專利名稱：具有保護性耐熱插入件的燃料噴嘴的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于部分氧化的氣化器的燃料噴嘴，尤其涉及一種在出口處設置有保護性耐熱插入件的噴嘴，以防止燃料噴嘴在出口處的熱損壞和熱化學損壞。
對含碳燃料例如煤、燃氣和油的加工處理以產生氫氣和一氧化碳的氣態(tài)混合物，例如煤氣、合成氣體、還原性氣體或可燃氣體通常是在部分氧化的氣化器內的高溫條件下進行的，例如美國專利2,809,104所示的氣化器。部分氧化的氣化器通常包括環(huán)形通道式的燃料噴嘴，如授權給Stellaccio的美國專利4,443,230(4個環(huán)形通道的燃料噴嘴)和授權給Schlinger的美國專利4,491,456(5個環(huán)形通道的燃料噴嘴)所述。環(huán)形通道式的燃料噴嘴用于將可泵送的含碳燃料漿與含氧氣體一起導入氣化器的反應腔室內，其中含氧氣體用于部分氧化。
總之，包括含硫材料的水-煤泥漿通過燃料噴嘴的一個或多個環(huán)形通道被輸送到氣化器的反應腔室內。流過燃料噴嘴之其它環(huán)形通道的含氧氣體與水-煤泥漿在燃料噴嘴的出口處相遇，并在約2400F.至3000F.的氣化器之通常工作溫度下自動點火。氣化器內的通常壓力為1至300個大氣壓。
在氣化器內的高溫條件下，氣態(tài)的硫化氫一般形成于對所輸送的燃料中水-煤泥漿成分的加工處理過程中，對金屬結構的燃料噴嘴而言，氣態(tài)硫化氫是公知的腐蝕劑。而且還以水-煤漿與含氧氣體反應的副產品的形式形成熔融渣，這種熔融渣對金屬結構的燃料噴嘴具有腐蝕作用。此外，由于圍繞燃料噴嘴之出口的反應區(qū)內燃料進給成分的自燃而在該區(qū)域內產生的高溫使出口產生熱腐蝕和由熱引起的疲勞斷裂。燃料噴嘴的出口一般在氣化器內形成最高熱梯度區(qū)域。
由于硫化氫和熔融渣對燃料噴嘴尤其是對出口的腐蝕作用，以及對出口的熱腐蝕和由熱引起的出口疲勞破裂，因此經常會由于熱損壞和熱化學降解而在出口處產生燃料噴嘴的破裂或斷裂。
燃料噴嘴的這種熱損壞和熱化學降解降低了燃料噴嘴的使用壽命，而且還必須對其進行維修和更換。但是，由于在拆卸燃料噴嘴以對其進行更換或維修之前，氣化器的工作必須暫時關閉一段時間，因此使燃料噴嘴的維修或更換既不方便而且花費又多。
降低燃料噴嘴由于熱和腐蝕劑而產生損壞的措施包括設置由耐熱和耐磨材料(例如連接到燃料噴嘴之下游端的碳化鎢和碳化硅)制成的截錐形保護層，如授權給Schlinger的美國專利4,491,456所示。但是，授權給Schlinger的美國專利4,491,456所述的截錐形保護層沿垂直方向固定，并可容易地從噴嘴上滑出。此外，用于將Schlinger的截錐形保護層固定于燃料噴嘴之出口端的粘接劑可能受到腐蝕及粘接失效。粘接材料的失效可能使截錐形保護層脫離燃料噴嘴。這樣，用于將截錐形保護層固定到燃料噴嘴上的粘接劑之失效將會提前減少設置于燃料噴嘴出口端的Schlinger之截錐形保護層的使用壽命。由于截錐形保護層所形成的保護作用的提前損壞，因此燃料噴嘴的使用壽命也將降低。
授權給Gehardus等人的加拿大申請2,084,035示出了一種用于制造合成氣體的燃燒爐，這種燃燒爐的端面鍍有陶瓷薄層，該陶瓷薄層通過一燕尾接頭固定到位。該燕尾接頭形成一厚度不均勻的出口壁，并包括一不希望存在的壁厚減小區(qū)域。壁厚減小的區(qū)域為易于產生斷裂和熱損壞的應力集中區(qū)域。燕尾接頭處的不均勻壁厚還可能加速磨損和腐蝕。另外，該燕尾接頭為陶瓷薄層形成了一狹窄的支撐頸部。該狹窄的支撐頸部是陶瓷薄層易于受損或易于從燃燒爐上脫開的區(qū)域。
因此，就需要提供一種具有保護性耐熱插入件的燃料噴嘴，其中耐熱插入件可固定于燃料噴嘴的出口內，而且可以替代燃料噴嘴之最高熱梯度區(qū)域內的金屬。還需要提供一種具有保護性耐熱插入件的燃料噴嘴，這種耐熱插入件可在產生加速熱疲勞腐蝕損壞的熱和硫化氫的條件下保持在適當位置上，因此這種保護性耐熱插入件的持久存在能夠延長燃料噴嘴的使用壽命。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種在出口處設置有熱及熱化學保護的燃料噴嘴；提供一種設置有防護性熱及熱化學插入件的燃料噴嘴，其中的插入件通過圍繞出口鎖定保護性插入件的固定裝置而被固定在出口上，從而不會由于腐蝕劑或熱現(xiàn)象而使固定裝置產生提前失效，而且這種插入件和固定裝置在一定范圍內允許氣化器起動過程中由熱而產生的變形。
本發(fā)明的另一目的在于通過使用與燃料噴嘴互鎖的耐熱材料的形狀以較低的成本提供圍繞燃料噴嘴的出口熱及熱化學保護。本發(fā)明的再一目的是提供一種設置有耐熱插入件的燃料噴嘴，這種耐熱插入件可替代可能被過程反應所損壞的金屬件。本發(fā)明的又一目的在于提供一種可延長燃料噴嘴使用壽命的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種設置有保護性耐熱插入件的燃料噴嘴，其中耐熱插入件圍繞燃料噴嘴平齊安裝。
本發(fā)明的其它目的和特征將在下文中具體說明。
根據本發(fā)明，一環(huán)形耐熱插入件在鄰近噴嘴出口端部的下游端固定于燃料噴嘴上。
一形成于燃料噴嘴下游端的凹槽容納著環(huán)形耐熱插入件。該凹槽的橫截面可以是梯形，術語“梯形”可以理解為類似梯形的形狀。其它合適橫截面形狀的凹槽也落入本發(fā)明的范圍內。
將環(huán)形耐熱插入件定位于凹槽內包括通過鎖定裝置或鎖緊裝置將耐熱插入件固定在燃料噴嘴上，這樣就不需要膠合劑或粘接材料。該插入件不會超出燃料噴嘴的出口端表面延伸，而是平齊固定在出口端面上。
在本發(fā)明的一個實施例中，環(huán)形的耐熱插入件是一個通過鎖緊銷固定在凹槽內適當位置上的整體部件，其中鎖緊銷與圍繞環(huán)形插入件之圓周形成的溝槽相結合。
在本發(fā)明的第二實施例中，環(huán)形插入件為一個由多部分組成的結構。各個部分通過臺階狀的凸起固定于梯形凹槽內的適當位置上，其中臺階狀的凸起形成于凹槽的側壁上并與形成于環(huán)形插入件各部分之相應側壁上的圓周溝槽相嚙合。
在本發(fā)明的另一實施例中，當環(huán)形插入件的各個部分被裝配在安裝凹槽內之后，一金屬卡環(huán)被固定于燃料噴嘴的出口端。該金屬卡環(huán)完善了梯形凹槽的結構，而且還完善了用于將環(huán)形耐熱件的多個部分固定于凹槽內的鎖緊結構。
環(huán)形耐熱插入件的多個部分最好設置有臺階狀的端部，當其定位于凹槽內時，這些臺階狀部分相互嚙合。插入件的臺階狀部分消除了腐蝕性氣體和熔融渣通過插入件部分進入下面的金屬結構燃料噴嘴內的通道。
在本發(fā)明的所有實施例中，環(huán)形耐熱插入件可防止位于噴嘴出口端部的燃料噴嘴之下游區(qū)域受到由氣化器之反應區(qū)內高溫及腐蝕性化學條件而產生的熱損壞和熱化學損壞。因此，這種環(huán)形耐熱插入件延長了燃料噴嘴的使用壽命，并相應延長了氣化器的運行周期。
因此，本發(fā)明包括下文所述的結構和方法，本發(fā)明的保護范圍由所附權利要求書來限定。
在附圖中，

圖1為根據本發(fā)明的一個實施例，設置有環(huán)形耐熱插入件的包括多個環(huán)形通道的燃料噴嘴之局部剖開正視圖；圖2為一部件分解圖，該圖示出了安裝到燃料噴嘴之出口上之前的耐熱插入件，為清楚起見，在本圖中及下面的附圖中省略了燃料噴嘴的內部環(huán)形通道；圖3和4為通過銷固定裝置定位于出口上的環(huán)形插入件之放大的局部視圖；圖5為沿耐熱插入件底端的底部剖視圖，該圖示出了安裝環(huán)形耐熱插入件之后的出口；
圖6為本發(fā)明另一實施例的部件分解立體視圖，由多個部分組成的環(huán)形耐熱插入件被定位，以安裝在包括多個環(huán)形通道的燃料噴嘴之出口上；圖7為由多個部分組成的環(huán)形耐熱插入件安裝到出口上之前的底面視圖；圖8為一個與圖7類似的視圖，該圖示出了位于燃料噴嘴之出口處的環(huán)形插入件各部分的中間安裝位置；圖9為一個與圖8類似的視圖，該圖示出了環(huán)形耐熱插入件的最終安裝位置；圖10為沿圖8之剖面線10-10的放大的局部剖視圖；圖11為沿圖8之剖面線11-11的放大的局部剖視圖；圖12為本發(fā)明再一實施例的部件分解立體視圖，其中由多個部分組成的卡環(huán)用于將由多個部分組成的環(huán)形耐熱插入件固定在燃料噴嘴的出口上；圖13為一底面視圖，該圖示出了由多個部分組成的環(huán)形耐熱插入件位于燃料噴嘴之出口處的中間安裝位置；圖14與圖13類似，該圖示出了由多個部分組成的環(huán)形耐熱插入件和由多個部分組成的卡環(huán)安裝在燃料噴嘴之出口上的最終安裝位置；圖15為安裝由多個部分組成的卡環(huán)之前，沿圖12之剖面線15-15的放大的局部剖視圖；圖16為沿圖13之剖面線16-16的放大的局部剖視圖；圖17為沿圖14之剖面線17-17的放大的局部剖視圖。
在所有附圖中，相應的附圖標記表示相應的部件。
裝配有本發(fā)明一個實施例的燃料噴嘴總體上由圖1中的附圖標記10表示。燃料噴嘴10與授權給Stellacio的美國專利4,443,230中所描述的燃料噴嘴相類似。
這種燃料噴嘴10為一種可用于部分氧化的氣化器，其包括一上游端12和一下游端14。燃料噴嘴10關于中心軸線16成圓柱形對稱，該噴嘴還包括一中心供料流導管20和同心的環(huán)形供料流導管22、24和26，這些同心的環(huán)形供料流導管在下游端14會聚以形成噴嘴的出口端14。一環(huán)形的固定法蘭28與導管26相連接，并支承在氣化器之反應腔室(未示出)的入口端，以允許噴嘴的出口端14懸掛在反應腔室內。
導管20、22、24和26分別包括入口管30、32、34和36。入口管30形成一氣態(tài)燃料的供料流42，其中氣態(tài)的燃料流可以是游離的含氧氣體、蒸汽、循環(huán)析出的氣體和烴類氣體的組合。入口管32提供可泵送的固態(tài)含碳燃料的液相泥漿44，例如泥碳(coal-water)漿。入口管34和36提供兩種獨立的燃料流46和48，例如游離的含氧氣體，最好是與溫度緩和劑的混合物。
來自導管20、22、24和26的含氧氣體42、含碳的泥漿流44和游離的含氧氣流46和48超出噴嘴出口端40一預定距離在氣化器之反應腔室(未示出)內的預定位置上匯聚，以形成反應區(qū)(未示出)。從導管22流出的含碳泥漿44與源于導管20、24和26的含氧氣流42、46和48的匯聚使含碳泥漿44分解或霧化，從而促進產品的反應，提高由熱產生的氣化處理。這樣，位于燃料噴嘴10之下游端14的反應區(qū)以2400至3000F的高溫為特征。
一環(huán)形的同軸冷水套50設置于燃料噴嘴10的下游端14上，以圍繞出口40。該環(huán)形的冷水套50通過入口管54接收輸入的冷水52。冷水52在56處離開環(huán)形冷水套50進入冷卻盤管58，并通過任意合適的公知循環(huán)設備或排水設備(未示出)流出冷卻盤管58。
出口40包括一位于下游端14的環(huán)形水平表面或下游端面62，該表面暴露于氣化器的熱反應區(qū)域內，并位于高的熱梯度位置上。這樣，出口14就易于受到化學和熱腐蝕及由熱而產生的疲勞破裂，這些腐蝕和破裂將使燃料噴嘴10的操作產生問題。
為解決燃料噴嘴10在出口40處的熱及熱化學老化問題，在鄰近出口40的環(huán)形表面62上設置一保護性耐熱部件70。這種保護性的耐熱部件70包括由合適的耐熱材料制成的整體式環(huán)形插入件72，其中所述耐熱材料可以是陶瓷材料，例如碳化硅、氮化硅或其它公知的合適的高級陶瓷復合材料。環(huán)形插入件72可通過模制、機加工成形或以任意公知的合適方式制成。
參照圖2和3，插入件72的橫截面為一梯形，該梯形包括較窄的上底面74和較寬的下底面76。本文中所用的術語“梯形”是指類似于梯形的形狀。一徑向的內側面78在梯形的一側將上底面和下底面74和76連接起來。形成于徑向內側面78上的圓周槽80以基本垂直徑向內側面78的角度傾斜。插入件72還包括一徑向的外側面82，外側面82由相交的側面部分84和86組成，側面部分84和86連接梯形的上底面和下底面74和76。如果需要，徑向的外側面82可形成有連續(xù)的斜度。
參照圖2和4，具有梯形橫截面的環(huán)形槽90形成于金屬的環(huán)形表面62上，并且其形狀和尺寸基本與梯形的插入件72互補，以容納插入件72。溝槽90緊鄰出口40。溝槽90包括一與插入件72之上底面74相對應的上底面部分92、一與插入件72之徑向內表面78相對應的內部徑向表面94、與插入件72之外徑向側面82相對應的外部徑向側面96和與插入件72之下表面76相對應的溝槽開口100。溝槽90的外部徑向側面96由相交的側面部分102和104組成，側面部分102和104與插入件72之相交的側面部分84和86相對應。
多個等間隔設置的銷孔106設置于出口40之下游出口的壁面108上。銷孔106穿過溝槽90的內部徑向表面94，與耐熱插入件72的環(huán)形槽80相配合。銷孔106以相同于溝槽80相對壁面78的角度定位。出口壁面108為從燃料噴嘴10之出口流出的流體部分或物質形成了一個流動通道。
耐熱插入件72裝配到燃料噴嘴10內是通過將插入件72裝配到溝槽90內完成的，從而使插入件表面74、78、84和86與相應的溝槽表面92、94、102和104以表面對表面的形式接觸。如果需要，可在安裝耐熱插入件72之前，在溝槽表面92、94、102和104上涂敷合適的公知粘接材料，例如碳化硅砂漿、Teflon或其它合適的公知高溫粘接劑。而且，如果需要，還可在插入件72的表面76上涂敷氧化硅的涂層，以增加環(huán)形插入件72的耐熱性和抗熱化學性。
一鎖緊銷110被壓入各個銷孔106內，以與耐熱插入件72的溝槽80接合，如圖3和4所示，其中鎖緊銷110可由合適的合金鋼制成，例如由國際鎳公司(International Nickel Co.)生產的800號合金鋼制成。這樣，由于耐熱插入件72設置于溝槽90內，而使鎖緊銷110壓入溝槽80內，從而將耐熱插入件72鎖入溝槽90內，如圖5所示。
由于這種構造，使得插入件72的底面76成為一個外露的端面，而且基本與燃料噴嘴10之環(huán)形的端面62共面或平齊。這種平齊的裝配有助于確保設置有耐熱插入件72的燃料噴嘴10不僅耐熱、耐熱化學開裂和腐蝕，而且能夠在氣化器內不利的高溫和腐蝕條件下保持在合適的位置上。另外，即使燃料噴嘴由于開裂而被損壞，這種平齊的裝配方式也不會影響工作流量。
盡管溝槽90和環(huán)形耐熱插入件72的尺寸僅是一種選擇，但溝槽90的尺寸(該尺寸將確定插入件72的尺寸)從開口100到底面92的深度可以是約1/4至3/4英寸，在表面76上的寬度可以是約3/8至3/4英寸，在表面92上的寬度可以是約1/8至5/8英寸，在內部徑向表面94上的直徑約為4至6英寸。溝槽90上的壁108(圖2)之壁厚約為1/64至1/8英寸。環(huán)形溝槽80的寬度約為1/64至1/8英寸，鎖緊銷100的直徑約為1/64至1/8英寸。
這樣，就可鄰近出口40將環(huán)形耐熱插入件72鎖緊在燃料噴嘴10的下游端。下游端14處的環(huán)形水平表面62直接暴露于燃料噴嘴的反應區(qū)內，從而保護所述的定位，并可將保護性耐熱件70固定于環(huán)形水平表面62上。由于保護件70的環(huán)形耐熱部件70通過鎖緊銷110固定于燃料噴嘴上，而且與砂漿相比，這種鎖緊銷具有更高的強度和耐久性，因此鎖緊銷作為燃料噴嘴10之出口端40的保護工具延長了耐熱件70的使用壽命。
在金屬結構的燃料噴嘴內，環(huán)形耐熱插入件72在噴嘴出口端40處的嵌入深度或凹槽保證環(huán)形耐熱插入件72能夠提供所需的保護，同時又不會在氣化器的反應區(qū)有很大的表面暴露于不利條件下。這樣，就通過增加燃料噴嘴之噴嘴出口端40的抵抗熱損壞和抗熱-化學開裂的能力而延長了燃料噴嘴的使用壽命。
燃料噴嘴的另一實施例總體上由圖6中的附圖標記120表示。燃料噴嘴120在結構上與燃料噴嘴10相同，除非另有說明。燃料噴嘴120包括一具有出口124的下游端122和位于出口124之下游端的水平環(huán)形表面126。與燃料噴嘴10(圖2)之溝槽90相對應的梯形溝槽130(圖6)形成于環(huán)形表面126上。
如圖10所示，溝槽130包括一上底面132、一內部徑向表面134、一外部徑向表面136和一溝槽開口138。一螺紋狀的隆起144形成于內部徑向表面134上，并以約240°圍繞溝槽130延伸。一相應的螺紋狀隆起146形成于外部徑向表面136上，并以約240°圍繞溝槽130延伸，同時相對隆起144沿弧線對準。這樣，就使溝槽130存在一個獨立于螺紋狀隆起144和146的120°的圓弧部分148(圖7)。
螺紋狀的隆起144和146定位于溝槽開口138和上底面132之間距離的約三分之一處。盡管可以采用其它合適的形狀，但隆起144和146一般為半橢圓形或半圓形截面。
參照圖6，燃料噴嘴120還包括由多個部分形成的環(huán)形插入件150，該插入件由相同于環(huán)形插入件72的材料制成。插入件150具有與溝槽130互補的梯形形狀，并包括三個部分152、154和156，每個部分的弧度都約為120°。
如圖10所示，每個部分152、154和156都包括一較窄的上表面162、一較寬的下底面164、一徑向的內表面166和一徑向的外表面168，這些表面分別與溝槽開口130及溝槽表面132、134和136相對應。
一內部圓周溝槽172形成于各個部分152、154和156的徑向內側面166上，以容納隆起144；一外部圓周溝槽174形成于各個部分152、154和156的徑向外側面168上，以容納隆起146。
各個部分152、154和156的端部成臺階狀，如附圖標記180和182所示，以允許臺階狀的各個部分相互嚙合，如圖11和12所示。這樣，插入件部分152的一端就包括一下行臺階182，該臺階可與互補形狀的上行臺階180在插入件部分154的連接端嚙合。每個插入件部分152和154的相對端都包括一上行臺階180。插入件部分156包括設置有下行臺階182的相對端。
通過逐一地將這些插入件部分定位于溝槽130的無隆起部分148內并將這些部分滑入包括隆起144和146的溝槽130部分內而使各個插入件部分152、154和156定位于溝槽130內。
應該注意到溝槽130之無隆起的部分148其弧度略大于由多個部分組成的插入件之最大插入件部分的弧度。盡管插入件150包括三個弧度基本相同的部分，但是各個部分不必具有相同的尺寸。插入件最好不要超過四個部分。
這樣，就可將插入件部分152裝配在溝槽130之無隆起的部分148內，并可沿逆時針方向通過螺紋定位于圖8所示的位置上。下一插入件部分154設置于溝槽130之無隆起的部分148內，并可沿順時針方向通過螺紋定位于圖8所示的位置上，其中臺階狀的端部180和182相互嚙合，如圖11所示。
剩余的插入件部分156設置于無隆起的部分148內，從而使插入件部分156各端部上的上行臺階180分別在插入件部分152和154的相應端部與各個下行臺階182嚙合。當三個插入件部分152、154和156全部定位于溝槽130內時，它們將沿順時針方向轉動約60°，如圖9中的箭頭188和190所示。這樣，就通過隆起狀的螺紋144和146使插入件部分152和156的一部分相互嚙合，而插入件部分154的所有弧形部分通過隆起狀螺紋144和146相互嚙合。由于具有這種構造，從而使各個插入件部分152、154和156與內部和外部隆起狀螺紋144和146以至少約60°的弧度相互嚙合。
這樣，就可通過隆起狀螺紋144和146與插入件部分之溝槽172和174之間的內部嚙合將各個插入件部分152、154和156通過鍵固定在溝槽130內。這種內部嚙合用于將各個部分152、154和156可靠地固定于溝槽130內。另外，各個插入件部分152、154和156之相對端的臺階狀部分使腐蝕材料到達溝槽130之表面92的可能性最小。
如果需要，每個插入件部分152、154和156的臺階狀接合端部180和182都可用陶瓷泥漿或其它所有合適的公知粘接劑連接在一起。在安裝各個插入件部分152、154和156的過程中，粘接材料也可應用于溝槽140的表面上。各個插入件部分152、154和156之端部上的臺階狀接頭部分180和182有利于防止腐蝕性流體渣和硫化氫滲入通過陶瓷部分。
由多部分組成的環(huán)形圈允許各個插入件部分膨脹和收縮，而且即使在各個插入件部分152、154和156的臺階狀接合端部180和182之間未涂敷粘接材料，臺階狀接合端部也可以使腐蝕性材料滲入穿過陶瓷部分減少。
燃料噴嘴的又一實施例總體上由圖12中的附圖標記200表示。該燃料噴嘴200在結構上與燃料噴嘴10相同，除非另有說明。燃料噴嘴200包括一具有出口204的下游端202和位于出口204之下游端的水平環(huán)形表面206。在圖12和15中部分示出，在圖17中完整示出的梯形溝槽210與燃料噴嘴10的溝槽90相對應，并設置于水平環(huán)形表面206上。梯形溝槽210包括一上底面部分212、一內部徑向表面214(圖17)、一外部徑向表面216和一底面開口218(圖17)。
一螺紋狀的隆起222形成于外部徑向表面216上，并包括一圍繞表面216約240度的弧度范圍。這樣，在圖12中由附圖標記224表示的表面216之120度的弧度獨立于螺紋狀的隆起222。一螺紋狀的隆起226(圖17)形成于溝槽210之內部徑向表面214上并完全圍繞溝槽延伸。
參照圖12，燃料噴嘴200還包括一由多個部分組成的耐熱環(huán)形插入件230，該插入件230與燃料噴嘴120之由多部分組成的耐熱環(huán)形插入件150相同。
燃料噴嘴200還包括一由多個部分組成的金屬卡環(huán)240，該卡環(huán)包括四個部分242、244、246和248。金屬環(huán)部分242的弧度約為180度。金屬環(huán)部分244的弧度約為120度。金屬環(huán)部分246的弧度約為50度，金屬環(huán)部分248的弧度約為10度。每個金屬環(huán)部分242、244、246和248都包括一設置有螺紋狀隆起226的外部徑向表面214。
如圖12所示的卡環(huán)240之外部徑向表面214還構成了如圖17所示的溝槽210之內部徑向表面214。金屬環(huán)部分242、244、246和248還包括一上邊緣252，該上邊緣與鄰近梯形凹槽210之上底面212的連接表面254(圖6)接合。金屬環(huán)的各個部分242、244、246和248還包括一徑向內表面258和與環(huán)形插入件230之下表面164對應的下邊緣256(圖17)。
在安裝卡環(huán)240之前，環(huán)形耐熱插入件230的插入件部分152、154和156被裝配到燃料噴嘴200的下游端202上。例如，插入件部分152定位于凹槽210之無隆起的部分224內，并圍繞凹槽210以類似于上述安裝環(huán)形插入件150的形式轉動，以在螺紋狀隆起222和螺紋狀溝槽174之間形成內部接合。插入件部分152可在無隆起部分224的間隙內整體移動。插入件的另一部分154設置于無隆起部分224內并可以類似于上述的方式移動，從而使隆起222與插入件部分154的溝槽174嚙合。插入件部分154還可移出無隆起部分224，以完全與凸起222接合。剩下的插入件部分156設置于無螺紋的部分224內，并可以類似于上述的方式轉動約60度到達圖13所示的位置，從而使隆起222與插入件部分152和156的溝槽嚙合約60度，而整個插入件部分154則與隆起222內部嚙合，如圖13所示。
每個插入件部分152、154和156的臺階狀端部180和182都以類似于上述的方式嚙合。
當插入件部分152、154和156被這樣安裝完之后，它們就會通過卡環(huán)240可靠地固定到位。卡環(huán)部分242、244和246被順序定位，如圖14和17所示，從而使金屬環(huán)部分的隆起226與插入件152、154及156的溝槽172嚙合。金屬環(huán)部分248被壓入，以形成卡環(huán)的圓周并構成梯形凹槽210的徑向內壁表面214，以容納環(huán)形插入件230。
卡環(huán)的各個部分242、244、246和248之上邊緣252通過焊接或其它合適的方法固定在連接表面254(圖16和17)上。金屬環(huán)部分的端部262、264、266、268、270、272和274(圖12和14)也被焊接在一起，以形成一體的卡環(huán)，從而用于將插入件部分152、154和156固定到位于出口204處的燃料噴嘴200之下游端202上。
卡環(huán)各個部分242-248之端部262-274最好相對插入件部分152-156的臺階狀端部180和182交錯排列。如果需要，可在卡環(huán)各個部分242-248的外部徑向表面214和插入件各個部分152-156的內部徑向表面166上涂敷合適的公知的高溫粘接劑。
應該注意到由于卡環(huán)部分242、244和246的弧度約為360度，因此卡環(huán)部分248可被焊接成形所替代。卡環(huán)部分可選擇其它不同弧形的尺寸組合。盡管卡環(huán)最好由至少兩部分組成，但卡環(huán)部分的數(shù)量也可選擇。
在這種配置下，燃料噴嘴200在出口噴嘴204處設置有一易于安裝的保護性耐熱插入件。耐熱環(huán)230被可靠固定在溝槽210內，并且無需粘接材料，在本發(fā)明的所有實施例中都可選擇粘接材料。
從前面的說明中，可清楚本發(fā)明的一些優(yōu)點，這些優(yōu)點包括設置有保護性環(huán)形耐熱插入件的燃料噴嘴，其中耐熱插入件平齊裝配在靠近噴嘴出口部分的下游端。這種保護性耐熱插入件易于安裝、修理和更換，并且用于與燃料噴嘴結構相互鎖定。這種保護性耐熱插入件在插入件和出口之間可形成均勻的壁厚，從而使其承受熱損壞和熱化學開裂的性能好于金屬件。因此，這種保護性耐熱插入件延長了燃料噴嘴的使用壽命。
出于上述的觀點，可以看到本發(fā)明的幾個目的可以被實現(xiàn)，而且還可得到本發(fā)明的其它優(yōu)點。
在不脫離本發(fā)明的范圍內，可對上述結構和方法作出各種不同的變化，因此所有包括在上述說明或附圖范圍內的內容都是說明性的，并非是對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種用于氣化器的燃料噴嘴，其包括a)燃料噴嘴主體，其包括一上游端和一下游端；b)同心的內部導管和外部導管從上游端延伸到下游端，以允許含氧氣流和含碳燃料流從下游端分別流動；c)燃料噴嘴的下游端包括一出口和下游端面，所述下游端表面形成有一凹槽；d)一環(huán)形的耐熱插入件，固定于所述凹槽內，用于在下游端對燃料噴嘴形成熱保護和熱化學保護，所述環(huán)形耐熱插入件具有一外露的端面，該端面與所述燃料噴嘴的下游端面基本共面。
2.根據權利要求1所述的燃料噴嘴，其特征在于所述凹槽為形成環(huán)形通道的溝槽。
3.根據權利要求2所述的燃料噴嘴，其特征在于所述環(huán)形耐熱插入件為一個一體的部件，所述燃料噴嘴還包括固定裝置，以將環(huán)形耐熱插入件固定在所述溝槽內。
4.根據權利要求3所述的燃料噴嘴，其特征在于所述溝槽包括一側壁，所述固定裝置包括一穿過所述側壁延伸到所述環(huán)形耐熱插入件內的銷。
5.根據權利要求2所述的燃料噴嘴，其特征在于所述出口包括一下游出口壁面，用于為源于燃料噴嘴的出口流量部分導向，所述溝槽包括相對的側壁表面和一底面，所述側壁表面之一平行于所述下游出口壁面，從而使所述下游出口壁面和所述側壁表面之一之間的厚度基本從所述底面到所述下游端面保持均勻。
6.根據權利要求2所述的燃料噴嘴，其特征在于所述環(huán)形耐熱插入件由三個插入件部分形成。
7.根據權利要求6所述的燃料噴嘴，其特征在于所述溝槽包括相對的壁面，所述固定裝置包括一設置于所述溝槽至少一個壁面上的凸起部分，至少一個溝槽設置于所述插入件部分上，當所述插入件部分位于所述溝槽內時，其用于在隆起部分和溝槽之間形成內部接合，所述內部接合用于將所述插入件部分固定在所述溝槽內。
8.根據權利要求7所述的燃料噴嘴，其特征在于所述凸起部分圍繞所述一個壁局部延伸，從而使預定弧度的所述一個壁上沒有所述隆起。
9.根據權利要求8所述的燃料噴嘴，其特征在于所述預定的弧度略大于最大插入件部分的弧度。
10.根據權利要求9所述的燃料噴嘴，其特征在于所述固定裝置包括設置于所述溝槽上的各個相對壁面上的所述凸起部分。
11.根據權利要求10所述的燃料噴嘴，其特征在于每個所述插入件部分都包括相對的側面，所述固定裝置包括設置于所述插入件部分之各個相對側面上的所述溝槽。
12.根據權利要求11所述的燃料噴嘴，其特征在于所述插入件部分分別沿約12度的弧度延伸，所述溝槽的相對壁面上沒有略大于120度的弧形凸起部分。
13.根據權利要求6所述的燃料噴嘴，其特征在于所述插入件部分包括互補臺階狀的相對端部，以使插入件在溝槽內形成臺階狀接合。
14.根據權利要求2所述的燃料噴嘴，其特征在于所述凹槽包括一裝配側壁，當所述環(huán)形耐熱插入件定位于所述凹槽內時，該側壁與所述出口之下游端相連接。
15.根據權利要求14所述的燃料噴嘴，其特征在于所述裝配側壁由至少三個部分組成。
16.根據權利要求14所述的燃料噴嘴，其特征在于所述裝配側壁由四個側壁部分組成，每個側壁部分都構成所述裝配側壁的一部分，每個所述側壁部分都包括一外部徑向表面、一內部徑向表面、一上邊緣和一下邊緣。
17.根據權利要求16所述的燃料噴嘴，其特征在于所述溝槽包括與所述裝配側壁相對的第二側壁，一凸起形成于各個所述側壁部分的外部徑向表面和所述第二側壁上。
18.根據權利要求17所述的燃料噴嘴，其特征在于所述環(huán)形耐熱插入件由至少兩個插入件部分形成，所述插入件部分包括固定裝置，用于將所述插入件部分固定在所述溝槽內。
19.根據權利要求17所述的燃料噴嘴，其特征在于所述環(huán)形耐熱插入件由至少三個具有相對壁面的插入件部分組成，一溝槽形成于各個所述插入件部分的相對壁面上。
20.根據權利要求19所述的燃料噴嘴，其特征在于當所述插入件部分定位于所述溝槽內時，對應的溝槽和對應的隆起內部嚙合，從而使所述內部嚙合用于將所述插入件部分固定在所述溝槽內。
21.根據權利要求16所述的燃料噴嘴，其特征在于所述裝配側壁在所述上邊緣固定于所述燃料噴嘴的下游端。
全文摘要
氣化器的燃料噴嘴(10)包括一外殼(70),平齊裝配在鄰近噴嘴之出口部分(40)的下游端上。環(huán)形的耐熱插入件(72)圍繞在噴嘴出口上。環(huán)形耐熱部件設置于燃料噴嘴之下游端的凹槽內,并通過定位銷(110)或凸起(144)與溝槽(172)之間的螺紋狀嚙合定位在凹槽內,其中凸起(144)和溝槽(172)分別設置于凹槽和耐熱部件互補的內部接合表面上。通過保護位于燃料噴嘴下游端的易損表面延長了燃料噴嘴的使用壽命。
文檔編號F23D11/38GK1261910SQ98806802
公開日2000年8月2日 申請日期1998年6月29日 優(yōu)先權日1997年7月1日
發(fā)明者唐納德·杜安·布魯克, 邁克爾·愛德華·法里恩, 蓋伊·托馬斯·德爾格雷戈, 奧吉斯J·卡馬齊 申請人:德士古發(fā)展公司