专利汇可以提供压力雾化喷嘴专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种包括一 喷嘴 体(30)的压 力 雾化喷嘴 ,其中设有一 湍流 —和/或旋流腔(39),该腔(39)通过一喷嘴孔(33)保持与外界相连,并且设有至少一个用于该雾化 流体 (37,12)的第一供给通道(41,41a),所述流体在压力作用由该通道输送,至少一条用于该雾化流体(37)的一部分或一第二雾化流体(37’)的另一供给通道(38)于该腔(39)中,通过该通道,该流体(37)的所述部分或该第二流体(37’)可在压力作用下并可带有旋转地输送。该两级压力雾化喷嘴例如可形成在一燃汽透平 燃烧器 的每种工况下 燃料 雾化 角 (Φ)的简单配合。,下面是压力雾化喷嘴专利的具体信息内容。
1、压力雾化喷咀,其包括一喷咀体(30),在该喷咀体中设有一湍流 —和/或旋流腔(39),该旋流腔通过一喷咀孔(33)与外界空间保持连 通并设有至少一条用于该欲雾化的流体(37)的供给通道(41,41a), 所述流体(37)在压力作用下通过所述供通道输送,其特征在于:该旋流腔 (39)中汇入至少一条另外的用于输送该欲雾化的流体(37)的一部分的 或用于输送一第二欲雾化的流体(37’)的供给通道(38),该流体(3 7)的所述部分或该第二流体(37’)是可在压力作用下并带有旋流地通过 该通道输送的。
2、如权利要求1所述压力雾化喷咀,其特征在于:该欲雾化的流体(3 7)是可通过该/该些第一供给通道无旋流地供入该腔(39)中的。
3、如权利要求1所述压力雾化喷咀,其特征在于:该欲雾化的流体(3 7)是可通过该/该些第一供给通道保持旋转地供入该腔(39)中的。
4、如权利要求2所述压力雾化喷咀,其特征在于:该喷咀孔(33)设 置于一第一管(31)的盖板(32)中,一个小外直径的第二管(35)装 于该第一管(31)中,该第二管伸展主所述的盖板(32),并且在该第二 管(35)靠盖板侧的一端设有至少一个开口(38),该开口是切向设置的 并构成一旋流通道并用于连接该第一管(31)和第二管(35)之间的环形 腔(36),该喷咀孔(33)从该腔(39)中通入外部空间中,此时,该 腔(39)基本上由该盖板(32),该第二管件(35)的内壁及该第二管 (35)中的插塞(40)限围而成,并且该/该些设立的供给通数(41) 是轴向平行地设置于该插塞(40)中的。
5、如权利要求2所述压力雾化喷咀,其特征在于:该喷咀孔设置于—第 一管件(31)的盖板(32)中,在该第一管件(31)中安装有一外直径 小的第二管件(35),该第二管件伸至所述盖板(32),并在该第二管件 (35)的盖板端设有至少一个开口(38),该开口为切向布置的并将该第 二管(35)与该腔(39)连通,该喷咀孔(33)自该腔(39)引入外 界空间,此时该空间(39)主要是由盖板(32),该第二管件(35)的 内壁及该第二管件(35)中的插塞(40)限围而成,并且该第一供给通道 (41)被设置用作该插塞(40)和该第二管(35)的内壁之间的环隙。
6、如权利要求1所述压力雾化喷咀,其特征在于:在—第一管件(31) 的盖板(32)中设有该喷咀孔(33),在该第一管件(31)中安装有一 外径小的第二管件(35),此时在该管件(31)和(35)之间形成的环 形通道(36)作为一旋流级的输送路线,并且该管件(35)由一插塞(4 0)界定,该插塞与该第一管(31)的盖板(32)形成该腔(39),此 时该插塞(40)中设置至少一条切向布置的旋流通道(38)以连通该环形 通道(36)和该腔(39),并且在该第二管件(35)和插塞(40)中 轴向平行地设置至少一条作为用于该欲雾化的流体的湍流通道的供给通道,并 且该/该些供给通道(41)汇入该/该些旋流腔(38)中。
7、如权利要求1所述压力雾化喷咀,其特征在于:该喷咀孔(33)设 置于—第一管(31)的盖板(32)中,在该第一管(31)中安装有一小 外直径的第二管件(35),此时,在该管件(31)和(35)之间形成的 环形通道(36)作为一旋流级的输送路线,并且该管件(35)由一插塞( 40)界定,该插塞与该第一管件(31)的盖板(32)形成该腔(39), 此时该插塞(40)中设置至少一条切向布置的旋流通道(38)以连通该环 形通道(36)和该腔(39)并且在第二管件(35)和该插塞中轴向平行 地设置至少一条作为用于该欲雾化的流体的湍流通道的供给通道,并且该/该 些供给通道(41)汇入该/这些旋流腔(38)中。
8、如权利要求3所述压力雾化喷咀,其特征在于:该双旋流级提供不同 的雾化锥角。
9、如权利要求3和8所述喷咀,其特征在于:该喷咀孔(33)设置于 一第一管件(31)的盖板(32)中,在该第一管件(31)中安装有一小 外直径的第二管件(35),该管件(35)延伸至所述盖板(32),并且 在该第二管件(35)靠盖极端设有至少一条开口(38),该开口是切向布 置的并构成一供给通道,并且使该第一管件(31)和第二管件(35)之间 的环形腔(36)与该腔(39)保持连通,该喷咀孔(33)从该腔(39) 引向外界空间,此时该腔(39)主要由该盖板(32),该第二管件(31) 的内壁及该第二管件(35)中的一插塞(40)限围而成,并且该/该些切 向设置的供给通道(41a)设置于该插塞(40)中作为旋流通道。
10、如权利要求9所述高压雾化喷咀,其特征在于,该流过该/该些第 一供给通道(41a)的雾化流体(37)是较小旋转的而该流体(37)的 旋转部分或该第二流体(37’)流过该/该些另外的供给通道。
11、驱动权利要求1,2,4,5或6之一所述压力雾化喷咀工作的方 法,其特征在于:该压力雾化喷咀在全负荷及超载运行时由一主湍流发生级控 制,此时,该总的欲雾化的流体(37)通过该湍流腔(39)的至少一个供 给通道(41)无旋转地输送,从而在此产生一强的湍流,该腔(39)通过 该喷咀孔(33)与外界空间相连,并且在部分—和低负荷运行时,该压力雾 化喷咀可由一附加的压力旋流级驱动运行,此时该进行雾化的流体(37)的 一部分或该进行雾化的第二流体(37’)通过至少一条另外的供给通道(3 8)可旋地供给该腔(39)并且在该腔(39)中产生一强烈的旋流,该腔 (39)通过至少一个喷咀孔(33)与外界相连,此时通过该旋流级输送的 那部分流体随总流体流量之下降而增加。
12、驱动权利要求1,3,8,9或10所述压力雾化喷咀工作的方法, 其特征在于:在全负荷和超载运行时,该压力为雾化喷咀由一带有极小的旋流 的主压力旋流级驱动工作,此时该总的雾化流体(37)由该旋流腔(39) 的至少一条第一供给通道(41a)输送,因而在此产生一旋流,该腔(39) 由至少一个喷咀孔(33)保持与外界空间相连通,并且在部分和低负荷运行 时该压力雾化喷咀另外还由一另外的带有更大旋流的压力旋流级驱动工作,此 时进行雾化的流体(37)的一部分或该雾化的第二流体(37’)由该腔( 39)的至少一个产生强烈旋流的另外供给通道(38)输送,并且在此产生 强烈的旋流,该腔(39)通过至少一个喷咀孔(33)保持与外界空间相连, 通过该另一旋流级输送的产生强烈旋转的那部分流体(37,37’)随总流 体质量流的下降而增加。
13、如权利要求11或12所述方法,其特征在于:该两级之间可灵活 地相互转换。
14、如权利要求11或12所述方法,其特征在于:该两级可被同时驱 动工作并喷雾是可在扩散中变化的。
15、如权利要求11或12所述方法,其特征在于:该两级只有一个被 驱动工作。
16、液体燃料(12)在一没有混合延伸距离的燃烧器中燃烧的方法, 其中在该燃烧器的内腔(14)中,通过使燃料(12)在一喷咀(3)中之 雾化而在流动方向产生扩散,该内腔(14)的内腔构成得不会被锥形液体燃 料柱(燃料滴雾4)浸湿,该燃料柱被从一切向流入该燃烧器的燃烧空气流( 15)包围,从而在该燃烧器的出口处混合气产生点火,并且在烧咀附近火焰 由一回流区加以稳定,其特征在于:该喷咀(3)为权利要求1至10中任一 所述的压力雾化喷咀,该喷咀按权利要求11至15中任一所述方法运行,并 且该燃烧空气流(15)的3至7%作为围绕该喷咀(3)的外护空气流(1 5a)而输送。
17、液体燃料(12)在一个带混合延伸距离的燃烧器中燃烧的方法, 其中在该燃烧器的内腔(14)中,通过使燃料(12)在一喷咀(3)中的 雾化而在流动方向产生扩散,该内腔(14)的内腔构成得不会被锥形液体燃 料柱(燃料滴雾4)浸湿,该燃料柱被从一切向流入该燃烧器的燃烧空气流( 15)包围,并由此形成一旋流,该旋流借助于在流动方向在一混合延伸距离 (220)上延伸的过渡通道(201)往下游流,并且混合气的点火首先发 生在该燃烧器的出口处,此时烧咀附近的火焰通过回流区稳定,其特征在于: 该喷咀(3)为如权利要求1至10之一所述的压力雾化喷咀,该雾化喷咀按 权利要求11至15之一所述方法运行,并且该燃烧空气流(15)的3至7 %作为围绕该喷咀(3)的外护空气流(15a)而输送。
在公知的雾化燃烧器中,进行燃烧的燃油利用机械方式实现雾状分布。其 细微的油滴直径(油雾)大约为10至400μm,这些油滴与燃烧空气混合 在火焰中产生蒸发并燃烧。在压力雾化技术中(参见德国斯图加特出版社出版 的Lueger技术百科词典第7卷第600页),通过一油泵将油在高压下 输给一雾化喷咀。通过基本上沿切向方向延伸的槽使燃油到达一旋流腔中并通 过一喷咀孔从该喷咀中喷射出去。借此可使油分子在轴向和径向产生两个运动 分量。这个从喷咀孔流出的如旋转空心圆筒一样的油膜因离心力之作用而扩展 成一空心圆锥,其边缘产生不稳定的摇摆并撕裂成小的油滴,该雾化油构成了 或多或少的更大顶锥角的锥形。
在现代的燃烧器,例如使其基本结构如欧洲专利EPO321809B1 中所述的双锥结构预混合燃烧器中,采用矿物燃料进行无害物燃烧,对流体燃 料之雾化提出了特殊的要求,这些要求首先是:
1、油滴之大小必须足够地小,从而该油滴能在燃烧前完全蒸发。
2、油雾的锥顶角(扩展角)在燃烧压力增高时应特别地小。
3、该油滴必须具有高的速度及冲量,以便可在浓的燃烧混合气中贯穿足 够的远,从而使该燃料蒸汽在达到火焰前锋之前能完全与燃烧空气混合。
压力高达大约100bar的公知结构形式的旋流喷咀(压力雾化器)及 空气辅助雾化器几乎不适合在这种条件下使用,因为它们不允许采用小的扩散 角,雾化质量受到限制并且油滴喷雾冲量也小。
由于燃料未充分蒸发并混合,因此有必要附加进水以便降低局部火焰温度 及NOX的形成。此时,输入的水也通常对火焰区产生干扰,尽管该火焰区只 产生极少的NOX,但这对火焰稳定是很重要的,如火焰脉动和/或不完全燃 烧那样常常引起火焰不稳定,这会使CO的排放量增加。
一种改进是由EP0496016B1所述的公知高压雾化喷咀实现的。 该高压雾化喷咀由一喷咀体构成,在该喷咀体中设有一湍流腔,该湍流腔由至 少一个喷咀孔保持与外界空间连通,并设至少一条用于在压力下供给雾化流体 的供给通道。其特征在于,汇入该湍流腔的供给通道的横截面积比该喷嘴孔的 横截面积大大约2至10倍。通过这种布置可获得:在该湍流腔中产生一高水 平的湍流,该湍流水平在燃料运行途中直到喷出该喷咀之出口都不会减退。流 体喷束将通过该在喷孔前产生的湍流喷入外部空间中,即在离开该喷咀孔后迅 速分解,在此产生20°及更小的扩散角。该油滴大小同样是极小的。
燃汽透平燃烧器利用液体燃料工作时人们努力探索尽可能在燃汽涡轮机的 总负荷范围(在额定负荷下约10%-120%燃料流)内形成油滴喷雾,该 喷雾可能在一预定的空气流场中在总的范围形成无损伤物的及稳定的燃烧。
将液体燃油喷入燃汽透平燃烧器中的上述高压雾化喷咀的应用按要求在全 负荷及超负荷(100-120%)时会产生一个但不过高的压力(100b ar)及一小的油滴大小,从而由于雾化角小,则不希望出现的湿壁及焦化得 以避免。
然而,在部分负荷时,该燃料进口压力因总燃料质量流量下降而下降。但 该用于压力雾化所需要的能量处于该燃料进口压力之上,所以在该负荷范围内, 雾化质量变坏并且由于燃料进口压力低,则燃料喷雾在空气流中的贯穿度变小。
本发明试图克服所有这些缺点。本发明之目的在于开发一种压力雾化喷咀, 该喷咀结构简单,只需要极小的结构空间并且该欲雾化的液体可能具有一个对 每个运行工况都相适应的雾化角。由于在一燃汽透平燃烧器中利用压力雾化喷 咀,则由小的燃料质量流(大约为标定功率条件的25%)就可产生一足够高 的喷咀入口压力,但在更大的燃料质量流时(标定功率条件的大约100%- 120%)该喷咀不必需要过高的喷咀入口压力。如此形成的油滴喷雾应该在 燃汽透平的总负荷范围内都可能形成无害的并稳定的燃烧。
根据本发明之压力雾化喷咀包括一喷咀体,在该喷咀体中设有一湍流—和 /或旋流腔,该腔通过一喷咀孔与一外界空间保持连通并且提供有至少一条用 于该雾化流体的第一供给通道,所述流体在压力作用下流过该通道,借此可获 得:至少一条用于输送该雾化流体的一部分或一第二雾化流体的另外供给通道 汇入该腔中,该流体的所述部分或该第二流体在压力作用下并带有旋流地通过 该另外供给通道输送。
本发明的优点还在于:通过该两级压力雾化喷咀可能使油滴喷雾(雾化质 量,油滴大小,雾化角)适合于每种负荷工况。此外,该喷咀之结构简单,只 需要很小的地方。
该压力雾化喷咀如此设置的特别目的在于:将该雾化流体通过该/这些第 一供给通道无旋转地输送入该腔中。因此该主雾化级构成一无旋流的湍流辅助 型压力雾化喷咀,借助于高的喷咀进口压力,例如100bar,该喷咀产生 一个极细的并带有极小的雾化锥角的喷雾。通过将该湍流雾化级与该上述旋流 级相结合,由于小油滴产生小的扩散,因此可获得使喷雾与每种工作条件相适 应。该由该旋流通道输入该腔中的那部分雾化流体在该腔中旋转。通过该旋转 运动,在该喷咀孔处产生一空心锥形流动,所以,从通过该旋流级输送的某一 质量部分开始,该流体只以油膜形式从该喷咀喷出。此时该旋流级的流体质量 部分随总流体质量流的下降而增加,该流体进口压力可保持在高水平之上,所 以在低质量流时也可获得一良好的雾化。在低负荷时,该流体雾化角更大,这 就对该流体喷雾在空气流中的较小贯穿度进行了补偿。但在全负荷和超载时, 希望具有一极小的雾化锥角,在这种情况下,该通过该旋流通道流出的欲雾化 流体质量流将减少或完全切断停止。
本发明的进一步的优点在于:当利用本发明的压力雾化喷咀时,该欲雾化 的流体通过该/该些第一供给通道可保持旋转地供入该腔。借此构成一个二级 压力旋流雾化喷咀,该两级一起引向一共用腔中,该腔在此为一旋流腔。当该 欲雾化的流体在带有极小的旋流时供入该主旋流级时,该雾化流体产生一狭小 雾化角。
在全负荷—和超载工作时,该压力雾化喷咀由一产生极小旋流的主压力旋 流级驱动工作,此时该总雾化流体通过至少一条该旋流腔的供给通道可带旋转 地输送,并在该腔中形成一旋转流动,该腔通过该喷咀孔与外界空间保持连通, 并且在部分负荷—和低负荷工作时,该压力雾化喷咀还通过一条产生更大旋流 的另外压力旋流级驱动工作,此时该雾化流体的一部分或一第二雾化流体通过 该腔的至少一条产生更强烈旋流的另外供给通道输送,并在此产生一强烈的旋 转流。该腔通过该喷咀孔达到与外界空间的连通,此时通过该另外旋流级输送 的带强烈旋流的那部分流体将随总流体质量流的下降而增加,所以,按照这种 方式,可使该喷雾与每个负荷范围形成良好的栩合。
另外的优点是该两级间可灵活地转换,所以按运行负荷条件不同该喷咀可 用该两级之一级工作。
本发明的压力雾化喷咀的其它较好结构描述于后述各权利要求中。
最后本发明的喷咀较好是安装于一双锥结构的预混合燃烧器中或安装于一 四开口燃烧器中,所以在喷咀附近范围,一部分燃烧空气(大约3%至7%) 以围绕该喷咀的外护气流形式供给。借此,避免形成局部火焰分解—和再循环 区。
本发明的各实施例表示于下列各图中,其中:
图1是带有湍流级和旋流级的压力雾化喷咀的局部纵剖视图;
图2是沿图1中湍流级区域中的II-II线剖视的压力雾化喷咀的横剖 视图;
图3是沿图1中压力雾化喷咀的旋流区域中的III-III线剖视的横 视图;
图4是带有两个旋流级的压力雾化喷咀的局部纵剖视图;
图5是沿图4中压力雾化喷咀的主旋流级区域中的V-V线剖视的横剖视 图;
图6是沿图4中压力雾化喷咀的另一旋流级区域中的VI-VI线的横剖 视图;
图7是表示另一个类似于图1之变型实施例那样的压力雾化喷咀的局部纵 剖视图;
图8是表示将流体传送至两级压力雾化喷咀的流体传送系统之示意图,其 中燃油在两级中雾化;
图9是表示将流体传送至两级压力雾化喷咀的流体传送系统的示意图,其 中在两级中喷射不同的流体(油,水);
图10表示用于图1所述喷咀的质量流分布曲线;
图11表示用于图4所示喷咀的质量流分布曲线;
图12表示一种双锥结构的预混合燃烧器的透视图;
图13表示按图12中XIII-XIII平面剖视的简化视图;
图14表示按图12中XIV-XIV平面剖视的简化剖视图;
图15表示按图12中XV-XV平面剖视的简化剖视图;
图16表示在喷咀后区域内具有外护空气导向装置的双锥燃烧器之前视图;
图17表示在喷咀后区域内带有护罩空气导向装置的四槽燃烧器之前视图。
为了便于理解,此些图只示出本发明的基本元件。在各图中,相同的元件 用相同的标号标出。介质的流动方向用箭头表示。
下面根据多个实施例及图1至16对本发明作出解释。
图1至3表示本发明的第一实施例,其中图1表示压力喷咀的局部纵剖视 图,图2和3表示不同的平面处的两个横剖视图。
该压力雾化喷咀包括一个由一共一管形件31构成的喷咀体30,在其流 动方向由一锥形端盖32封住。在该端盖32的中部设有喷咀孔33,其纵轴 由标号34标出。在该管形件31中安装一第二管形件35。该第二管形件3 5的外径比第一管形件31的内径小,并安置于该端盖32的附近与该端盖接 触。环形腔36设置于两管形件31,35之间,用于供给例如欲雾化的部分 流体37。该第二管形件35处于端盖32上的端部设有四个切向槽38,该 些槽38将环形腔室36与腔39连通,该腔39用作将喷射流体从该些槽3 8中导入该腔39中的旋流腔。该腔39由该端盖32的内壁及第二管形件3 5的内壁和固定于该腔39中的插塞40限定构成。该插塞40与该槽38的 外棱边间隔开,在另外的实施例变型中也可采用相同的高度。在该插塞40中, 设有4个供给通道41,用于供给喷射的流体37,该些通道41有可能使流 体37成为无旋流的支流流入该腔39中,所以在这种情况下,该腔39用作 湍流腔。因此,本发明的压力喷咀由两级构成,一级为湍流发生级(图2), 另一级是压力旋流级(图3)。
与图示各实施例不同的是该压力雾化喷咀设有更多或更少的槽38,亦即 供给通道41。例如,该供给通道可在该插塞40的整个周边范围内延伸,从 而在该湍流腔39中形成一条作为供给通道的环隙。同样,该些通道沿周边另 行分布也是可能的。
图4至6表示本发明的其它实施例,其中图4表示本发明的压力雾化喷咀 之局部纵剖视图;图5和6表示在两个不同平面处的横剖视图。
这喷咀有别于上述各实施例之结构区别仅在于:在该喷咀中具有一主旋流 级,用于代替湍流发生级。因此,该些供给通道41a与图1中的供给通道4 1相比不是沿轴向设置于插塞40中的,而是切向设置的,所以不仅是通过通 道38还是通过通道41a喷射的流体37都在腔39中产生旋转。因此,重 要的是:在流过通道38的流体37之旋转较大并且可能产生更大的喷雾锥角 期间,当该流体流过通道41a时,该雾化的流体37带有微小的旋转,该 旋转将形成狭小喷雾锥角。在图4所示实施例中,向该喷咀从两侧供给雾化 的流体37和37’。该两流体37和37’被旋转地导向腔39中,此时该 腔39为一纯旋转腔,其中流体37之旋转比流体37’的小些。通过不同的 旋转,可对喷雾锥角产生影响,并因此而影响喷出喷咀的流体流量分布。
图7表示本发明的两级压力雾化喷咀的另一实施例,其带有一湍流发生级 和一旋流级。该压力喷咀包括一个由一管形件31构成的喷咀体30,该管形 件31之一流动方向由一锥形端盖32封住。在该端盖32中也设有一喷咀孔 33。在该第一管形件31中装有一第二管形件35,该第二管形件35的外 直径小于该第一管形件31的内直径,所以在该两管形件31和35之间构成 了一环形腔36。根据图7所示该环形腔在各种部件中可具有不同的高度。这 种环形通道36可用作旋转级的输入导管。该第二管形件35由一插塞40限 制分界,该插塞40与该第一管形件31的端盖32围成腔39。在该插塞4 0中,至少设置一个切向布置的旋流通道38,以便将该环形腔36与腔39 连通起来。例如该旋流通道38较好的是6条。在该第二管形件35中和插塞 40中,轴向平行地设置有至少一个另外的供给通道41,用作雾化的流体的 湍流通道,因而该/该些旋转通道38汇入该/该些供给通道41中。
可以看出:该些通道38和41是如此设置的,即例如该些旋转通道38 汇入该些供给通道41中,所以欲雾化的流体只通过通道41导入腔39中。
图8表示一种可能的至压力雾化喷咀的流体输送系统的示意图。通过一泵 42将欲雾化的流体(此时为流体燃料即燃油12)泵送入储压器43中。一 回流空气阀49用于调节泵入口压力。在该泵42和储压器43之间之燃料输 送装置中设置一单向阀50。从该储压器43处引出两条输送管路44,45, 其中管路44供料至环形腔36(并且作为旋流雾化级),而管路45与供给 通道41(湍流发生级)或41a(旋流雾化级)相连。在管路44和45每 个中都设有一控制阀46或47,以允许对每个欲雾化的流体量进行控制。根 据需要,该两阀46,47之一可完全关闭,所以,在这种情况下只有该喷咀 的两雾化级之一在工作。在该两雾化级之间可相互转换。如图8所示,将通过 该燃料输送系统将燃料供给多个燃烧器,例如一燃气透平燃烧室。所述线路之 优点在于:只需要两个阀46、47即每级一个控制阀就可控制该两雾化级。
在图9中示出类似于图8的另一实施例变型。在这种情况下,分别通过一 输送管路44将水51及通过一输送管路45将油输送给该压力雾化喷咀。在 该些输送管路44和45每个中都安装一泵42和其流动下游的单向阀50, 用该单向阀可在要求的方向将管路44和45封闭住。雾化的流体12,51 的量将借助于控制阀46,47调节。如图9所示,将通过流体输送系统将流 体燃料12及水51输送给多个燃烧器,例如一燃烧透平燃烧室,所以该喷咀 在起动时或部分负荷工作时只有油12通过主旋流级喷出成微细喷雾。因此该 施流级可因最大的燃料流量mBS而显示出最大之压力。在更高的负荷,即全 负荷时可通过管路44实现喷水51。水51和油12在腔39中混合并形成 一种乳化液,该乳化液由出口从喷咀中喷出并雾化。这就可降低NOX的排放 量。并且还带来这样的优点:即每个雾化级只需一个控制阀,汽轮机装置只需 要一条油路并且该旋流级只用作纯的燃油设备,那时,借助于由管道44输送 的水可在相同压力时使总的质量流量增加。
图10表示相对于根据图1所示的实施例变型由压力雾化喷咀喷出的喷雾 在距喷咀某一距离处之半径R的燃料质量流的mBS分布图。如果只有湍流发 生级工作,则喷雾锥角将极小。相反,如果只有旋流级工作,则可获得更大 的喷雾锥角。借助于使该两级结合起来工作,则可连续地改变该两级之间的 质量分布。
图11表示相对于根据图4所示的实施例变型由压力雾化喷咀喷出的喷雾 在距该喷咀某一距离处的半径R的燃料质量流mBS的分布曲线。借助于使该 产生不同喷雾锥角的两个旋流级结合起来工作也可同样改变该两级间的质量流 分布。
本发明的压力雾化喷咀可装入一燃汽轮机燃烧器中并按如下方式工作:
首先将一压力喷咀应用于图1所示的实施例中。此时对全负荷及超载而言 采用极狭小的喷雾锥角是极为理想的,因此时只使用湍流辅助雾化级。因此, 通过至少一个供给通道41(按图1中为4个供给通道41)将全部欲雾化的 燃料质量流供给湍流腔39中,在此产生强湍流流,该湍流流随后通过喷咀孔 33喷入燃烧器中。该主级借助于大约100bar的喷咀压力形成一个带有 极狭小喷雾锥角(大约20°)的极细喷雾。在部分负荷及低负荷时,该湍 流辅助压力雾化级与一旋转级结合以便由小的扩散而形成小的液滴。因此该欲 雾化的燃料的一部分通过至少一个另外的供给通道38(图1中为4个供给通 道38)无旋转地供给腔30中,所以该湍流腔30还附带用作旋流腔。通过 该旋转运动,将在喷咀孔33附近形成一大锥度流。燃料的某一部分被输送通 过该旋流级,只以膜状从该喷咀中流出。此时流过该旋流级的这部燃料质量流 将随该总燃料质量流之下降而扩大,该燃料流入压力可保持在高水平之上(大 于10bar),因此即使在低质量流时也能保持良好的雾化。从而在低负荷 时该雾化锥角也扩大。因而低负荷时在气流中燃料喷雾的贯穿度小于全负荷 时的贯穿度,贯穿度小可通过增大喷雾锥角加以补偿。对于全负荷及超载而言 希望获得极小的喷雾锥角。因此,通过该旋流通道38的燃料质量流支流必 须被完全切断,从而保持一个单纯的湍流辅助级压力喷咀就足够了。
采用图4所示的压力雾化喷咀,在燃气透平全负荷及超载运行时,经过至 一条第一供给通道41a(图4中为4条通道41a)将欲雾化的全部燃料在 很低的旋转下输入旋流腔39,并在旋流腔中形成旋流,紧接着通过该喷咀孔 33流入外部空间中。利用该微小的旋流将可实现狭小的喷雾锥角,其利用 高的压力实现对燃料的良好雾化。在部分及低负荷运行时,欲雾化的燃料部分 通过至少一条另外的供给通道38(图4为4条)在强烈旋转下供入腔39中。 在该腔39中产生一强烈的旋流,其随后通过喷咀孔33流入外部空间,从而 通过另外的旋流级产生强烈旋流的燃料质量流部分将随总燃料质量流的下降而 扩大。此时强烈的旋转将导致形成一更大的喷雾锥角,这将再一次对气流中 燃料贯穿度低作出补偿。通过喷雾锥角的可变外形将可获得在燃汽透平每个 运行工况下燃料雾化的最佳配合。与常规的两级旋流喷咀相反,根据本发明的 实施方案,两级都一道引入一共同的旋流腔中。此外,根据负荷范围不同可将 不同的流体,如油12及水51在该两级中雾化。
本发明的压力雾化喷咀可设置于一双锥结构的混合燃烧器中,该混合燃烧 器的基本结构描述于EPO321809B1中。
图12表示带有整体混合区的双锥燃烧器之透视图。两锥体部分1,2相 对其纵向对称轴16,26是可相互移动地设置的。通过这种布置在锥体部分 1,2的两侧上形成相对的进口布置,每侧设置一切向空气进口19,20, 通过该些进口将燃烧空气15导入燃烧器的内腔14中,亦即导入由该两锥形 体1,2构成的锥形空腔中。该锥形体1,2在流动方向沿直线扩展,亦即它 相对燃烧器轴线具有恒定不变的锥角。该两锥形体1,2具有一圆筒形起始部 分1a,2a,该部分同样可移动运动。在该圆筒形起始部分1a,2a中, 安装本发明的压力雾化喷咀3,该喷咀安装在大约是该燃烧器的锥形内腔14 的最狭窄截面处。可看出该燃烧器没有圆筒形起始部分也可实施,因此它为纯 粹的锥形。该流体燃产12将借助于上述类型的喷咀3并按上述方式形成雾化。 按照每种运行工况产生不同的喷雾锥角。该燃料喷雾4将由通过空气进口1 9,20切向进入燃烧器的燃烧空气流15包围于燃烧器的内腔14中,混合 气的点火首先发生在燃烧器的出口处,因此,在炉嘴区,火焰通过一回流区6 得到稳定。
该两个锥体1,2在沿空气进口19,20的长度方向每个提供一燃料输 送管路8,9,该管上并列设有开口17,另一种燃料13(气体形式的或液 体形式的)流过该开口17。该燃料13将与该通过切向空气进口19,20 流入燃烧器内腔的流动燃烧空气15混合,其由箭头16表示。该燃烧器的混 合工作可通过喷咀3和燃料传送管8,9得以实现。
在燃烧腔侧安置一带开口11的前板10,依照需要,通过该开口11将 稀释空气或冷却空气导向该燃烧腔22。这种空气充入应注意的是:在燃烧器 出口处形成的火焰稳定性。在此由一回流区6调节一稳定的火焰前锋7。
从图13至15是所选取的导向板21a,21b的布置图。它们例如可 绕旋转点23开启或关闭,从而通过该导板可改变该切向空气进口19,20 的原始间隙大小。可以看出该燃烧器在没有导板21a,21b时也可工作。
但这种燃烧的危险性在于:在喷嘴附近区域将产生火焰分离区—及再回火 区,这一点将依据图16而得以避免,其中在喷咀3周围设置一通道24,一 外护空气流15a流过该通道24作为吹洗空气。该外护空气流15a总共为 该燃烧空气流15的大约3%至7%。
可以看出借助于刚刚描述的方法也可使一燃烧器(图17)工作,该燃烧 器主要由一个用于燃烧空气流15的旋流发生器100及喷入燃料的装置构成, 一混合延伸距离200借助于该装置而设置于该旋流发生器100的下游,并 且该在一第一延伸部分200中在流动方向延伸的过渡通道201设置用于将 该旋流发生器100中形成的流动输送入该过渡通道201下游的该流合延伸 距离220的相关流通截面18中,在此,该喷入燃料的装置为一种根据本发 明而得出的压力雾化喷咀,该喷咀依照上述方法之一进行工作。该湍流发生器 100较好是一种锥形结构的,提供多股沿切向进入的切向燃烧空气流15。 该燃烧空气流处于该燃料滴雾4周围,该滴雾4事先由该液体燃料12的雾化 形成于该两级压力雾化喷咀3中。这样构成的该流动借助于位于该旋流发生器 100下游的无缝的过渡几何结构(过渡通道201)将导入一过渡装置20 0中,该过渡装置200由一管件18得以加长。该混合延伸距离220由两 部分构成,在其出口侧与该实际上在图中未示出的燃烧腔连通。该混合延伸距 离使燃料与燃烧空气可形成良好的混合,从而有可能形成一无损失的流动传送 并可由沿该轴的最大轴向速度防止火焰串出燃烧室而回火。此时,该轴向速度 朝着壁方向下降,可看出该燃烧空气15由管件18的壁中的孔48流入,这 将招致该燃烧空气沿该壁产生一速度提高。首先在该混合管件220的下游形 成一中心回流区6,该回流区具有一火焰稳定器的特性。对当燃烧空气流15 的3%至7%作为外护气流15a绕该压力雾化喷咀导入时这也是一优点。依 照这种方式,可再一次避免在喷咀附近区域形成火焰分离—及再循环区。
有关序号清单 1,2分度锥形体 1a,2a圆筒形起始部分 1b,2b该分度锥形体的中轴 3,雾化喷咀; 4,燃料滴雾; 5,燃烧器轴线; 6,回流区(湍流破裂); 7,火焰前锋; 8,9,燃料输送管道; 10,前板; 11,前板上的开口; 12,液体燃料; 13,其它燃料(液体或气体); 14,燃烧器内腔; 15,燃烧空气流; 15a,外护空气流(燃烧空气流15的一部分); 16,喷入的燃料; 17,开口; 18,管件; 19,20,切向空气进口; 21a,21b,导向板; 22,燃烧器出口侧的燃烧空间; 23,回转点; 30,喷咀体; 31,第一管件; 32,第一管件31的外套; 33,喷咀孔; 34,喷咀的纵轴 35,第二管件; 36,第一管31和和二管35之间的环形腔; 37,欲雾化的流体; 37’,第二个欲雾化的流体; 38,切向设置的开口槽; 39,湍流—和/或旋流腔; 40,插塞; 41,供给通道(轴向取向的) 41a,供给通道(径向取向的) 42,泵; 43,储压器; 44,管路; 45,管路; 46,管路44的阀; 47,管路45的阀; 48,管18中的孔; 49,止回阀; 50,截止阀; 51,水; 100,旋流发生器; 200,过渡件; 201,过渡通道; 220,混合管; α,半锥角; ,喷雾锥角; R,喷雾半径; mBS,燃料质量流。
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