專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混燃燒器。本發(fā)明設(shè)計(jì)為能有效地將燃料與空氣預(yù)混，以形成均勻濃度的可燃?xì)怏w，且使可燃?xì)怏w的流速均勻一致，由此可靠地防止回火。
背景技術(shù)：
用于發(fā)電等的燃?xì)廨啓C(jī)由壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪作為主要構(gòu)件。燃?xì)廨啓C(jī)通常具有多個(gè)燃燒室，且將被壓縮機(jī)壓縮的空氣與提供至燃燒室的燃料混合，并在每個(gè)燃燒室中燃燒該混合物，以產(chǎn)生高溫燃燒氣體。該高溫燃燒氣體被提供至渦輪，以旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)渦輪。
參見圖11對(duì)傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室的例子進(jìn)行描述。
如圖11所示，燃?xì)廨啓C(jī)的多個(gè)燃燒室10環(huán)狀地布置在燃燒室殼體11中(在圖11中僅顯示了一個(gè)燃燒室)。該燃燒室殼體11和燃?xì)廨啓C(jī)殼體12充滿壓縮空氣，以形成殼體13。已經(jīng)被壓縮機(jī)所壓縮的空氣被引入該殼體13中。被引入的空氣通過(guò)空氣入口14進(jìn)入燃燒室10的內(nèi)部，該空氣入口14設(shè)置在燃燒室10的上游部分。在燃燒室10內(nèi)管15的內(nèi)部，從燃料噴嘴16供應(yīng)的燃料與壓縮空氣混合并燃燒。由燃燒所產(chǎn)生的燃燒氣體經(jīng)過(guò)大小頭接管17，向渦輪室供應(yīng)，以旋轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)子。
圖12為燃料噴嘴16、內(nèi)管15和大小頭接管17處于分離狀態(tài)下的透視圖。如該圖所示，燃料噴嘴16具有多個(gè)預(yù)混合燃料噴嘴16a和一個(gè)引導(dǎo)燃料噴嘴16b。多個(gè)旋流器18設(shè)置在內(nèi)管15中。該多個(gè)預(yù)混合燃料噴嘴16a穿過(guò)旋流器18并隨后插入內(nèi)管15中。
由此，從預(yù)混合燃料噴嘴16a噴入的燃料與空氣預(yù)混合，并在內(nèi)管15中燃燒，該空氣通過(guò)旋流器18被轉(zhuǎn)換為渦旋式氣流。
專利文獻(xiàn)1日本未審查專利申請(qǐng)No.1999-14055專利文獻(xiàn)2日本未審查專利申請(qǐng)No.2004-12039

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題如圖12所示的傳統(tǒng)技術(shù)的一類燃燒器具有設(shè)置在內(nèi)管15中的旋流器18，且在預(yù)混合燃料噴嘴16a的側(cè)面未設(shè)置旋流器(渦旋葉片旋流葉片)。
本發(fā)明開發(fā)了一種不同類型的燃燒器，即燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，該燃燒器在預(yù)混合燃料噴嘴的外周表面上具有渦旋葉片(旋流葉片)。
至此，已經(jīng)提出了在預(yù)混合燃料噴嘴的外周表面上具有渦旋葉片的預(yù)混合燃燒器，但并未出現(xiàn)具有令人滿意性能的預(yù)混合燃燒器，能夠(1)將燃料完全混合以形成具有均勻濃度的可燃?xì)怏w，和(2)使可燃?xì)怏w的流速一致，以可靠地防止回火。
本發(fā)明旨在對(duì)一種具有渦旋葉片的預(yù)混合燃燒器進(jìn)行研究，該渦旋葉片設(shè)置在預(yù)混合燃料噴嘴的外周表面上，并開發(fā)一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，具有獨(dú)特的特征和優(yōu)異的效果，能填補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)的空白。本發(fā)明人決定基于已獲得的成果來(lái)提交專利申請(qǐng)。
解決問(wèn)題的手段用于解決上述問(wèn)題的本發(fā)明的構(gòu)成為一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，該預(yù)混合燃燒器包括燃料噴嘴；燃燒器管，設(shè)置為圍繞燃料噴嘴，用于在燃燒器管和燃料噴嘴之間形成空氣通路；和渦旋葉片，其布置在沿燃料噴嘴外周表面的周緣方向上的多個(gè)位置，所處狀態(tài)是沿燃料噴嘴的軸線方向延伸，且該渦旋葉片從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸彎曲，用于使從上游側(cè)朝向下游側(cè)流過(guò)空氣通路的空氣渦旋，其特征是由與渦旋葉片后邊緣處的渦旋葉片的平均脊線相切的切線和沿燃料噴嘴的軸線方向延伸的軸線所形成的角度，在渦旋葉片后邊緣的內(nèi)周側(cè)上為0度至10度，且在渦旋葉片后邊緣的外周側(cè)上的角度大于渦旋葉片后邊緣的內(nèi)周側(cè)上的角度。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，該預(yù)混合燃燒器包括燃料噴嘴；燃燒器管，設(shè)置為圍繞燃料噴嘴，用于在燃燒器管和燃料噴嘴之間形成空氣通路；和渦旋葉片，其布置在沿燃料噴嘴外周表面的周緣方向上的多個(gè)位置，所處狀態(tài)是沿燃料噴嘴的軸線方向延伸，且該渦旋葉片從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸彎曲，用于使從上游側(cè)朝向下游側(cè)流過(guò)空氣通路的空氣渦旋，其特征是由與渦旋葉片后邊緣處的渦旋葉片的平均脊線相切的切線和沿燃料噴嘴的軸線方向延伸的軸線所形成的角度，在渦旋葉片后邊緣的內(nèi)周側(cè)上為0度至10度，且在渦旋葉片后邊緣的外周側(cè)上的角度為25度至35度。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，該預(yù)混合燃燒器包括燃料噴嘴；燃燒器管，設(shè)置為圍繞燃料噴嘴，用于在燃燒器管和燃料噴嘴之間形成空氣通路；和渦旋葉片，其布置在沿燃料噴嘴外周表面的周緣方向上的多個(gè)位置，所處狀態(tài)是沿燃料噴嘴的軸線方向延伸，且該渦旋葉片從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸彎曲，用于使從上游側(cè)朝向下游側(cè)流過(guò)空氣通路的空氣渦旋，其特征是在渦旋葉片的外周側(cè)末端表面和燃燒器管的內(nèi)周表面之間設(shè)置間隙。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是根據(jù)以上任何一種構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是在渦旋葉片的外周側(cè)末端表面和燃燒器管的內(nèi)周表面之間設(shè)置間隙，且渦旋葉片的葉片高度與間隙長(zhǎng)度之間的比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)設(shè)置為1％至10％。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是根據(jù)以上任何一種構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是為使渦旋葉片的外周側(cè)末端表面和燃燒器管的內(nèi)周表面之間的間隙為常數(shù)，在渦旋葉片外周側(cè)末端表面的一部分處設(shè)置間隙設(shè)定肋，該肋能造成與燃燒器管內(nèi)周表面的緊密接觸。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是根據(jù)以上任何一種構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是渦旋葉片的葉片弦長(zhǎng)與葉片高度之間的橫縱比(葉片高度/葉片弦長(zhǎng))設(shè)置為0.2至0.75。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是根據(jù)以上任何一種構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是渦旋葉片的葉片厚度為一長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為渦旋葉片的葉片弦長(zhǎng)的0.1至0.3倍。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是根據(jù)以上任何一種構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是渦旋葉片的后邊緣處的葉片厚度小于喉管長(zhǎng)度的0.2倍。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是根據(jù)以上任何一種構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是在渦旋葉片中形成燃料噴射孔，用于將經(jīng)過(guò)燃料通路從燃料噴嘴提供的燃料噴射出，和形成在相鄰渦旋葉片的對(duì)置的葉片表面中的燃料噴射孔如此定位形成在其中一個(gè)葉片表面中的燃料噴射孔的位置，和形成在另一個(gè)葉片表面的燃料噴射孔的位置相對(duì)于彼此移置。
本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，由與渦旋葉片后邊緣處的渦旋葉片的平均脊線相切的切線和沿燃料噴嘴的軸線方向延伸的軸線所形成的角度，在渦旋葉片后邊緣的內(nèi)周側(cè)上為0度至10度，且在渦旋葉片后邊緣的外周側(cè)上的角度(25度至35度)大于渦旋葉片后邊緣的內(nèi)周側(cè)上的角度。由此，無(wú)論是在空氣通路的內(nèi)周側(cè)或外周側(cè)，空氣流速都變得一致，能防止回火的發(fā)生且燃料濃度也變得均勻。
而且，根據(jù)本發(fā)明，在渦旋葉片的外周側(cè)末端表面和燃燒器管的內(nèi)周表面之間設(shè)置間隙。由此，通過(guò)泄漏流的作用產(chǎn)生旋渦空氣流，該旋渦空氣流經(jīng)過(guò)間隙并從葉片背側(cè)面向葉片腹側(cè)面流動(dòng)，且軸線方向的流動(dòng)和該旋渦空氣流能促進(jìn)燃料與空氣的混合。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器的結(jié)構(gòu)圖；圖2為根據(jù)實(shí)施例1的預(yù)混合燃燒器的燃料噴嘴和渦旋葉片的透視圖；圖3為從上游側(cè)觀察的根據(jù)實(shí)施例1的預(yù)混合燃燒器燃料噴嘴和渦旋葉片的結(jié)構(gòu)圖；圖4為從下游側(cè)觀察的根據(jù)實(shí)施例1的預(yù)混合燃燒器燃料噴嘴和渦旋葉片的結(jié)構(gòu)圖；圖5為渦旋葉片彎曲狀態(tài)的示意圖；圖6為渦旋葉片高度與空氣流速之間關(guān)系的特征圖；圖7為燃料濃度分布與渦旋葉片外周側(cè)上的角度之間關(guān)系的特征圖；圖8(a)為濃度分布與比例(間隙長(zhǎng)度/葉片長(zhǎng)度)之間關(guān)系的特征圖，圖8(b)為損失與比例(間隙長(zhǎng)度/葉片長(zhǎng)度)之間關(guān)系的特征圖；圖9(a)至9(d)為具有不同橫縱比的渦旋葉片與旋渦空氣流之間關(guān)系的示意圖；圖10為根據(jù)實(shí)施例2的預(yù)混合燃燒器的燃料噴嘴和渦旋葉片的透視圖；圖11為傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)圖；圖12為處于分解狀態(tài)下的傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室的燃料噴嘴、內(nèi)管和大小頭接管的透視圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明100 預(yù)混合燃燒器110 燃料噴嘴111 空氣通路120 燃燒器管121 間隙130 渦旋葉片131 間隙設(shè)定肋132a 葉片腹側(cè)面132b 葉片背側(cè)面133a、133b 噴射孔200 引導(dǎo)燃燒器A 壓縮空氣a 渦旋空氣流u 旋渦空氣流具體實(shí)施方式
基于以下所示的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的燃?xì)廨啓C(jī)的多個(gè)預(yù)混合燃燒器100設(shè)置在引導(dǎo)燃燒器200的周圍，如圖1所示。引導(dǎo)燃燒噴嘴，盡管未示出，構(gòu)建在引導(dǎo)燃燒器200中。
預(yù)混合燃燒器100和引導(dǎo)燃燒器200設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)的內(nèi)管中。
預(yù)混合燃燒器100由燃料噴嘴110、燃燒器管120和渦旋葉片(旋流葉片)130作為主要構(gòu)件。
燃燒器管120設(shè)置在與燃料噴嘴110同心且環(huán)繞燃料噴嘴110。由此，環(huán)狀空氣通路111形成在燃料噴嘴110外周表面和燃燒器管120內(nèi)周表面之間。
壓縮空氣A從空氣通路11的上游側(cè)(圖1中的左手側(cè))通過(guò)空氣通路111流至其下游側(cè)(圖1中的右手側(cè))。
如圖1所示，圖2為透視圖，圖3為從上游側(cè)觀察的視圖，而圖4為從下游側(cè)觀察的視圖，渦旋葉片130設(shè)置在沿燃料噴嘴110周緣方向的多個(gè)位置(本實(shí)施例中為六個(gè)位置)，并沿燃料噴嘴110的軸線方向延伸。
在圖1中，為了易于理解，僅顯示了兩個(gè)設(shè)置為0度和180度的渦旋葉片130(在圖1的狀態(tài)中，實(shí)際上可以看到總共四個(gè)渦旋葉片)。
每個(gè)渦旋葉片130設(shè)計(jì)為向流過(guò)空氣通路111的壓縮空氣A賦予渦旋力，由此將壓縮空氣A轉(zhuǎn)換為渦旋空氣流a。為達(dá)到此目的，每個(gè)渦旋葉片130逐漸從其上游側(cè)朝向其下游側(cè)彎曲(沿周緣方向傾斜)，以便能使壓縮空氣A渦旋。渦旋葉片130的彎曲狀態(tài)的詳細(xì)情況將隨后描述。
在每個(gè)渦旋葉片130的外周側(cè)末端表面(梢部)與燃燒器管120的內(nèi)周表面之間設(shè)置間隙(空隙)121。
進(jìn)而，間隙設(shè)定肋131固定到每個(gè)渦旋葉片130的外周側(cè)末端表面(梢部)的前邊緣側(cè)。每個(gè)間隙設(shè)定肋131具有這樣的高度(直徑長(zhǎng)度)以使得當(dāng)配備了渦旋葉片130的燃料噴嘴110裝配到燃燒器管120內(nèi)部時(shí)，能緊密接觸燃燒器管120的內(nèi)周表面。
由此，形成在每個(gè)渦旋葉片130和燃燒器管120之間的每個(gè)間隙121的長(zhǎng)度(直徑長(zhǎng)度)都相等。還有，易于執(zhí)行將配備了渦旋葉片130的燃料噴嘴110裝配到燃燒器管120內(nèi)部的裝配操作。
間隙121的長(zhǎng)度與渦旋葉片130的葉片高度之間的關(guān)系將隨后描述。
噴射孔133b(由圖1和圖2中的虛線圓表示)形成在每個(gè)渦旋葉片130的葉片背側(cè)面132b中，且噴射孔133a(由圖1和圖2中的實(shí)線圓表示)形成在每個(gè)渦旋葉片130的葉片腹側(cè)面132a中。在這種情況下，噴射孔133b與噴射孔133a的形成位置是交錯(cuò)布置的。
由此，當(dāng)觀察相鄰的渦旋葉片131時(shí)，形成在其中一個(gè)相鄰渦旋葉片131的葉片腹側(cè)面132a中的噴射孔133a的位置以及形成在另一個(gè)相鄰渦旋葉片131背側(cè)面132b中的噴射孔133b的位置相對(duì)于彼此移置。
燃料通路，盡管未示出，形成在燃料噴嘴110和每個(gè)渦旋葉片130中，且燃料經(jīng)由燃料噴嘴110和每個(gè)渦旋葉片130的燃料通路而被供應(yīng)到各個(gè)噴射孔133a、133b。
由此，燃料通過(guò)各個(gè)噴射孔133a、133b朝向空氣通路111噴射。此時(shí)，噴射孔133a的布置位置和噴射孔133b的布置位置相對(duì)于彼此移置，以使得通過(guò)噴射孔133a噴射的燃料和通過(guò)噴射孔133b噴射的燃料不會(huì)干涉(碰撞)。
所噴射的燃料與空氣A(a)混合，以形成可燃?xì)怏w，其被送入內(nèi)管的內(nèi)部空間，用于燃燒。
接下來(lái)，參考圖1至4對(duì)渦旋葉片130的彎曲狀態(tài)進(jìn)行描述。
(1)簡(jiǎn)要地，每個(gè)渦旋葉片130都從其上游側(cè)朝向其下游側(cè)逐漸地彎曲，以便能使壓縮空氣A渦旋。
(2)只要涉及軸線方向(燃料噴嘴110的縱向方向)，曲率就可以從上游側(cè)較遠(yuǎn)處增加直至達(dá)到下游側(cè)較近處。
(3)在渦旋葉片130的后邊緣，與內(nèi)周側(cè)相比，關(guān)于直徑方向(燃料噴嘴110的徑向方向(放射方向))曲率朝向外周側(cè)增加。
參考圖5對(duì)渦旋葉片130后邊緣的上述曲率作進(jìn)一步描述。
在圖5中，虛線代表渦旋葉片130內(nèi)周側(cè)(最內(nèi)部的周緣表面)上的葉片輪廓(葉片截面形狀)，而實(shí)線代表渦旋葉片130外周側(cè)(最外部的周緣表面)上的葉片輪廓(葉片截面形狀)。
在由虛線代表的內(nèi)周側(cè)上的葉片輪廓中，平均脊線(輪廓線)設(shè)定為L(zhǎng)11，且在渦旋葉片后邊緣的、與平均脊線L11相切的切線設(shè)定為L(zhǎng)12。
在由實(shí)線代表的外周側(cè)上的葉片輪廓中，平均脊線(輪廓線)設(shè)定為L(zhǎng)21，且在渦旋葉片后邊緣的、與平均脊線L21相切的切線設(shè)定為L(zhǎng)22。
沿燃料噴嘴110軸線方向的軸線設(shè)定為L(zhǎng)0。
根據(jù)本發(fā)明，如圖5所示，在渦旋葉片130的后邊緣，內(nèi)周側(cè)上的切線L12與軸線L0形成的角度設(shè)為0度，而外周側(cè)上的切線L22與軸線L0形成的角度設(shè)為比內(nèi)周側(cè)上的角度大。
根據(jù)本發(fā)明人的研究，當(dāng)由軸線和在渦旋葉片后邊緣、與平均脊線相切的切線形成的角度，從內(nèi)周側(cè)朝向外周側(cè)增加時(shí)，這種情況認(rèn)為是“最佳的”。
(a)將內(nèi)周側(cè)上的角度設(shè)置為0度至10度，且(b)將外周側(cè)上的角度設(shè)置為25度至35度。
此處，用語(yǔ)“最佳的”意思是(i)無(wú)論是在空氣通路111的內(nèi)周側(cè)上或外周側(cè)上，空氣A(a)的流速都是一致的，且可以防止逆燃(回火)的發(fā)生，且(ii)無(wú)論是在空氣通路111的內(nèi)周側(cè)上或外周側(cè)上，燃料的濃度都是均勻的。
對(duì)(i)的原因進(jìn)行描述。
假定在內(nèi)周側(cè)上由與平均脊線相切的切線和軸線所形成的角度設(shè)置為與外周側(cè)上的角度相等。在這種情況下，產(chǎn)生從內(nèi)周側(cè)朝向外周側(cè)的流線(空氣流)。結(jié)果，在空氣通路111內(nèi)周側(cè)上經(jīng)過(guò)的空氣A(a)的流速(沿軸線方向流過(guò))變低，同時(shí)在空氣通路111外周側(cè)上經(jīng)過(guò)的空氣A(a)的流速(沿軸線方向流過(guò))變高。如果內(nèi)周側(cè)上的空氣流速以這種方式降低，則很可能在內(nèi)周側(cè)發(fā)生逆燃。
然而，在本發(fā)明中，由與平均脊線相切的切線和軸線所形成的角度從內(nèi)周側(cè)朝向外周側(cè)增加。由此，可以抑制從內(nèi)周側(cè)朝向外周側(cè)的流線的產(chǎn)生。因此，無(wú)論是在空氣通路111的內(nèi)周側(cè)上或外周側(cè)上，空氣A(a)的流速都是一致的，且能防止逆燃(回火)的發(fā)生。
對(duì)(ii)的原因進(jìn)行解釋。
空氣通路111的周緣長(zhǎng)度在內(nèi)周側(cè)上較短，在外周側(cè)上較長(zhǎng)。在本發(fā)明中，由與平均脊線相切的切線和軸線形成的角度從內(nèi)周側(cè)朝向外周側(cè)增加。由此，向壓縮空氣A賦予渦旋的力(效應(yīng))，在具有較大周緣長(zhǎng)度的外周側(cè)上強(qiáng)于具有較小周緣長(zhǎng)度的內(nèi)周側(cè)。由此，不僅是在內(nèi)周側(cè)上而且在外周側(cè)上，向壓縮空氣A賦予渦旋的力在每個(gè)單位長(zhǎng)度上都是一致的。由此，在外周側(cè)以及內(nèi)周側(cè)上燃料濃度都是均勻的。
進(jìn)而，參見圖6和7對(duì)于形成以下角度的原因進(jìn)行解釋在渦旋葉片后邊緣、由與平均脊線相切的切線和軸線形成的角度為(a)設(shè)為0度至10度，作為內(nèi)周側(cè)上的角度，和(b)設(shè)為25度至35度，作為外周側(cè)上的角度這兩幅圖為顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的特征視圖。圖6和7中所示的“角度”為在渦旋葉片后邊緣、由軸線和與平均脊線相切的切線所形成的角度。
圖6為特征視圖，其中縱坐標(biāo)代表渦旋葉片130的高度(％)，而橫坐標(biāo)代表空氣A(a)的流速。渦旋葉片的100％高度為渦旋葉片的最外周緣位置，而渦旋葉片的0％高度為渦旋葉片的最內(nèi)周緣位置。
圖6顯示的是內(nèi)周側(cè)上的角度為0度而外周側(cè)上的角度為5度的特征，內(nèi)周側(cè)上的角度為0度而外周側(cè)上的角度為30度的特征，內(nèi)周側(cè)上的角度為0度而外周側(cè)上的角度為35度的特征，以及內(nèi)周側(cè)上的角度為20度而外周側(cè)上的角度為20度的特征。
圖7為特征視圖，其中以燃料濃度分布繪制為縱坐標(biāo)，而外周側(cè)上的角度繪制為橫坐標(biāo)。燃料濃度分布指示了最大燃料濃度和最小燃料濃度之間的差，而燃料濃度分布的較小值意味著濃度為常數(shù)。
圖7顯示的是內(nèi)周側(cè)上的角度為20度而外周側(cè)上的角度為20度的特征，內(nèi)周側(cè)上的角度為0度而外周側(cè)上的角度為可變角度的特征。
如從顯示了燃料濃度分布的圖7中可見，當(dāng)外周側(cè)上的角度為25度或更大時(shí)燃料濃度分布變得均勻。
而且，如從圖6所示，在內(nèi)周側(cè)上的角度為0度至10度且外周側(cè)上的角度為25度至35度，在這種情況下，葉片高度方向上的流速分布在外周側(cè)上的角度為25度或更大時(shí)才一致。
如上所述，圖6和圖7的特征顯示(a)通過(guò)將內(nèi)周側(cè)上的角度設(shè)置為0度至10度，和(b)通過(guò)將外周側(cè)上的角度設(shè)置為25度至35度，(i)無(wú)論在空氣通路111的外周側(cè)或內(nèi)周側(cè)，空氣A(a)的流速變得一致，且能防止逆燃(回火)的發(fā)生，和(ii)無(wú)論是在空氣通路111的內(nèi)周側(cè)上或外周側(cè)上，燃料的濃度都是均勻的。
在本實(shí)施例中，如上所述，在每個(gè)渦旋葉片130外周側(cè)末端表面(梢部)與燃燒器管120的內(nèi)周表面之間故意設(shè)置間隙(空隙)121。
渦旋葉片130的葉片背側(cè)面132b處于負(fù)壓下，同時(shí)渦旋葉片130的葉片腹側(cè)面132a處于正壓下，以使得在葉片背側(cè)面132b和葉片腹側(cè)面132a之間存在壓力差。由此，產(chǎn)生空氣泄漏流，該泄漏流流過(guò)間隙121并從葉片腹側(cè)面132a流到葉片背側(cè)面132b。這種泄漏流和在軸線方向流過(guò)空氣通路111的壓縮空氣A能產(chǎn)生旋渦空氣流。這種旋渦空氣流將通過(guò)噴射孔133a、133b噴入的燃料與空氣更為有效地混合，由此促進(jìn)可燃?xì)怏w的均勻一致。
在本實(shí)施例中，渦旋葉片130的葉片高度和間隙121的長(zhǎng)度之間的比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)設(shè)置為1％至10％。通過(guò)這樣做，可以促進(jìn)燃料濃度分布的一致性，而不會(huì)增加壓力的損失。
參考顯示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖8(a)、8(b)，對(duì)于通過(guò)將比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)設(shè)置為1％至10％，而使燃料濃度分布一致性可以得到促進(jìn)而不會(huì)增加壓力損失的原因進(jìn)行解釋。
圖8(a)為特征視圖，其中燃料濃度分布繪制為縱坐標(biāo)，而比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)繪制為橫坐標(biāo)。燃料濃度分布指示了最大燃料濃度和最小燃料濃度之間的差，而燃料濃度分布的較小值意味著濃度為常數(shù)。
圖8(b)為特征視圖，其中損失繪制為縱坐標(biāo)，而比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)繪制為橫坐標(biāo)。
如從圖8(a)、8(b)可見，當(dāng)比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)小于1％時(shí)，燃料與空氣的混合效果不足，這是微小間隙的結(jié)果，且裝配誤差的影響很大。另一方面，當(dāng)比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)超過(guò)10％時(shí)，這是嚴(yán)重?fù)p失的結(jié)果，通過(guò)使葉片呈葉柵狀來(lái)控制流動(dòng)變得困難。
最終，優(yōu)選地是比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)為1％至10％，以便通過(guò)旋渦空氣流來(lái)促進(jìn)混合，同時(shí)控制流動(dòng)，而不會(huì)增加壓力損失，由此使燃料的濃度分布均勻化。
理想地，比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)應(yīng)為7％至10％。
而且，在本實(shí)施例中，渦旋葉片130的葉片弦長(zhǎng)(弦長(zhǎng))c與葉片高度h之間的橫縱比(葉片高度h/葉片弦長(zhǎng)c)設(shè)置為0.2至0.75(見圖9(a))。
在本實(shí)施例中，如較早敘述的，流過(guò)間隙121并從葉片背側(cè)面132b流到葉片腹側(cè)面132a的空氣泄漏流以及在軸線方向流動(dòng)的壓縮空氣A，能產(chǎn)生旋渦空氣流u。
當(dāng)橫縱比h/c設(shè)置為0.2至0.75時(shí)，通過(guò)旋渦空氣流u進(jìn)行混合的區(qū)域?qū)?yīng)葉片高度h的50％或更多，如圖9(b)所示。結(jié)果，可令人滿意地執(zhí)行燃料與空氣的混合。
約0.5的橫縱比h/c是最佳的。
如果橫縱比h/c大于0.75，則通過(guò)旋渦空氣流u進(jìn)行混合的區(qū)域小于葉片高度h的50％，如圖9(c)所示。結(jié)果，燃料與空氣的混合效率降低。而且，弦長(zhǎng)c太小以致于不能為創(chuàng)建渦旋葉片130的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(燃料通路等)提供空間。
如果橫縱比h/c小于0.2，如圖9(d)所示，則空氣損失增加且通過(guò)旋渦空氣流u進(jìn)行混合的效率很低。而且，副流(旋渦空氣流u)在主流中占據(jù)的區(qū)域很大，以使得對(duì)流動(dòng)的控制很困難。
最終，為了通過(guò)旋渦空氣流u來(lái)使噴入的燃料與空氣混合，由此促進(jìn)可燃?xì)怏w的均勻一致，并確保用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的足夠空間，由此控制流動(dòng)，可取的是橫縱比h/c為0.2至0.75。
而且，在本實(shí)施例中，渦旋葉片130的厚度設(shè)置為渦旋葉片130的弦長(zhǎng)c的0.1至0.3倍。通過(guò)這樣作，可以減少壓力損失，確保葉片中具有足夠的燃料通路。
如果渦旋葉片130的葉片厚度小于一長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為渦旋葉片130的葉片弦長(zhǎng)c的0.1倍，則不能在渦旋葉片130中確保足夠的燃料通路。由此，用于燃料供應(yīng)的壓力損失會(huì)增加，且燃料噴出量會(huì)不均勻。
相反地，如果渦旋葉片130的葉片厚度大于一長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為渦旋葉片130的葉片弦長(zhǎng)c的0.3倍，則渦旋葉片130的葉片表面邊界層變厚，導(dǎo)致很大的空氣壓力損失。取決于具體條件，空氣流從葉片表面分開。
進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施例，在渦旋葉片130后邊緣的葉片厚度小于一長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為喉管(throat)長(zhǎng)度的0.2倍。
如上所述，在渦旋葉片130后邊緣的葉片厚度小，由此產(chǎn)生薄的淺尾流。這樣，可以防止逆燃發(fā)生。
實(shí)施例2在上述實(shí)施例1中，如圖2上述，渦旋葉片130如此設(shè)置由與渦旋葉片130后邊緣的渦旋葉片130的平均脊線相切的切線和沿燃料噴嘴100的軸線方向延伸的軸線形成的角度，在渦旋葉片130后邊緣的內(nèi)周側(cè)上為0度至10度，而在渦旋葉片130后邊緣的外周側(cè)上為25度至35度。
在實(shí)施例2中，采用渦旋葉片130，如圖10所示，其如此配置由與渦旋葉片130后邊緣的渦旋葉片130的平均脊線相切的切線和沿燃料噴嘴110的軸線方向延伸的軸線所形成的角度，在渦旋葉片130后邊緣的內(nèi)周側(cè)上和外周側(cè)上相同。
由與渦旋葉片130后邊緣的渦旋葉片130的平均脊線相切的切線和沿燃料噴嘴110的軸線方向延伸的軸線所形成的角度，在渦旋葉片130后邊緣的內(nèi)周側(cè)上和外周側(cè)上相同，如此配置的渦旋葉片130設(shè)置在燃料噴嘴110的外周表面上，且以圖1中相同的模式將這種組合件裝配到燃燒器管120的內(nèi)部。
其他的特征與實(shí)施例1中相同，且可以獲得如實(shí)施例1中相同的效果。
也就是，在實(shí)施例2中渦旋葉片130的葉片高度和間隙長(zhǎng)度之間的比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)設(shè)置為1％至10％，間隙設(shè)定肋131設(shè)置在渦旋葉片130外周側(cè)末端表面的一部分上，該肋131能造成與燃燒器管120內(nèi)周表面的緊密接觸，渦旋葉片130的葉片弦長(zhǎng)和葉片高度之間的橫縱比(葉片高度/葉片弦長(zhǎng))設(shè)置為0.2至0.75，渦旋葉片130的葉片厚度設(shè)置為一長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為渦旋葉片130的葉片弦長(zhǎng)的0.1至0.3倍，渦旋葉片130后邊緣的葉片厚度小于喉管長(zhǎng)度的0.2倍，且噴射孔133a和噴射孔133b形成在渦旋葉片130的移置位置上。
除了由與渦旋葉片130后邊緣的渦旋葉片130的平均脊線相切的切線和沿燃料噴嘴110的軸線方向延伸的軸線所形成的角度，在渦旋葉片130后邊緣的內(nèi)周側(cè)上和外周側(cè)上相同之外，實(shí)施例2的特征與實(shí)施例1的特征相同。這些與實(shí)施例1中相同的特征和部件可獲得與實(shí)施例1相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，該預(yù)混合燃燒器包括燃料噴嘴；燃燒器管，設(shè)置為圍繞所述燃料噴嘴，用于在所述燃燒器管和所述燃料噴嘴之間形成空氣通路；和渦旋葉片，其布置在沿所述燃料噴嘴外周表面的周緣方向上的多個(gè)位置，所處狀態(tài)是沿所述燃料噴嘴的軸線方向延伸，且該渦旋葉片從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸彎曲，用于使從上游側(cè)朝向下游側(cè)流過(guò)空氣通路的空氣渦旋，其特征是由與所述渦旋葉片后邊緣處的渦旋葉片的平均脊線相切的切線和沿所述燃料噴嘴的軸線方向延伸的軸線所形成的角度，在所述渦旋葉片后邊緣的內(nèi)周側(cè)上為0度至10度，且在所述渦旋葉片后邊緣的外周側(cè)上的角度大于在所述渦旋葉片后邊緣的內(nèi)周側(cè)上的角度。
2.一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，該預(yù)混合燃燒器包括燃料噴嘴；燃燒器管，設(shè)置為圍繞所述燃料噴嘴，用于在所述燃燒器管和所述燃料噴嘴之間形成空氣通路；和渦旋葉片，其布置在沿所述燃料噴嘴外周表面的周緣方向上的多個(gè)位置，所處狀態(tài)是沿所述燃料噴嘴的軸線方向延伸，且該渦旋葉片從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸彎曲，用于使從上游側(cè)朝向下游側(cè)流過(guò)空氣通路的空氣渦旋，其特征是由與所述渦旋葉片后邊緣處的渦旋葉片的平均脊線相切的切線和沿所述燃料噴嘴的軸線方向延伸的軸線所形成的角度，在所述渦旋葉片后邊緣的內(nèi)周側(cè)上為0度至10度，且在所述渦旋葉片后邊緣的外周側(cè)上的角度為25度至35度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是在所述渦旋葉片的外周側(cè)末端表面與所述燃燒器管的內(nèi)周表面之間設(shè)置間隙，和所述渦旋葉片的葉片高度與所述間隙長(zhǎng)度之間的比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)設(shè)置為1％至10％。
4.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是為了使在所述渦旋葉片外周側(cè)末端表面與所述燃燒器管的內(nèi)周表面之間的間隙為常數(shù)，在所述渦旋葉片外周側(cè)末端表面的一部分處設(shè)置間隙設(shè)定肋，該肋能造成與所述燃燒器管內(nèi)周表面的緊密接觸。
5.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是所述渦旋葉片的葉片弦長(zhǎng)與葉片高度之間的橫縱比(葉片高度/葉片弦長(zhǎng))設(shè)置為0.2至0.75。
6.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是所述渦旋葉片的葉片厚度為一長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為所述渦旋葉片的葉片弦長(zhǎng)的0.1至0.3倍。
7.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是所述渦旋葉片的后邊緣處的葉片厚度小于喉管長(zhǎng)度的0.2倍。
8.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是在所述渦旋葉片中形成燃料噴射孔，用于將經(jīng)過(guò)燃料通路從所述燃料噴嘴提供的燃料噴射出，和形成在相鄰渦旋葉片的對(duì)置的葉片表面中的所述燃料噴射孔如此定位形成在其中一個(gè)葉片表面中的燃料噴射孔的位置，和形成在另一個(gè)葉片表面的燃料噴射孔的位置相對(duì)于彼此移置。
9.一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，該預(yù)混合燃燒器包括燃料噴嘴；燃燒器管，設(shè)置為圍繞所述燃料噴嘴，用于在所述燃燒器管和所述燃料噴嘴之間形成空氣通路；和渦旋葉片，其布置在沿所述燃料噴嘴外周表面的周緣方向上的多個(gè)位置，所處狀態(tài)是沿所述燃料噴嘴的軸線方向延伸，且該渦旋葉片從上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸彎曲，用于使從上游側(cè)朝向下游側(cè)流過(guò)空氣通路的空氣渦旋，其特征是在所述渦旋葉片的外周側(cè)末端表面和所述燃燒器管的內(nèi)周表面之間設(shè)置間隙。
10.如權(quán)利要求9所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是所述渦旋葉片的葉片高度與所述間隙長(zhǎng)度之間的比例(間隙長(zhǎng)度/葉片高度)設(shè)置為1％至10％。
11.如權(quán)利要求9或10所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是為使所述渦旋葉片的外周側(cè)末端表面和所述燃燒器管的內(nèi)周表面之間的間隙為常數(shù)，在所述渦旋葉片外周側(cè)末端表面的一部分處設(shè)置間隙設(shè)定肋，該肋能造成與所述燃燒器管內(nèi)周表面的緊密接觸。
12.如權(quán)利要求9或10所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是所述渦旋葉片的葉片弦長(zhǎng)與葉片高度之間的橫縱比(葉片高度/葉片弦長(zhǎng))設(shè)置為0.2至0.75。
13.如權(quán)利要求9或10所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是所述渦旋葉片的葉片厚度為一長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為所述渦旋葉片的葉片弦長(zhǎng)的0.1至0.3倍。
14.如權(quán)利要求9或10所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是所述渦旋葉片的后邊緣處的葉片厚度小于喉管長(zhǎng)度的0.2倍。
15.如權(quán)利要求9或10所述的燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其特征是在所述渦旋葉片中形成燃料噴射孔，用于將經(jīng)過(guò)燃料通路從所述燃料噴嘴提供的燃料噴射出，和形成在相鄰渦旋葉片的對(duì)置的葉片表面中的所述燃料噴射孔如此定位形成在其中一個(gè)葉片表面中的燃料噴射孔的位置，和形成在另一個(gè)葉片表面的燃料噴射孔的位置相對(duì)于彼此移置。
全文摘要
一種燃?xì)廨啓C(jī)的預(yù)混合燃燒器，其中在外周表面上具有多個(gè)渦旋葉片(130)的燃料噴嘴(110)通過(guò)間隙(121)安裝在燃燒器管(120)中。每個(gè)渦旋葉片(130)都從上游側(cè)開始向下游側(cè)逐漸地彎曲(沿周緣方向傾斜)，以將在空氣通路(111)中流動(dòng)的壓縮空氣(A)進(jìn)行渦旋，以形成渦旋空氣流(a)。每個(gè)渦旋葉片(130)的彎曲程度在內(nèi)周側(cè)上比在外周側(cè)上大。因而，通過(guò)抑制從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)的空氣流線的發(fā)生，內(nèi)周側(cè)流速可以等于外周側(cè)流速，且可以防止在內(nèi)周側(cè)發(fā)生逆燃。還有，由于內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)上每個(gè)周緣單位長(zhǎng)度的渦旋施加力都相等，所以內(nèi)周側(cè)的燃料濃度等于外周側(cè)的燃料濃度。此外，通過(guò)由泄漏流產(chǎn)生渦旋空氣流來(lái)促進(jìn)燃料與空氣的混合，該泄漏流通過(guò)間隙(121)從葉片后表面向葉片前表面泄漏。
文檔編號(hào)F23R3/14GK101069042SQ20068000128
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月6日
發(fā)明者石坂浩一, 伊藤榮作, 谷村聰 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社