專利名稱：錐形燃燒器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種權利要求1前敘部分所述的氣體和/或液體燃料的錐形燃燒器。
在EP-B1-0321809中記載了一種適用于燃燒氣體和/或液體燃料的雙錐燃燒器。該燃燒器由兩個中空的配合成為一體的分錐體構成，該分錐體具有正切送風口。在每個送風口的徑向端設置有一條氣體燃料管路。所以氣體燃料與正切流入的燃燒用空氣的混合是在送風口內進行的，確切地說是在燃燒器的整個內室內進行的。在采用液體燃料時，該液體燃料通過一設置在中心的噴嘴噴入燃燒器內室。
在該種雙錐燃燒器的端部形成燃燒混合氣的中心回流區(qū)。在該范圍內實現(xiàn)了在燃燒器截面上的時間平均值均勻的燃燒輪廓。對燃燒混合氣的點火是在回流區(qū)的頂端進行的，因而在該處產(chǎn)生穩(wěn)定的火焰前端。此外由于截面突然在燃燒室方向上增大，因而又形成一外復回流區(qū)，該外復回流區(qū)同樣起著穩(wěn)定火焰的作用。在采用液體燃料時，燃料濃度在軸向上被正切輸入的燃燒用空氣稀化，因而形成均勻預混合的燃燒混合氣。但如果采用氣體燃料，則至少從在燃燒器順流范圍內設置的燃料混入段至火焰的距離非常短。所以在該處存在的由于時間和空間關系尚未完全均勻的燃燒混合氣必然會產(chǎn)生大量的氧化氮和一氧化碳。
本發(fā)明力求避免所有這些缺點。本發(fā)明的任務在于，提出一種用于氣體和/或液體燃料的錐形燃燒器，該燃燒器將大大減少氧化氮和一氧化碳的污染。
依照本發(fā)明該任務的解決方案是，在權利要求1前敘部分中所述的裝置中分錐體在其順流端具有一共同的射流擴散器。分錐體具有一向射流擴散器過渡的范圍，在該范圍逆風口的大小順流向持續(xù)縮小。射流擴散器為圓形并且沒有送風口。
基于錐形燃燒器的此結構，因而經(jīng)對開口寬度相應的選擇渦流開裂并隨之對燃燒混合氣的點火將進一步移至順流側的射流擴散器附近。因而也大大加長及延長了在燃料器端部供使用的混合段和混合時間。從而形成更為均勻的燃燒混合氣，這將導致大幅度降低氧化氮和一氧化碳的污染。此點既涉及對液體燃料的應用，也涉及對氣體燃料的應用，其中在應用氣體燃料時該優(yōu)點更為明顯。由于送風口的尺寸是連續(xù)縮小的，因而避免了從錐形燃燒器的幾何形狀向圓形的射流擴散器過渡的范圍內截面的突變。采用此方式可避免新鮮燃燒混合氣流動的分離區(qū)和隨之在此處不希望出現(xiàn)的火焰停頓。錐形燃燒器具有一通向燃燒室的圓形出口截面，因而與已知的雙錐燃燒器相比不需要對該處采用的月牙形件用冷卻空氣冷卻。其附加的優(yōu)點在于，射流擴散器對應于相鄰的燃燒器對反應區(qū)起著增強的屏蔽的作用，從而實現(xiàn)了對火焰穩(wěn)定性的提高。
如果分錐體向射流擴散器過渡的范圍內燃料輸送孔的直徑順流向縮小，尤為相宜。因而在過渡范圍內氣孔將根據(jù)局部開口寬度被適配并實現(xiàn)氣體燃料在燃燒空氣中的均勻的分布。
此外，如果射流擴散器具有一占錐形燃燒器總長度大約10％至25％的長度并具有一出口截面，該出口截面不大于由分錐體構成的雙錐件的在過渡范圍始端截面的1.3倍，是有益的。這樣一種較短的擴散器具有很小的分界層厚度，這勢必可以避免火焰在分界層的回火。
在第二實施方式中，射流擴散器具有一順流向連續(xù)增大的張角，該張角在始端等于燃燒器的錐角并且在順流側連續(xù)增加大于該錐角。從而穩(wěn)定了壁分界層并最大限度地減少了流動分離的危險。
附圖簡述在對圖中參照一與燃燒室連接在一起的雙錐燃燒器對本發(fā)明的兩個實施例做了說明。
圖中示出

圖1 已有技術的雙錐燃燒器透視圖，局部剖開；圖2 沿圖1所示燃燒器的II-II線的截面示意簡圖；圖3 本發(fā)明雙錐燃燒器側視圖；圖4 圖3的向射流擴散器過渡的范圍的局部放大圖；圖5是圖7是沿圖4V-V、VI-VI、VII-VII線的過渡范圍的部分截面；圖8 與圖3相應，但為另一實施方式圖。
圖中僅示出為便于理解本發(fā)明主要的部件。用箭頭表示工作介質的流向。
實施本發(fā)明的途徑圖1中示出已知的已有技術的雙錐燃燒器。它由兩個兩半的中空的分錐體1、2構成，這兩個分錐體側面相互錯位地落在一起并配合構成一體。所以分錐體1、2在流向3上具有相互錯位設置的中軸4、5(圖2)。雙錐燃燒器具有一個在流向3上成錐形增大的燃燒器內室6。在分錐體1、2間形成正切送風口7、8。
在兩個分錐體1、2上并且在分錐體送風口7、8的外端分別設置有一根氣體燃料11的燃料管路9、10(圖1)。燃料管路9、10備有多個、在送風口7、8整個范圍均勻分布的、孔形燃料輸送口12。兩個分錐體1、2分別具有一個圓柱形的起始部分13、14，這兩個起始部分同樣也是錯位設置的。因而在雙錐燃燒器的整個長度上的流體側形成正切送風口7、8。在雙錐燃燒器的逆流端，即在其圓柱形起始部分13、14上設置有一個接入燃燒器內室6的、中心液體燃料噴嘴15。兩個分錐體1、2具有一個緩傾斜的在10°至30°范圍內的錐角16。在燃燒室側17的雙錐燃燒器上設置有一個凸緣形的、用于固定分錐體1、2的檔板18。在檔板18上形成一定數(shù)量的孔19，用于冷卻分錐體1、2的緊貼檔板18逆流側的月牙形的端部的空氣經(jīng)這些孔導出，送入燃燒室。
在采用液體燃料21時以銳角在燃燒器內室6最窄的截面處噴入液體燃料。因此形成一錐形燃料輪廓22，該錐形燃料輪廓被經(jīng)正切的送風口7、8流入的旋轉的燃燒用空氣環(huán)繞。液體燃料21的濃度順軸向不斷被混入的燃燒用空氣23稀化。在雙錐燃燒器的順流端形成燃燒混合氣的中心回流區(qū)24，該回流區(qū)將使燃料錐形輪廓22開裂(渦流破壞)。因此在此范圍將在燃燒器截面上實現(xiàn)均勻的燃料濃度。在回流區(qū)24的尖端實現(xiàn)燃燒混合氣的點火。僅在此點才可以產(chǎn)生穩(wěn)定的火焰前端25。如果燃燒的是氣體燃料11，該氣體燃料經(jīng)孔12進入燃燒器內室6，其中氣體燃料與燃燒用空氣23加以混合。其中在燃燒器內室6同樣會形成錐形燃料輪廓22。
圖3示出本發(fā)明雙錐燃燒器的示意圖。為便于觀察，圖中僅示出主要的構件以及對照圖1和圖2示出的已有技術加以變化的構件。
兩個兩半的、中空的燃燒器的分錐體1、2配合形成一構成雙錐件的體26，該雙錐體在順流側過渡成一共同的圓形的射流擴散器27。在緊貼射流擴散器27的逆流側形成由雙錐件26向射流擴散器27過渡的范圍28。在此過渡范圍28送風口7、8尺寸順流向3不斷減少。但燃燒器截面同時不斷增大，因而被燃燒混合氣穿流的截面甚至在過渡范圍28內也越來越大或至少保持不變。
射流擴散器27具有約占雙錐燃燒器總長度30的15％的長度。出口截面31約是過渡范圍28的初始段截面的1.3倍。其具有一個張角33，該張角首先等于燃燒器的錐角16并且順流向3持續(xù)增大。
在圖4中放大示出向射流擴散器27過渡的范圍28，以便清楚地了解在過渡范圍28的順流端端接的燃料管路9的設置和構成。
圖5至圖7示出雙錐件26在其過渡范圍28內的3個局部截面。在圖5中示出的是過渡范圍28的初始端。在圖6中示出的是其中間部分并且在圖7中示出的是其終端。在過渡范圍28燃料管路9的直徑以及孔12直徑順流向3縮小。在過渡范圍28的終端處送風口7、8和孔12完全閉合。在順流側連接的圓形的射流擴散器27上既沒有送風口7、8，也沒有燃料管路9、10(圖3)。
與已知的雙錐燃燒器的上述功能的不同點在于，由于設置了射流擴散器27，因而附加為甚至在雙錐件26的順流范圍內才輸入的氣體燃料11的混合獲得了時間和空間。采用此方法在燃燒器截面上實現(xiàn)了最佳的燃料濃度。在燃燒這樣一種均勻的燃燒混合氣體明顯地降低了氧化氮和一氧化碳污染。甚至在采用液體燃料21時也會降低污染，但在此情況時優(yōu)點不太大。
燃燒混合氣流在射流擴散器27處稍有滯后并因而在其中心是不穩(wěn)定的。因此在射流擴散器27的順流端附近才形成燃燒混合氣的中心回流區(qū)24并隨之導致錐形燃料輪廓22開裂。由于射流擴散器27為漏斗形結構，所以實現(xiàn)由過渡范圍28至進入燃燒室17的燃燒混合氣的入口的過渡范圍28的連續(xù)表面變化。因此邊界層在內部并未分離，從而有益地在雙錐燃燒器的順流側才可以形成火焰前端25。雙錐件26、開縫寬度、張角32或送風口7、8的數(shù)量視具體條件可以影響渦流的開裂位置。
由于從雙錐件26向射流擴散器27的過渡范圍28中，送風口7、8的尺寸連續(xù)縮小。因而實現(xiàn)了從雙錐燃燒器—幾何形狀向圓形射流擴散器27的有利于流動的過渡。從而避免了截面突變。通過相應縮小孔直徑實現(xiàn)氣孔與送風口7、8局部尺寸的適配。當然也可以增大孔12間的間隔。漏斗形射流擴散器27的附加優(yōu)點在于其凸起彎曲壁的穩(wěn)定效果。
在第二實施例中射流擴散器27具有一張角34，該張角等于燃燒器的錐角16(圖8)。由于射流擴散器27具有簡單、直線的外形，故制做該雙錐燃燒器非常簡單并且成本低廉。此外在燃燒室壁35的外面設置有冷卻空氣檔板36，該冷卻空氣擋板一直延伸到逆流側的流擴散器27處并且終結在送風口7、8的順流端。對射流擴散器27用在燃燒室壁35與冷卻空氣檔板36間的空間內回流的冷卻空氣從外部冷卻，其中冷卻空氣最后進入一在燃燒器逆流側的壓力送風系統(tǒng)37。由于射流擴散器27的該對流冷卻，因而與第一實施例相比，進一步改善了其工作可靠性。
附圖標記對照表1 分錐體2 分錐體3 流向4 中軸5 中軸6 燃燒器內室7 送風口8 送風口9 燃料管路10燃料管路11氣體燃料12燃料輸送，孔13初始部分14初始部分15液體燃料噴嘴16錐角17燃燒室18檔板19孔20冷卻空氣21液體燃料22燃料錐形輪廓23燃燒用空氣24回流區(qū)25火焰前端26雙錐件，體27射流擴散器28過渡范圍2927的長度3026和27的總長度3127的出口截面32截面3327的張角3427的張角35燃燒室壁36冷卻空氣導向板37壓力送風系統(tǒng)
權利要求
1.用于氣體和/或液體燃料(11，21)的錐形燃燒器，由a)至少兩個中空的、配合構成一體(26)的分錐體(1、2)，其中軸(4、5)順流向(3)相互錯位設置，b)設置在兩個分錐體(1、2)間的、正切送風口(7、8)，c)多個用于氣體燃料(11)的、在送風口(7、8)整個范圍內均勻分布的燃料輸送孔(12)，d)一個順流向(3)成錐形增大的燃燒器內室(6)，e)一個設置在錐形燃燒器的逆流端的并接入燃燒器內室(6)的、中心液體燃料噴嘴(15)構成，其特征在于f)分錐體(1、2)在其順流端具有一共同的射流擴散器(27)，g)分錐體(1、2)具有一個向射流擴散器(27)過渡的范圍(28)，在該范圍送風口(7、8)的尺寸順流向(3)連續(xù)縮小，h)射流擴散器(27)為圓形并且沒有送風口(7、8)。
2.依照權利要求1的錐形燃燒器，其特征在于燃燒輸送孔(12)的直徑在分錐體(1、2)的過渡范圍(28)內將順流向(3)縮小。
3.依照權利要求2的錐形燃燒器，其特征在于射流擴散器(27)具有約占錐形燃燒器總長度(30)的10％至25％的長度(29)和一出口截面(31)，該出口截面不大于體(26)的、在過渡范圍(28)始端的截面(32)的1.3倍。
4.依照權利要求3的錐形燃燒器，其特征在于射流擴散器(27)具有一張角(32)，該張角等于燃燒器的錐角(16)。
5.依照權利要求3的錐形燃燒器，其特征在于射流擴散器(27)具有一張角(33)，該張角在初始端等于燃燒器的錐角(16)并且順流向(3)連續(xù)增大。
全文摘要
本發(fā)明的任務在于，提出一種用于氣體和/或液體燃料的錐形燃燒器，該燃燒器將降低氧化氮和一氧化碳污染。依照本發(fā)明該任務的解決方案是，分錐體(1、2)在其順流端具有一共同的射流擴散器(27)。分錐體具有一向射流擴散器(27)過渡的范圍(28)，在該范圍的送風口(7、8)的尺寸順流向(3)連續(xù)縮小。射流擴散器(27)為圓形并且沒有送風口(7、8)。
文檔編號F23D17/00GK1158397SQ9612139
公開日1997年9月3日 申請日期1996年12月27日 優(yōu)先權日1995年12月27日
發(fā)明者K·德貝林, A·艾羅格魯, H·P·克諾費爾, W·波力夫克, T·施塔特邁耶 申請人:Abb研究有限公司