CN1188208A - 用于两股流体的切向入口喷嘴的锥形中心体 - Google Patents

Abstract

一种用于切向入口喷嘴的中心体,它包括纵轴和径向外表面,该径向外表面包括由与纵轴共轴并朝向截锥体底部扩大的截锥体外表面形成的截锥体部分,和与截锥体部分成整体的,最好由圆盘经旋转而构成的外表面形成的弯曲部分,该圆盘与截锥体部分正切,并且其圆心相对纵轴位于截锥体部分径向之外。中心本体还包括有底座和内部通道,该底座至少具有一个贯穿其中的供气孔。该截锥体部分朝向内通道的排气孔变小并终止于排气孔所在的平面。燃料喷管与纵轴共轴并贯穿底座,并终止于内部通道中,它将燃烧混于中心体的流动空气中。

Description

用于两股流体的切向入口喷嘴的锥形中心体

本发明涉及低含量NOx预混燃料喷嘴，尤其涉及用于该喷嘴的中心本体。

氮氧化物(后面称作NOx)是高温燃烧的产物。因NOx是种臭名昭著的污染物质，所以产生NOx的燃烧装置对于排污的标准日益严格。所以目前正使力于减少燃烧装置中一氧化氮的形成。

一种解决方案为预先将燃料与过量的空气混合，以便在通过在局部用高含量的空气进行燃烧，从而产生相对低的燃烧温度，并因此使产生的NOx达到最少。采用该方案的燃料喷嘴已在专利号为US5307634的美国专利中公开，它描述了一种带锥形中心本体的涡形旋流器。该种型式的燃料喷嘴即为切向入口燃料喷嘴，它由两个连接在两个端板上的偏置圆柱形弧面涡壳构成。燃烧空气通过两个由偏置涡壳构成的近似为矩形的槽进入旋流器，经过一块端板中的燃烧器入口部分，进入燃烧器。呈直线形排列的泄流孔置于与内部后缘相对的外涡壳上，它将燃料从集流腔射人到每个入口槽的气流中，以在排人燃烧器之前形成燃料和空气的混合物。

切向入口型预混燃料喷嘴相对于现有技术的燃料喷嘴可排出较低含量的NOx。但是对于如上述专利所公开的燃料喷嘴，当将其用于气体透平机时，它的使用寿命极短，部分原因为火焰接触到了喷嘴中心本体。结果导致这种切向入口燃料喷嘴不能适应工业效用的气体涡流发动机。

现需要一种用于切向入口燃料喷嘴的中心本体，当将该喷嘴用于气体透平机中时，其使用寿命相对于现有技术有本质的提高。

由此本发明的目的是提供一种用于低含量NOx的燃料喷嘴的中心本体，当将该喷嘴用于气体透平机时，该中心本体的使用寿命相对于现有技术将有本质的提高。

本发明的另一目的是提供一种用于切向入口燃料喷嘴的中心本体，该喷嘴可大大减小火焰接触其中心本体的可能性。

为此，本发明的中心本体具有纵轴和径向外表面，该径向外表面包括截锥体部分，该截锥体部分由与纵轴共轴并朝向截锥体底部扩大的截锥体外表面形成；和与截锥体部分成整体的，最好由圆盘经旋转而构成的外表面形成的弯曲部分，该圆盘与截锥体部分正切，并且其圆心相对纵轴位于截锥体部分径向之外。中心本体还具有至少贯穿有一个供气孔的底座和内部通道。截锥体部分朝向内部通道的排气孔变小，并终止于排气孔所在的平面。燃料喷管与纵轴共轴并贯穿底座，终止于内部通道中，它将燃料混于中心本体的气流中。

图1是本发明的中心本体的纵横截面图；

图2是沿图1中的2-2线的横截面图；

图3是沿图2中的3-3线的本发明中心本体的纵横截面图。

参照图1，本发明的中心本体10具有含至少一个，最好若干个沿中心本体10延伸的供气孔14，16的底座12，该底座12垂直于中心本体10的纵轴18。中心本体10还具有与纵轴18共轴的内部通道20。在本发明优选实施例中，内部通道20包括带有第一端24和第二端26的第一圆柱形通道22和比第一圆柱形通道22的直径大的第二圆柱形通道28，该通道28同样带有第一端30和第二端32。第二圆柱形通道28通过圆锥形通道34与第一圆柱形通道22连通，该圆锥形通道34具有与第一圆柱形通道22直径相等的第一端36和与第二圆柱形通道28直径相等的第二端38。每个通道22，28，34都与纵轴18共轴，圆锥形通道34的第一端36与第一圆柱形通道22的第二端26成为整体，同时圆锥形通道34的第二端38与第二圆柱形通道28的第一端30成为整体。第一圆柱形通道22包含有与纵轴18共轴的圆形排气孔40，该排气孔40位于第一圆柱形通道22的第一端24上。

中心本体10的径向外表面42包括截锥体部分44和与截锥体部分成整体的弧形部分46，该截锥体部分44由与纵轴18共轴的截锥体外表面构成，并朝向底座12扩大，该弧形部分46最好由与截锥体部分44相切的圆盘旋转形成的表面部分构成，其圆心相对于纵轴18位于截锥体部分44径向之外。在优选实施例中，截锥体部分44终止于排气孔40所在的平面，截锥体部分44的底端(不要与中心本体底座12混淆)直径比其顶端的直径大2.65倍，截锥体部分44的高度48(从截锥体部分44底端所在平面到其顶端所在平面间的距离)约为截锥体部分44底端直径的1.90倍。当用于切向入口喷嘴时，位于底座12和截锥体部分44之间的弧形部分46具有光滑的水平延伸面，以引导燃烧空气进入邻接于底座12的切向入口喷嘴10。从中心本体10的径向外表面42沿径向向内设有内部通道20，截锥体部分44与纵轴18共轴，中心本体10与底座12连接，以使截锥体部分44朝向第一圆柱形通道22的排气孔40变小并终止于该圆柱形通道。

如图2所示，截锥体部分44的底部安入圆盘50中，该圆盘50的圆心52位于纵轴18上。本领域技术人员很清楚，因为切向入口燃料喷嘴的混合区截面不是圆面，所以必须切除一部分弯曲部分46以与其相配。在弧形部分46上设有斜面部分54，56，在此处弧形部分46延伸到切向入口喷嘴的每个输入槽，该部分由机械加工以形成翼形斜面54、56，该斜面引导进入输入槽的空气远离底座12而到达弧形部分46处。

参照图3，在中心本体10中介于底座12和第二圆柱形通道28的第二端32之间设有内腔体58，该第二圆柱形通道28终止于腔体58。底座中12的供气孔14，16与腔体58连通，而腔体58又通过第二圆柱形通道28的第二端32与内部通道20连通。旋流器60，最好是现有技术中的径向内流式，与纵轴18共轴，并置于紧靠第二圆柱形通道28的第二端32的腔体58中，从而内部通道20可通过旋流器60与腔体58连通。

同样与纵轴18共轴的燃料喷管62穿过底座12，腔体58和旋流器60延伸进入内部通道20的第二圆柱形通道28中。第二圆柱形通道28的较大直径容纳燃料喷枪62的横截面积，以使第二圆柱形通道28中的流通面积正好与第一圆柱形通道22的流通面积相等。在燃料喷管62内设有内部通道64，置于燃料喷管62中的燃料喷孔66为使内部通道64与内部通道20连通提供了通路。

对本发明的中心本体10的检测实验证明：当用于气体透平机时，通过减小火焰与中心本体10的接触，相对于现有技术可大大增加中心本体10的使用寿命。其次，本发明解决了阻碍切向入口喷嘴广泛应用于气体透平机的问题。

虽然上面已描述了本发明的优选实施例，但应理解在不偏离本发明构思的条件下可在形式或细节上由本领域所属普通技术人员进行各种修改和变换。本发明不仅限于优选实施例，并且本发明公开的整体的内容都将在下面的权利要求的保护的范围内。

Claims (1)

1.一种用于切向入口喷嘴的中心体，它包括：

纵轴，

中心本体底座，该中心本体底座至少具有一个贯穿其中的供气孔，径向外表面，该径向外表面包括由与纵轴共轴并朝向截锥体底部扩大的截锥体外表面形成的截锥体部分，和与截锥体部分成整体的，最好由圆盘经旋转而构成的外表面形成的弧形部分，该圆盘与截锥体部分正切，并且其圆心相对纵轴位于截锥体部分径向之外。

与纵轴共轴的内部通道，该内部通道包括第一圆柱形通道、第二圆柱形通道和圆锥形通道，每个通道具有第一和第二端，所述第二圆柱形通道的直径比所述第一圆柱形通道的直径大，所述第二圆柱形通道通过所述圆锥形通道与所述第一圆柱形通道连通，所述圆锥形通道的第一端与所述第一圆柱形通道的第二端成为整体，所述圆锥形通道的第二端与所述第二圆柱形通道的第一端成为整体，所述圆锥形通道第一末端的直径与第一圆柱形通道的相等，所述圆锥形通道第二端的直径与第二圆柱形通道的相等，每个所述通道都与所述纵轴共轴，所述第一圆柱形通道包括与所述纵轴共轴的圆形排气孔，该排气孔位于所述第一圆柱形通道的第一端上，

介于所述中心本体底座和所述第二圆柱形通道的第二端之间的内腔体，所述供气孔通过所述腔体与所述第二圆柱形通道连通，

与纵轴共轴的，置于紧靠第二圆柱形通道第二端的腔体中的旋流器，

与纵轴共轴的，穿过所述中心本体底座，内腔体和旋流器，终止于所述第二圆柱形通道的燃料喷管。