回熱式旋流燃燒器的制造方法
【專利摘要】一種用于多種液體燃料的回熱式旋流燃燒器，主要由閥芯型噴嘴（1），前端蓋（2），燃燒反應(yīng)腔外壁（3），回熱腔（4），引燃塞（5），回熱腔外壁（6），燃燒反應(yīng)腔（7），燃氣排出口（8），后端蓋（9），壓縮工質(zhì)進口（10），前端導(dǎo)流槽（11）和橋路排孔（12）組成，其中：由前端導(dǎo)流槽（11）進入燃燒反應(yīng)腔（7）的工作介質(zhì)產(chǎn)生3000g的旋流引力場，從而提高燃燒效率；由于燃料在燃燒反應(yīng)腔（7）內(nèi)反應(yīng)時間較長，從而對燃料的技術(shù)指標要求很低，適用于多種燃料；另外，強制循環(huán)的工作介質(zhì)構(gòu)成了熱能的閉路循環(huán)，從而減少了熱能的傳導(dǎo)損失。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)采用良好的耐蝕性材料，可廣泛采用化工品燃料和劣質(zhì)燃料，本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理簡單，造價低廉，使用維護和修理簡易。
【專利說明】回熱式旋流燃燒器
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種燃燒器，屬于熱能、熱機、動力機械領(lǐng)域，尤其是將液體燃料中的化學能通過燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高溫高壓熱能，然后由熱機或動力機械轉(zhuǎn)換為機械能的燃燒器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前燃氣輪機、渦扇發(fā)動機以及燃油鍋爐、燃煤粉鍋爐的燃燒器更多地采用旋風、旋流燃燒技術(shù)，用以提高燃燒效率，以期達到節(jié)能減排環(huán)保的目的。
[0003]旋風燃燒器通常以整流葉片所形成的旋流場，其引力場的作用有效也有限，仍不能滿足進一步的技術(shù)要求。
[0004]因此，設(shè)計一種燃燒器即可以提高燃燒效率，降低未完全反應(yīng)物的排放，又可以減少燃燒器大梯度溫度場和材料熱傳導(dǎo)所造成的熱能損失，是十分必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)【背景技術(shù)】所述，本發(fā)明的目的在于避免上述不足，提供一種將分離【技術(shù)領(lǐng)域】的強引力場技術(shù)引入旋流燃燒器，使燃燒器內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)千倍地心重力的引力場，作用于霧化的燃料霧滴，完善汽化過程，提高燃燒效率，降低未完全反應(yīng)物的排放；同時將熱工領(lǐng)域的換熱、回熱技術(shù)應(yīng)用于燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過回熱構(gòu)造，盡可能地減少燃燒器大梯度溫度場和材料熱傳導(dǎo)所造成的熱能損失(，而且能夠)用于多種液體燃料的燃燒器。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種用于多種液體燃料的燃燒器，主要由閥芯型噴嘴(I )，前端蓋(2)，燃燒反應(yīng)腔外壁(3)，回熱腔(4)，引燃塞(5)，回熱腔外壁(6)，燃燒反應(yīng)腔(7)，燃氣排出口(8)，后端蓋(9)，壓縮工質(zhì)進口(10)，前端導(dǎo)流槽(11)和橋路排孔(12)組成，其中:工作介質(zhì)通路和燃氣排出口(8)相互隔離，燃燒反應(yīng)腔(7)的外壁與外殼之間形成回熱腔(4)，工作介質(zhì)通路使工作介質(zhì)流向回熱腔(4)，橋路排孔(12)位于壓縮工質(zhì)進口(10)與回熱腔(4)之間，燃氣排出口(8)使高溫、高壓燃氣進入動力機械做功，燃氣排出口(8)外徑與燃燒反應(yīng)腔(7)外徑相切，燃氣排出口( 8 )旋向與前端導(dǎo)流槽(11)旋向一致。
[0007]進一步地，所述的橋路排孔(12)的構(gòu)造為燃燒反應(yīng)腔(7)的外壁與外殼之間構(gòu)成互不干涉的通道。
[0008]進一步地，所述的前端導(dǎo)流槽(11)按周向分布其數(shù)量為3至12個。
[0009]進一步地，所述的燃燒反應(yīng)腔(7)為圓筒形空間，其長度與直徑的比例關(guān)系為2至5倍。
[0010]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果:
1、本發(fā)明能夠很簡單地適配于(某種)熱機或動力機械，使熱機或動力機械小型化，廣泛服務(wù)于人們的生產(chǎn)和生活之中；
2、本發(fā)明借助工作介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)流動面而形成3000倍地心重力的引力場，在此引力場作用下，噴入燃燒腔7 (燃燒反應(yīng)腔(7))的燃料霧滴在極短時間內(nèi)完成汽化和漂移，較細的霧滴在2毫秒內(nèi)完成汽化燃燒過程，較大霧滴在沒有完成汽化蒸發(fā)前由強引力場作用下漂移到燃燒腔(燃燒反應(yīng)腔(7))圓筒形器壁表面，較大霧滴在沿器壁表面爬行中完成蒸發(fā)汽化過程及燃燒反應(yīng)，這個過程約5至15毫秒以內(nèi)；
3、本發(fā)明的燃料在燃燒腔中進行化學反應(yīng)的時間較長，可達25至50毫秒，為內(nèi)燃機5至10倍，為燃氣輪機或渦扇發(fā)動機的10至20倍，燃料燃燒化學反應(yīng)時間充分，燃燒效率高，未完全反應(yīng)的物質(zhì)如一氧化碳、碳氫化合物等排放少；
4、本發(fā)明采用高溫非金屬材料，其材料本身熱傳導(dǎo)系數(shù)小，且不必采取強制冷卻措施，因而減少熱能的損失；
5、本發(fā)明回熱腔構(gòu)造，以工作介質(zhì)的循環(huán)將燃燒器(燃燒反應(yīng)腔(7))器壁材質(zhì)所傳導(dǎo)出的熱能再帶回到燃燒反應(yīng)腔中，形成熱能傳導(dǎo)擴散的閉路循環(huán)，減少因材料熱傳導(dǎo)造成的熱能損失；
6、本發(fā)明的啟動方式為電熱引燃，引燃塞為導(dǎo)電陶瓷材質(zhì)，通電后加熱至800°C，用以引燃噴入燃燒腔中的燃料霧滴，燃燒器的每一次工作循環(huán)，僅執(zhí)行一次啟動操作，然后即連續(xù)燃燒工作；
7、本發(fā)明的燃燒腔(燃燒反應(yīng)腔(7))為一圓筒形空間，利于工作介質(zhì)氣流的旋轉(zhuǎn)運動，燃燒腔的長徑比不宜小于2，也不宜大于5，以維持旋流場的穩(wěn)定；燃燒腔的容積(L)與工作介質(zhì)的流量(L/s)比例關(guān)系為16至25分之一，以保證燃料與工作介質(zhì)的充分燃燒反應(yīng)時間；
8、由于強引力旋流場的作用及較長燃燒反應(yīng)時間的設(shè)計，本發(fā)明對燃料的技術(shù)指標要求不嚴格，能夠適用于多種液體燃料，只要具有一定化學能熱值的液體燃料均可使用；
9、本發(fā)明由高溫非金屬材料構(gòu)成，具有很強的耐腐蝕性能，適用于腐蝕性很強的化工危險品燃料和劣質(zhì)燃料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1a為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的剖視示意圖；
圖1b為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的軸向示意圖；
圖2為本發(fā)明工作流程示意圖；
圖3為本發(fā)明的回熱節(jié)能機能示意圖；
圖4為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的立體示意圖。

【具體實施方式】
[0012]一種用于多種液體燃料的燃燒器，主要由閥芯型噴嘴1，前端蓋2，燃燒反應(yīng)腔外壁3，回熱腔4，引燃塞5，回熱腔外壁6，燃燒反應(yīng)腔7，燃氣排出口 8，后端蓋9，壓縮工質(zhì)進口 10，前端導(dǎo)流槽11和橋路排孔12組成，其中:工作介質(zhì)通路和燃氣排出口 8相互隔離，燃燒反應(yīng)腔7的外壁與外殼之間形成回熱腔4，橋路排孔12位于壓縮工質(zhì)進口 10與回熱腔4之間，橋路排孔12的構(gòu)造為燃燒反應(yīng)腔7的外壁與外殼之間構(gòu)成互不干涉的通道，工作介質(zhì)通路使工作介質(zhì)流向回熱腔4，燃氣排出8使高溫、高壓燃氣進入動力機械做功，燃氣排出口 8外徑與燃燒反應(yīng)腔7外徑相切，燃氣排出口 8旋向與前端導(dǎo)流槽11旋向一致；所述的前端導(dǎo)流槽11按周向分布其數(shù)量為3至12個；所述的燃燒反應(yīng)腔7為圓筒形空間，其長度與直徑的比例關(guān)系為2至5倍。
[0013]燃燒器的結(jié)構(gòu)如圖1所示:閥芯型噴嘴1，燃燒器的前端蓋2，回熱腔4，燃燒反應(yīng)腔7及燃燒反應(yīng)腔外壁3，工作介質(zhì)通路6，高溫高壓的燃氣排出口 8，燃燒器的后端蓋9及壓縮工質(zhì)進口 10，11為位于燃燒器前端的導(dǎo)流槽以引導(dǎo)工質(zhì)產(chǎn)生強引力旋流場，12為位于燃燒器后端的橋路排孔，橋路排孔12在燃燒反應(yīng)腔外壁3與回熱腔外壁6之間的連接結(jié)構(gòu)中形成工作介質(zhì)的通路，并為高溫高壓燃氣排出口 8留出通道，5為啟動工作的引燃塞，燃燒器的回熱腔4與橋路排孔12相通，并通向激勵工質(zhì)旋流運動的導(dǎo)流槽11形成強引力場。
[0014]回熱式旋流燃燒器的三個高溫非金屬構(gòu)件，前端蓋2，后端蓋9，及燃燒器本體由穿釘螺母聯(lián)接緊固。
[0015]由圖2示出燃燒器的工作流程:
經(jīng)壓縮的工作介質(zhì)20由后端蓋壓縮工質(zhì)進口 10，通過橋路排孔12和回熱腔4通過燃燒器前端的一組導(dǎo)流槽11沿切向進入燃燒反應(yīng)腔7，工作介質(zhì)以每秒26至28米的速度沿切向進入燃燒反應(yīng)腔7后，由氣流劇烈的旋轉(zhuǎn)運動而產(chǎn)生了約3000倍地心重力的引力場，經(jīng)由燃料噴嘴噴射到燃燒反應(yīng)腔7內(nèi)的霧滴粒徑不等的燃料微滴處于強引力場的作用之下，較細的微滴很快蒸發(fā)汽化燃燒，受引力場的作用不明顯，較粗燃料微滴則受強引力場作用漂移并附著在燃燒腔外壁3，較粗燃料微滴在沿燃燒腔外壁3爬行過程中很快便蒸發(fā)汽化燃燒，不會隨燃氣排放到大氣中形成顆粒物污染，從而也提高了燃料的燃燒效率。
[0016]工作介質(zhì)與燃料發(fā)生燃燒反應(yīng)所生成的高溫高壓燃氣在燃燒反應(yīng)腔7內(nèi)沿螺旋線方向運動至燃燒反應(yīng)腔7后部的燃氣排出口 8，輸出至熱機或動力機械轉(zhuǎn)化為機械能。
[0017]燃燒器的啟動過程由安裝在前端蓋2上的燃料噴嘴I和安裝在燃燒器本體上的引燃塞5協(xié)同完成。首先將引燃塞通低壓直流電源，I至2秒鐘后引燃塞尖端溫度達800°C時即開啟燃料泵電機，由燃料噴嘴向燃燒反應(yīng)腔7內(nèi)噴射呈錐形霧化燃料微滴，燃料微滴遇引燃塞高溫火源后即開始燃燒工作。當燃燒器正常工作后，即可以關(guān)閉引燃塞電源，停止引燃塞工作。
[0018]當關(guān)閉燃料泵電源后，燃料停止噴射，燃燒器即停止工作。當燃燒器停止工作后，動力機械的慣性將新的工作介質(zhì)壓入燃燒器內(nèi)將燃氣替換掉，為下一次啟動做好準備條件。
[0019]如圖3所示，燃燒器的燃燒反應(yīng)腔7內(nèi)產(chǎn)生的高溫熱能不可避免地沿燃燒反應(yīng)腔外壁3材料向梯度較低方向傳導(dǎo)，造成較多熱能損失。
[0020]為減少由材料熱傳導(dǎo)所造成的熱能損失，采用將中溫工作介質(zhì)流經(jīng)燃燒反應(yīng)腔外壁3即回熱腔4進行降溫、換熱、回熱的作法。由中溫工作介質(zhì)強制流經(jīng)橋路排孔12和回熱腔4，使得工作介質(zhì)溫度升高，較高溫度的工作介質(zhì)將熱能帶回到燃燒腔7中，連續(xù)形成熱能的閉路循環(huán)。圖中，黑色箭頭為大梯度濕度場中熱能擴散的方向，當燃燒器材料中以熱容與溫度體現(xiàn)的熱能傳導(dǎo)至燃燒反應(yīng)腔外壁3外側(cè)的回熱腔4時，中溫的工作介質(zhì)如灰色箭頭所示，將被傳導(dǎo)出來的高溫加熱，同時也降低了燃燒反應(yīng)腔外壁3的溫度，中溫的工作介質(zhì)溫度升高時則被沿導(dǎo)流槽11壓入到燃燒腔7內(nèi)，而由回熱腔外壁6以低梯度的溫度場所傳導(dǎo)損耗的熱能則很少。
[0021]另外，燃燒器的作用是為某種熱機或動力機械系統(tǒng)的組成部分之一，其應(yīng)用是為熱機或動力機械配套。
[0022]燃燒器的零件制造工藝:將粉末材料由壓力機和模具壓制成型再進行高溫燒結(jié)。
[0023]對于形狀比較簡單的前端蓋和后端蓋零件，可直接由模具壓制成型再進行高溫燒結(jié)。對于形狀比較復(fù)雜的燃燒器本體，可將其內(nèi)外分解后再壓型。然后修整加工后拚裝在一起進行燒結(jié)。燒結(jié)前將引燃塞錐孔粗加工，預(yù)留。前端蓋上的安裝噴嘴的螺紋孔也要預(yù)
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[0024]燃燒器本體與前端蓋和后端蓋之間的密封為平面密封。密封平面的表面粗糙度Ra需要達到0.4μ m以下，因此需要采用金剛石刀具高速精密鏡面磨削。
[0025]燃燒器本體上的引燃塞錐孔需要與引燃塞配制研磨，保證良好的密封而不具備互換性。
[0026]燃燒器的裝配工藝:部件的裝配緊固由穿釘、隔熱墊片、開口彈簧墊圈、螺帽組成。將各裝配件排列正確后，用力矩扳手均勻?qū)ΨQ旋緊四顆螺帽。為保證張緊力均勻?qū)ΨQ，需要分三輪至四輪按對角方向逐漸旋緊至力矩要求。
[0027]裝配檢測:將組裝完成的部件安裝到專用檢測裝置上，連接高壓氣管路，逐步將氣壓升到5.0MPa，檢查受力和泄漏。
[0028]燃燒器的應(yīng)用試驗:應(yīng)用試驗需要與熱機或動力機械系統(tǒng)共同完成。
【權(quán)利要求】
1.一種回熱式旋流燃燒器，主要由閥芯型噴嘴(1)，前端蓋(2)，燃燒反應(yīng)腔外壁(3)，回熱腔(4)，引燃塞(5)，工作介質(zhì)通路(6)，燃燒反應(yīng)腔(7)，燃氣排出口(8)，后端蓋(9)，壓縮工質(zhì)進口(10)，前端導(dǎo)流槽(11)和橋路排孔(12)組成，其特征在于:工作介質(zhì)通路(6)和燃氣排出口(8)相互隔離，燃燒反應(yīng)腔(7)的外壁與外殼之間形成回熱腔(4)，工作介質(zhì)通路(6)使工作介質(zhì)流向回熱腔(4)，橋路排孔(12)位于壓縮工質(zhì)進口(10)與回熱腔(4)之間，燃氣排出口(8)使高溫、高壓燃氣進入動力機械做功，燃氣排出口(8)外徑與燃燒反應(yīng)腔(7 )外徑相切，燃氣排出口( 8 )旋向與前端導(dǎo)流槽(11)旋向一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱式旋流燃燒器，其特征在于:所述的橋路排孔(12)的構(gòu)造為燃燒反應(yīng)腔(7)的外壁與外殼之間構(gòu)成互不干涉的通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱式旋流燃燒器，其特征在于:所述的前端導(dǎo)流槽(11)按周向分布其數(shù)量為3至12個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱式旋流燃燒器，其特征在于:所述的燃燒反應(yīng)腔(7)為圓筒形空間，其長度與直徑的比例關(guān)系為2至5倍。
【文檔編號】F23D11/24GK104235841SQ201410175862
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】黃友鋼 申請人:北京發(fā)源動力機械設(shè)計研究有限公司