專利名稱：燃燒器稀釋分流系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及控制流入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和其他熱機(jī)的燃燒系統(tǒng)的空氣流。本發(fā)明尤其涉及包括一個(gè)和燃燒器稀釋分流管結(jié)合一起的單獨(dú)閥的系統(tǒng)，用于選擇性地控制燃燒空氣和分流燃燒器主要部分的空氣的相對(duì)比例。
背景技術(shù)：
工業(yè)型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可能采用旨在將氧化氮排出物減至最小的燃燒器系統(tǒng)。于1996.01.09授予mowill的為“單級(jí)定常燃料/空氣比予混合燃燒器”的美國(guó)專利No.5,481,866號(hào)公開(kāi)了這種燃燒器系統(tǒng)，為充分了解這種燃燒器，本說(shuō)明書(shū)將其作為參考文獻(xiàn)加以引用。該‘866專利公開(kāi)了一種具有一個(gè)外冷式無(wú)孔燃燒器內(nèi)襯的燃燒器，它從一文杜里形予混合器接納全部燃燒空氣。未通過(guò)予混合器進(jìn)入燃燒器的過(guò)?？諝獗惠斎胗糜趶耐獠坷鋮s燃燒器內(nèi)襯，最終通過(guò)稀釋孔口再進(jìn)入燃燒區(qū)下游的流道中。用一個(gè)空氣閥直接控制供給該混合器的空氣量，以便將一氧化二氮排放物在所有功率調(diào)整值下減至最小。該空氣閥具有間接控制通向稀釋孔口的空氣量的作用。
當(dāng)在′866專利中公開(kāi)的該型燃燒器同一個(gè)具有較高壓縮比的壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合使用時(shí)，問(wèn)題便產(chǎn)生了。在發(fā)動(dòng)機(jī)低功率調(diào)整時(shí)，用以控制流向予混合器的空氣的閥通常是關(guān)閉的，這就迫使大部分壓縮空氣流過(guò)該稀釋口。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)的功率減小了，但壓氣機(jī)在低功率或惰轉(zhuǎn)時(shí)泵出的空氣總量欲仍很大，結(jié)果使低功率時(shí)的稀釋空氣流大大增加。然而稀釋孔口的大小尺寸仍須保證在低氣流量和高功率時(shí)有充分的回流余量。于是，在功率低和稀釋流量大的情況下，稀釋孔口過(guò)分地限制了稀釋氣流，從而使燃燒室前后的壓降超過(guò)要求的數(shù)值，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的效率損失。
解決此問(wèn)題的方法向來(lái)是除了在控制通向予混合器的空氣的閥外，加一個(gè)獨(dú)立的裝置，用以根據(jù)不同的功率調(diào)整改變稀釋孔口的流通面積。此法缺點(diǎn)是此裝置通常非常復(fù)雜，因而使燃燒器系統(tǒng)的總成本大大增加。
因此在一氧化二氮排放物少的燃燒器系統(tǒng)中需要一種簡(jiǎn)單化方法，以便將不用于燃燒的過(guò)?？諝庠偎突氐饺紵齾^(qū)下游的流道中，從而避免由可變面積稀釋孔口帶來(lái)的復(fù)雜性和費(fèi)用。
發(fā)明概述如上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種燃燒器系統(tǒng)，在用將不用于燃燒的過(guò)剩空氣返回到燃燒區(qū)下游的流道中的簡(jiǎn)化方法情況下使一氧化二氮的排放物減少，從而避免由可變面積稀釋孔口帶來(lái)的復(fù)雜性和費(fèi)用。
本發(fā)明通過(guò)提供一種閥和一種低壓降燃燒器分流管達(dá)到此目的。該閥同時(shí)控制供給予混合器的空氣和進(jìn)入大分流管的空氣量。進(jìn)入分流管的空氣作為稀釋空氣又被導(dǎo)入主燃燒區(qū)下游的燃?xì)饬鞯馈Ｔ诘凸β收{(diào)整時(shí)，該閥將大部分空氣導(dǎo)入分流管，實(shí)際上增加了通過(guò)固定面積稀釋孔口的稀釋流量。從而將燃燒器前后的壓降控制在最佳值。
通過(guò)對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所作的下例詳細(xì)說(shuō)明結(jié)合附圖一起閱讀，可一目了然地明了本發(fā)明的上述和其他目的、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1表示一個(gè)低排放燃燒器的透視圖，該燃燒器有兩個(gè)本發(fā)明設(shè)想的那種稀釋分流系統(tǒng)；圖2為圖1所示燃燒器的另一透視圖；圖3為沿圖2A-A線的燃燒器和一個(gè)稀釋分流系統(tǒng)的剖視圖；圖4為圖3一部分的局部放大剖視圖；圖5為本發(fā)明設(shè)想的閥的透視圖；圖6為本發(fā)明設(shè)想的閥的局部切開(kāi)透視圖；圖7為本發(fā)明設(shè)想的閥的另一局部切開(kāi)透視圖；圖8為本發(fā)明設(shè)想的閥的第三局部切開(kāi)透視圖；
圖9為圖1燃燒器的橫剖視圖；圖10為一部分燃燒器和稀釋分流系統(tǒng)的透視圖；圖11為燃燒器稀釋分流系統(tǒng)示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明參照?qǐng)D1，本發(fā)明的分流系統(tǒng)整體以數(shù)字10表示。分流系統(tǒng)10包括一個(gè)和燃燒器分流管13相連的閥12。在該優(yōu)選實(shí)施例中，采用2個(gè)分流系統(tǒng)10，它們分置于燃燒器的兩側(cè)，相距約180°。根據(jù)具體的發(fā)動(dòng)機(jī)和用途，可以采用和此處不同數(shù)量和布置的分流系統(tǒng)。
參閱圖2至圖4，閥12有一圓筒形殼體14，該殼體限定一個(gè)入口16和兩個(gè)出口18和20。入口16和一根進(jìn)氣管17連接，用以接納來(lái)自燃燒器壓力腔19的壓縮空氣。壓力腔19由被燃燒器壁61限定的燃燒室60構(gòu)成。出口18和予混合器管22連接，后者通至予混合器噴咀器64，將燃料-空氣混合物向噴入燃燒室60。噴射器64有一個(gè)氣吹燃料噴咀66，一個(gè)文杜里管70，一個(gè)予混合室68和一個(gè)點(diǎn)火器72。工作時(shí)，該氣吹噴咀將燃料-空氣混合物噴入予混合室68。在予混合室中，通過(guò)予混合管22補(bǔ)充加入另一股空氣。為了盡可能減少一氧化二氮，離開(kāi)文杜里管的燃料-空氣混合物中燃料的含量應(yīng)盡可能地少，這樣在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，點(diǎn)火器72將此稀混合物點(diǎn)燃，從而產(chǎn)生流入燃燒室60中的熾熱燃?xì)?。出氣?0和分流管24連接。閥12內(nèi)有一個(gè)月牙形旋轉(zhuǎn)閥芯26，用于選擇性地控制送往予混合管22和分流管24的空氣流量比例。
圖3和圖4清楚地表示此閥分配和分流氣流的作用。如圖4所示，當(dāng)閥芯26在惰轉(zhuǎn)位置上(虛線)時(shí)，大部分空氣進(jìn)入分流管24，只有極少部分進(jìn)入予混合管22。反之，當(dāng)功率最大(實(shí)線)時(shí)，大部分空氣進(jìn)入予混合管22，只有極少部分進(jìn)入分流管24。圖3表示當(dāng)功率調(diào)到中間位置上時(shí)，閥板26使空氣在予混合管和分流管之間平均分配。由圖可知，月牙形旋轉(zhuǎn)芯26提供了一條從入口16到兩個(gè)出口18或20的通暢有效的空氣流道，特別在惰轉(zhuǎn)和功率最大的情況下。
參看圖5至圖8，閱12還有一塊可換分流孔板30，裝在出口20上。為了使燃燒器前后的壓降保持恒定，同時(shí)保證流至予混合器中的空氣量正確，噴射器64要求對(duì)供給予混合器管22和分流管24的空氣比例進(jìn)行控制或計(jì)劃。為此，分流孔板30上的孔32的寬度是可變的。將孔32的形狀設(shè)計(jì)好，便可控制分流孔口的流通面積和予混合器孔口的比例，從而控制供給各孔口的空氣比例。圖6～8表示旋轉(zhuǎn)閥芯26在三種功率調(diào)整值時(shí)孔板30開(kāi)啟的角度變化。圖6表示功率最大情況，此時(shí)孔板被蓋?。粓D7表示功率為50％的情況，此時(shí)孔板大約開(kāi)啟一半；圖8表示功率為零的情況，此時(shí)孔板完全開(kāi)啟，即無(wú)通往予混合器噴射器64的空氣流。專業(yè)人員可以熟練地根據(jù)具體的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)或安裝或低功率狀態(tài)所要求的壓降變化選擇孔板32的形狀和尺寸。
參閱圖9，壓縮空氣從壓氣機(jī)70進(jìn)入燃燒器壓力腔19。如前所述，此空氣的一部分從壓力腔19流過(guò)分流系統(tǒng)13。分流系統(tǒng)13還有一個(gè)從分流管24按納空氣的環(huán)狀分流總管28。多根支管34自分流總管28伸出去將其和燃燒室60的稀釋區(qū)36連接起來(lái)。閥12、分流管24、分流總管28和支管34一起提供了一條通暢的流道，從最小的壓降將壓縮空氣直接從壓氣機(jī)的出口送到稀釋區(qū)36，該區(qū)正好和渦輪72前方的稀釋孔口40處于大致相同的位置。除了分流空氣外，稀釋孔口40也從壓力腔19接受空氣。
圖11以示意圖形式表示兩個(gè)分流系統(tǒng)10的工作。當(dāng)功率最大時(shí)，通向分流系統(tǒng)13的路是關(guān)閉的，從而迫使大部分空氣流向予混合器噴射器64并經(jīng)過(guò)燃燒室60。任何過(guò)剩的空氣此時(shí)都間接地通過(guò)圍繞稀釋區(qū)36孔口40進(jìn)入燃?xì)饬鞯?。設(shè)計(jì)稀釋孔口40的尺寸時(shí)，應(yīng)保證當(dāng)功率調(diào)整最大時(shí)能提供有效的氣流，以便在燃燒器前后產(chǎn)生要求的壓降。在此情況下，基本上無(wú)需分流。
當(dāng)功率從最大值減小下來(lái)時(shí)，閥12轉(zhuǎn)動(dòng)從而關(guān)閉通向予混合器噴射器的孔口18。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)功率在惰轉(zhuǎn)時(shí)大大減小，但壓氣機(jī)泵出的空氣流總量并不減少，因此，在惰轉(zhuǎn)功率時(shí)，過(guò)剩空氣量，即不流向混合器噴射器的空氣將極大地增加。如果沒(méi)有分流系統(tǒng)13，則全部過(guò)?？諝鈱⒔?jīng)過(guò)稀釋孔口40，從而使燃燒器前后的壓降超過(guò)預(yù)期的值?？墒乾F(xiàn)在由于同時(shí)打開(kāi)經(jīng)過(guò)分流管的另一條路，該三通閥允許大量低功率下的過(guò)?？諝饬鞯较♂寘^(qū)36，所以無(wú)需流經(jīng)過(guò)分受限制的稀釋孔口。確切地說(shuō)，由于氣流被分流，只有適當(dāng)數(shù)量的空氣流徑稀薄化孔口40，而過(guò)?？諝獾闹黧w則流徑分流系統(tǒng)。由于從使用分流孔板30，合理分配分流的空氣，直至使空氣通過(guò)孔口40，所以燃燒器壓降得以在所有工作狀態(tài)下保持不變，或者在低功率調(diào)整時(shí)，可按要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
上述密封裝置的各種變型和改型對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員均屬簡(jiǎn)單明了，因而前面關(guān)于本發(fā)明優(yōu)先實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明應(yīng)被視為示例性的，而不作為對(duì)本發(fā)明范圍和精神的限制。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)供給壓縮空氣的壓氣機(jī)；一個(gè)使熾熱燃?xì)馀蛎浀臏u輪；一個(gè)配置在上述壓氣機(jī)和上述渦輪之間的燃燒器；上述燃燒器包括一個(gè)由燃燒器壁限定的燃燒室；一個(gè)定界上述燃燒器壁和從上述壓氣器接受壓縮空氣的壓力腔；一個(gè)將燃料-空氣混合物噴入上述燃燒室中的噴射器；一個(gè)點(diǎn)燃上述燃料-空氣混合物從而生成上述熾熱燃?xì)獾狞c(diǎn)火器；一個(gè)正好位于上述渦輪上游的稀釋區(qū)，上述稀釋區(qū)通過(guò)至少一個(gè)稀釋孔口接受一部分壓力腔系統(tǒng)中的空氣，以及一個(gè)分流系統(tǒng)，用于控制上述壓力腔內(nèi)上述空氣中的剩余部分流量到上述噴射器和上述稀釋區(qū)的氣流。
2.按權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述分流系統(tǒng)包括一個(gè)從上述壓力腔延伸的第一管道；一個(gè)跟所述第一管道和所述噴射器成流體連通的第二管道；一個(gè)跟所述第一管道和所述稀薄化區(qū)成流體連通的第三管道；以及一個(gè)配置于所述第一、第二和第三管道之間的閥，用于將該空氣流從所述壓力腔引導(dǎo)到所述予混合器噴咀和所述稀薄化區(qū)。
3.按權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于所述閥包括一個(gè)殼體，其上有同所述第一管道連接的第一孔口；一個(gè)同所述第二管道連接的第二孔口和同所述第三管道連接的第三孔口；以及一個(gè)安裝在所述殼體上的旋轉(zhuǎn)閥芯。
4.按權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于所述閥芯是月牙形的。
5.按權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述閥包括一塊裝在第三孔口上的可換孔板。
6.按權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于還包括一個(gè)環(huán)形分流總管，同所述第三管道和多根從上述分流總管延伸至所述稀薄區(qū)的管子成流體連通。
7.按權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于上述噴射器是一個(gè)予混合器噴射器。
8.按權(quán)利要求7所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于所述予混合器噴射器包括一個(gè)氣吹燃料噴咀、一個(gè)文杜里管和一個(gè)予混合室。
9.一個(gè)前后壓降可控的燃燒系統(tǒng)，包括一個(gè)由燃燒器壁限定且?guī)в幸粋€(gè)入口和一個(gè)出口的燃燒室；一個(gè)圍繞所述燃燒器壁外周配置的且接受壓縮空氣的壓力腔；一個(gè)同所述壓力腔成流體連通的噴射器和一個(gè)燃料源空氣燃料在所述噴射器內(nèi)混合，所述混合物通過(guò)所述入口被噴入所述燃燒室；一個(gè)點(diǎn)火器，用于點(diǎn)燃所述燃料-空氣混合物，以形成熾熱燃?xì)?；一個(gè)正好位于所述出口上游的稀釋區(qū)，所述稀釋區(qū)通過(guò)至少一個(gè)在所述燃燒器壁上的稀釋孔接受所述壓力腔中的部分空氣；以及一個(gè)可調(diào)分流裝置，用于將從所述增壓力腔流往所述噴射器的部分空氣轉(zhuǎn)移到所述稀釋區(qū)，從而可改變被轉(zhuǎn)移的空氣量，以得到燃燒器前后所需的壓降。
10.按權(quán)利要求9所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述分流裝置包括一個(gè)配置于所述壓力腔、所述噴射器和所述稀釋區(qū)之間的閥。
11.按權(quán)利要求10所述的的燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述閥有一個(gè)月牙形的閥芯。
12.按權(quán)利要求10所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述分流裝置還包括一個(gè)在所述壓力腔和所述閥之間的延伸的第一管道；一個(gè)在所述閥和所述噴射器之間延伸的第二管道；一個(gè)自所述閥延伸到所述稀薄化區(qū)的第三管道；
13.按權(quán)利要求12所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于還有一塊配置在所述閥和所述第三管道之間的孔板。
14.按權(quán)利要求12所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于還有一個(gè)環(huán)形分流總管，同所述第三管道和多根從所述分流總管延伸至所述稀薄化區(qū)的管子成流體連通。
15.一種在發(fā)動(dòng)機(jī)功率級(jí)變化時(shí)控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中位于壓氣機(jī)和渦輪之間的燃燒器前后壓降的方法，包括下述步驟使所述發(fā)動(dòng)機(jī)在第一功率級(jí)上運(yùn)行；將來(lái)自所述壓氣機(jī)的壓縮空氣收集在壓力腔中；使所述空氣的第一部分通過(guò)所述燃燒器壁上的稀釋孔口送入所述渦輪上游的稀釋區(qū)中；將所述空氣的第二部分送往噴射器；在所述噴射器中，使所述第二部分空氣和燃料混合，并點(diǎn)燃該混合物，以便在所述稀薄化區(qū)上游的燃燒器內(nèi)生成熾熱燃?xì)猓粚⑺龅诙糠挚諝獾囊徊糠洲D(zhuǎn)移到所述噴射器周圍，并進(jìn)入靠近稀釋區(qū)的燃燒器；控制所述轉(zhuǎn)移部分的量，從而在所述燃燒前后獲得要求的第一壓降。
16.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括下述步驟使所述發(fā)動(dòng)機(jī)在第二功率級(jí)上運(yùn)行，以及調(diào)節(jié)所述被轉(zhuǎn)移部分的量，從而在所述燃燒器前后獲得要求的第二壓降。
17.按在權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述要求的第二壓降等于所述要求的第一壓降。
全文摘要
本發(fā)明提供一種閥和一個(gè)低壓降燃燒器分流系統(tǒng)。該閥同時(shí)控制供給預(yù)混合器的空氣和進(jìn)入大分流管的空氣量。進(jìn)入分流管的空氣作為稀釋空氣又被導(dǎo)入燃燒區(qū)下游的燃?xì)饬鞯?。在低功率整時(shí),該閥將大部分空氣導(dǎo)入分流管,使其實(shí)際上分流固定面積稀釋孔口,從而將燃燒器前后的壓力降控制在最佳值。
文檔編號(hào)F23L3/00GK1244909SQ97181423
公開(kāi)日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1997年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月26日
發(fā)明者J·勒內(nèi)茨, K·勞倫斯 申請(qǐng)人:聯(lián)合訊號(hào)公司