。其中，内支撑件21设置在燃料管12和隔板18之间，而外支撑件21设置在隔板18和喷嘴外体23间。在上述实施例中，在燃料器1内设置有一条辅助气路22，该气路用于提供辅助气体9，该辅助气体9用于燃料内室中的气体燃料6的润滑，从而扩展了燃料器的稳定范围。在图2中，辅助气路22由喷嘴外体23和燃烧器1壁限定。在图2中，对喷嘴2与燃料器1的连接及对辅助气路22的供料未图示出。后者例如可以由一个设置在燃烧器壁上的、在图中未示出的辅助气体供料孔加以实现。喷嘴2例如可以通过一图中未示出的盖加以连接，该盖焊在喷嘴外体23和燃料器1壁上的辅助气路22的顺流端的整个圆周上，并将辅助气路22闭合。当然，在其它的实施例中也可以不设置辅助气路。
液体燃料4，如优选油类，通过一个可调换的商业通用的压力喷雾器24作为薄油膜覆着在喷雾器边帮19上。最佳的是内锥喷雾器，但也可以采用雾化燃料颗粒非常均匀的外锥喷雾器。依照本发明，喷雾器边帮19向内缩口，从而在喷雾截面16或喷雾器唇20上获得最大的空气速度。在外气路14内输送的外气流5a同样通过一在喷雾器边帮19上的缩口轮送到喷雾器唇20上，在此处，燃料膜被两个气流5a、5b的剪切力均匀雾化。很高的空气速度对改进雾化质量将起着促进作用。
在图2中所示的实施例中，图中的上半部分中内支撑件21与隔板18非固定连接，从而在该处形成一滑移位置28。此点实现了包括油压喷雾器24的液体燃料管路12的推移，从而采用此方式可以克服燃料喷管3的热膨胀，并使喷雾器边帮19与双锥燃烧器1的相对位置不会变化，此点是最大的优点。这种设置仅需一稍许长一些的喷雾器套管(二隔板18)。此外，这种方案还省去了辅助气路22与燃烧器1中喷雾器间的棘手的密封，这是因为外喷雾器部分是燃料器1的构件。另一优点在于，在安装燃料喷管3时敏感的喷雾器件留在双锥燃烧器1内，因此不会受到损伤。
在图2下半部分中所示的另一实施例中，还可以使喷雾器作为一个整体，即不管是内支撑件还是外支撑件21都与隔板18及液体燃料管路12或喷嘴外体23固定连接。这样，喷嘴2作为一个整体仅能从外部移动(滑移位置29)。
图3示出一种实施改进，在该改进中，液体燃料4通过简单的孔25覆着在喷雾器边帮19上。该孔径向或倾斜地设置在液体燃料管路12的闭合端。为了使燃料膜均匀并因此提高雾化质量，可以在雾化边帮19上设置堰件26。
在图4中示出另一实施改进。与图3不同的是，支撑件21为涡流叶片27结构。可以仅设置作为涡流叶片的内支撑件21，从而只使内气流5b被扭转，以便实现对喷雾器唇20的更为充分的环流。在仅扭转外气流时，则可以用此影响喷射角α。当然，也可以如图4所示，对两个气流5a、5b进行扭转，其中内支撑件和外支撑件21都作为涡流发生器。
由于双锥燃料器1在用燃气工作时会受到流经气流-喷嘴2的喷雾器空气5的干扰，为解决此问题，依照图7提出一机构，该机构将充分利用在采用燃油和燃气工作时的燃料管路12的不同的热膨胀。图7的上半部分涉及燃气工作，而下半部分涉及燃气工作。在图7中对位于燃油管路12顺流端的气流-喷嘴2未图示出。在采用燃气工作时，喷雾器空气5被节流，这是因为燃油管路12被压缩机输出的空气加热并因此由于燃油管路的热膨胀缩小了喷雾器空气5进入燃烧器部分的入口范围或该入口范围被完全闭合。与此相反，在采用燃油工作或添加水时，在此工作条件下由于在较冷的燃油管路12的热膨胀微弱，因而可按量输送喷雾器空气(参见图7中，下半部分的开口的空气入口范围)。其前提条件是，液体燃料管路12固定安装在外罩上，并且燃料器1固定设置在图7中未示出的燃料室10内。
当然，在采用燃气工作时，为了实现对本发明气流-喷嘴的喷雾器空气5的节流，也可以采用其它已知的节流机构，例如用辅助气体9的置换实现对空气5的节流。
总之，本发明的气流-喷嘴具有如下特性：
—结构紧凑、直径最小，
—在喷嘴中压力损耗微弱，
—在喷雾器唇处有计算压力降，
—在喷嘴出口处没有易于导致沉积或过热的构件，
—窄的喷射角α，
—对关键的燃油截面可进行简单的校准和替换。
         附图标记对照表1     燃料器2     气流-喷嘴3     燃料喷管4     液体燃料5     用于气流-喷嘴的空气5a    外气流5b    内气流6     气体燃料7     主燃烧器空气8     燃烧器罩9     辅助气体10    燃烧室11    喷嘴轴12    燃料管13    外气路14    内气路15    送气管路16    喷雾器截面17    燃烧器内室18    隔板19    喷雾器边帮20    喷雾器唇21    支撑件22    辅助气路23    喷嘴外体24    油压喷雾器25    孔26    堰27    涡流发生器28、29移动位置α   喷射角

Claims (11)

1.一种气流-喷雾器嘴(2)，用于采用液体和气体燃料(4、6)工作的燃烧器(1)，其中喷嘴(2)主要由一围绕喷嘴轴(11)设置的液体燃料管路(12)，该液体燃料管带有至少一个位于端部、用于把液体燃料覆着在喷雾器边帮(19)上的构件，以及两条由一空气输送管路(15)供气的同心气路(13、14)和选择配置的一条对比同心的辅助气路(22)，其中气路(13、14、22)分别用隔板(18)相互分隔，以及一喷嘴外体(23)构成，其中气路(13、14)在喷嘴(2)的雾化截面(16)处接入一燃烧内室(17)，外气路(13)在雾化截面(16)前缩口并且内气路(14)与外气路(13)间的隔板(18)在顺流端构成喷雾器边帮(19)，其特征在于：内气路(14)与外气路(13)间的隔板(18)由内支撑件和外支撑件(21)固定，其中内支撑件设置在隔板(18)与燃料管路(12)之间，外支撑件(21)设置在隔板(18)与喷嘴外体(23)之间，并且喷雾器边帮(19)顺喷嘴轴(11)方向伸展。
2.按照权利要求1的气流-喷雾器嘴，其特征在于：可以轴向滑移液体燃料管路(12)，而喷嘴外体(23)是燃料器(1)的构件并因此是固定死的。
3.按照权利要求1的气流-喷雾器嘴，其特征在于：其各构件是固定死的，并且喷嘴(2)仅能整体轴向移动。
4.按照权利要求2的气流-喷雾器嘴，其特征在于：在液体燃料管路(12)上的内支撑件(21)与内气路(14)与外气路(13)间的隔板(18)之间设有滑移位置(28)。
5.按照权利要求1的气流-喷雾器嘴，其特征在于：用于覆着液体燃料(4)的器件是一个油压喷雾器(24)。
6.按照权利要求5的气流-喷雾器嘴，其特征在于：油压喷雾器(24)是一个内锥喷雾器。
7.按照权利要求5的气流-喷雾器嘴，其特征在于：油压喷雾器(24)是一个外锥喷雾器。
8.按照权利要求1的气流-喷雾器嘴，其特征在于：用于覆着液体燃料(4)的器件是径向或倾斜设置的、在燃料管路(12)闭合端的孔(25)。
9.按照权利要求8的气流-喷雾器嘴，其特征在于：在喷雾器(19)边帮上设置有堰件(26)。
10.按照权利要求1的气流-喷雾器嘴，其特征在于：外支撑件和/或内支撑件(21)为涡流发生器(27)，尤其是为涡轮透平叶片。
11.一个按照权利要求1至10中的任一项的气流-喷嘴的燃料器(1)的工作方法，其中液体燃料管路(12)固定装配在外罩上，并且燃烧器(1)固定安装在燃料室(10)上，其中在用气体燃料(9)工作时进入燃料内室(17)的空气(5)流至少被部分节流，其特征在于：由于在燃气或燃油工作时液体燃料管的热膨胀不同而实现节流。
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