本發(fā)明涉及燃燒裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種旋流數(shù)和湍流度可調(diào)的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器，其特別適用于燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐、化工爐等各種工業(yè)燃燒器。

背景技術(shù)：

工業(yè)生產(chǎn)如冶煉、石化、制藥、造紙及采礦等行業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體和低熱值氣體，這些氣體直接排放到大氣中會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而且還浪費(fèi)了能源。如果將這些氣體燃燒利用，不但減小了環(huán)境污染和節(jié)約能源。當(dāng)前我國(guó)環(huán)境污染問題十分嚴(yán)重，發(fā)展相關(guān)清潔燃燒技術(shù)十分迫切。此外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)、艦船用燃?xì)廨啓C(jī)也都需要燃燒器。燃燒器廠商已經(jīng)開發(fā)了多種清潔燃燒技術(shù)，如貧預(yù)混燃燒技術(shù)、稀相預(yù)混預(yù)蒸發(fā)技術(shù)、貧油直噴技術(shù)等，這些技術(shù)雖然可以有效降低污染物的排放，但都面臨燃燒不穩(wěn)定的問題。

旋流數(shù)和湍流度是噴嘴和燃燒器的重要參數(shù)，其對(duì)燃燒性能有重要影響，不同的旋流數(shù)和湍流度與燃燒穩(wěn)定性、污染物排放有直接關(guān)系，針對(duì)不同的工況需要對(duì)旋流數(shù)和湍流度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便改善燃燒性能。因而，本領(lǐng)域亟需開發(fā)一種旋流數(shù)和湍流度可調(diào)的燃燒器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種旋流數(shù)和湍流度可調(diào)的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種旋流數(shù)和湍流度可調(diào)的噴嘴，包括：同軸設(shè)置的中間圓筒和外層圓筒，旋流器設(shè)置于所述中間圓筒與外層圓筒之間；所述旋流器包括內(nèi)圈葉片和外圈葉片，所述內(nèi)圈葉片固定在中間圓筒的外壁上，所述外圈葉片固定在外層圓筒內(nèi)壁上，所述內(nèi)圈葉片和外圈葉片用于調(diào)節(jié)旋流數(shù)和湍流度。

優(yōu)選地，所述內(nèi)圈葉片包括沿中間圓筒周向排列的多個(gè)葉片，所述外圈葉片包括沿外層圓筒周向排列的、與內(nèi)圈葉片數(shù)量對(duì)應(yīng)的葉片。

優(yōu)選地，所述中間圓筒和/或外層圓筒可繞軸線旋轉(zhuǎn)，所述內(nèi)圈葉片與外圈葉片之間的相對(duì)位置隨之改變，旋流數(shù)和湍流度隨之被調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述內(nèi)圈葉片的靠近外圈葉片的側(cè)邊具有凸齒，所述外圈葉片的靠近內(nèi)圈葉片的側(cè)邊具有凹齒。

優(yōu)選地，所述內(nèi)圈葉片沿其長(zhǎng)度方向均分為兩段，所述中間圓筒對(duì)應(yīng)分為兩段；所述外圈葉片沿其長(zhǎng)度方向也均分成兩段，所述外層圓筒對(duì)應(yīng)分為兩段。

優(yōu)選地，所述內(nèi)圈葉片和外圈葉片在寬度方向上部分重疊。

優(yōu)選地，所述內(nèi)圈葉片和外圈葉片的其中之一設(shè)有擾流柱，另一個(gè)設(shè)有擾流孔。

優(yōu)選地，當(dāng)所述內(nèi)圈葉片和外圈葉片重疊時(shí)，所述擾流柱與擾流孔相互咬合。

本發(fā)明還提供了一種噴嘴陣列，包括上述任一噴嘴。

本發(fā)明還提供了一種燃燒器，包括上述任一噴嘴，或者噴嘴陣列。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的旋流數(shù)和湍流度可調(diào)的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器具有以下有益效果：

通過轉(zhuǎn)動(dòng)中間圓筒或外層圓筒，調(diào)整旋流器的內(nèi)圈葉片與外圈葉片之間的相對(duì)位置，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)整流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度的目的。當(dāng)燃燒發(fā)生脫火的趨勢(shì)時(shí)，可以增大流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度，避免火焰被吹熄；當(dāng)發(fā)生回火趨勢(shì)時(shí)，可以減小流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度，防止發(fā)生回火，該噴嘴工作范圍寬、可以根據(jù)燃燒狀態(tài)靈活調(diào)整流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流度，摻混效果好、安全性好、污染物排放低、燃料適用范圍廣，具有良好的燃燒穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為旋流器的內(nèi)圈葉片和外圈葉片相互咬合的示意圖；

圖3為旋流器的內(nèi)圈葉片和外圈葉片錯(cuò)開一定角度的示意圖；

圖4為噴嘴處于擴(kuò)散燃燒模式的示意圖；

圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5所示噴嘴的內(nèi)圈葉片和外圈葉片錯(cuò)開一定角度的示意圖；

圖7為本發(fā)明第三實(shí)施例噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明第四實(shí)施例噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明第五實(shí)施例噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為圖9中內(nèi)圈葉片和外圈葉片之間夾角大于0度的示意圖。

【符號(hào)說明】

1-噴嘴入口；2-內(nèi)圈葉片；21-內(nèi)圈葉片上半段；22-內(nèi)圈葉片下半段；3-外圈葉片；31-外圈葉片上半段；32-外圈葉片下半段；4-凸齒；5-凹齒；6-外圈流道；7-中間流道；8-中間圓筒；9-外層圓筒；10-摻混區(qū)；11-外層圓筒出口；12-中間圓筒入口；13-外層圓筒入口。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

請(qǐng)參考圖1至圖3，本發(fā)明第一實(shí)施例提供了一種旋流數(shù)和湍流度可調(diào)的噴嘴，包括：同軸設(shè)置的中間圓筒8和外層圓筒9，中間圓筒8內(nèi)部為中間流道7，中間圓筒8與外層圓筒9之間形成外圈流道6。外層圓筒沿下游方向突出于中間圓筒，外層圓筒出口11與中間圓筒出口之間形成摻混區(qū)10。

噴嘴還包括旋流器，其設(shè)置于中間圓筒8和外層圓筒9之間的外圈流道6中。

旋流器包括內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3。為清楚顯示旋流器結(jié)構(gòu)，圖1中對(duì)外壁進(jìn)行了半剖，圖2和圖3略去了外壁。

內(nèi)圈葉片2固定在中間圓筒8的外壁上，包括沿中間圓筒周向排列的多個(gè)葉片，外圈葉片3固定在外層圓筒9內(nèi)壁上，包括沿外層圓筒周向排列的、與內(nèi)圈葉片2數(shù)量對(duì)應(yīng)的葉片，內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3的長(zhǎng)度方向沿與噴嘴軸線呈一定角度的方向延伸，寬度方向沿噴嘴徑向方向延伸，內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3的寬度可以相同也可以不同，優(yōu)選寬度相同。內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3在噴嘴軸線的位置較中間圓筒出口更靠近上游側(cè)。相鄰的一內(nèi)圈葉片和一外圈葉片組成一旋流葉片對(duì)，即內(nèi)圈葉片和外圈葉片組成多個(gè)旋流葉片對(duì)。

內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3的結(jié)合處具有鋸齒結(jié)構(gòu)，內(nèi)圈葉片的靠近外層圓筒9，也就是靠近外圈葉片3的側(cè)邊具有凸齒4，外圈葉片的靠近中間圓筒8，也就是靠近內(nèi)圈葉片2的側(cè)邊具有凹齒5。凸齒4和凹齒5用于調(diào)整外圈流道6中流場(chǎng)的湍流度。

本發(fā)明實(shí)施例的噴嘴工作于預(yù)混燃燒模式，燃料與空氣在進(jìn)入噴嘴前已經(jīng)摻混均勻，由噴嘴入口1進(jìn)入噴嘴，在中間圓筒入口處燃料與空氣的混合物分成兩部分，一部分進(jìn)入中間流道7，這部分流體保持軸向運(yùn)動(dòng)；另一部分進(jìn)入外圈流道6，在旋流器的作用下，流體進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)；這兩部分流體在摻混區(qū)10相互摻混。由于外圈流道的混合物帶有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力作用下使混合物在噴嘴出口形成擴(kuò)張形火焰，提高了燃燒的穩(wěn)定性，中間流道7的混合物為無旋的軸向運(yùn)動(dòng)，可以防止在噴嘴出口形成強(qiáng)回流區(qū)，減小了流動(dòng)損失、降低了污染物排放，因此該噴嘴同時(shí)具有良好的燃燒穩(wěn)定性和低污染物排放。

中間圓筒8內(nèi)可以放置網(wǎng)孔板，用于調(diào)整中間流道的湍流度。網(wǎng)孔板上開孔面積與網(wǎng)孔板面積的比例為0-100％，也就是說網(wǎng)孔板8可以不開孔，混合物僅流入外圈流道，此時(shí)網(wǎng)孔板上開孔面積與網(wǎng)孔板面積的比例為0；網(wǎng)孔板8可以全部開孔，相當(dāng)于不設(shè)置網(wǎng)孔板，網(wǎng)孔板上開孔面積與網(wǎng)孔板面積的比例為100％。優(yōu)選網(wǎng)孔板上開孔面積與網(wǎng)孔板面積的比例為40％-80％。網(wǎng)孔板上孔的直徑為0.1-10mm，孔的大小可以相同也可以不同；孔的形狀可以為圓形、橢圓形、三角形、多邊形或者是這些形狀的組合。

本實(shí)施例的噴嘴還可以工作于擴(kuò)散燃燒模式，如圖4所示，旋流器的出口，即內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3的下游端，與中間圓筒出口位于相同的軸線位置，中間圓筒出口與外層圓筒出口11位于相同的軸線位置。

燃料和空氣在進(jìn)入噴嘴前并不摻混，中間圓筒入口12可以是燃料入口也可以是空氣入口，同樣，外層圓筒入口13也可以是燃料入口或空氣入口。以向中間圓筒入口12通入燃料，外層圓筒入口13通入空氣為例，燃料由中間圓筒入口12進(jìn)入中間流道7，空氣由外層圓筒入口13進(jìn)入外圈流道6。外圈流道的空氣成為帶旋流體，中間流道的燃料為無旋流體，燃料和空氣由噴嘴出口噴出后摻混燃燒，同樣具有良好的燃燒穩(wěn)定性和低污染物排放。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例的噴嘴，中間圓筒8可以繞其軸線旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)內(nèi)圈葉片2繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，改變內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3的相對(duì)位置。旋轉(zhuǎn)中間圓筒8，使旋流葉片對(duì)的內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3之間的角度為零，此時(shí)內(nèi)圈葉片2的凸齒4和外圈葉片3的凹齒5相互咬合在一起，如圖2所示，內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3的作用范圍最小，因而流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度最小。

旋轉(zhuǎn)中間圓筒8，帶動(dòng)內(nèi)圈葉片2轉(zhuǎn)動(dòng)，使旋流葉片對(duì)的內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3分離且二者之間的角度逐漸增大，內(nèi)圈葉片2、外圈葉片3的作用范圍不斷擴(kuò)大，凸齒和凹齒的擾動(dòng)范圍也不斷加大，流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度也逐漸增大，如圖3所示；直至內(nèi)圈葉片2位于相鄰兩個(gè)外圈葉片3的中間位置，如圖1所示，此時(shí)內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3之間的角度為最大，流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度最大。內(nèi)圈葉片和外圈葉片之間的角度是指，旋流葉片對(duì)的內(nèi)圈葉片中心所在的徑線與外圈葉片中心所在的徑線之間的夾角。

在本實(shí)施例中，外間圓筒也可以繞其軸線旋轉(zhuǎn)，或者中間圓筒和外間圓筒均可以繞軸線旋轉(zhuǎn)，同樣可以改變內(nèi)圈葉片與外圈葉片的相對(duì)位置，從而調(diào)節(jié)流場(chǎng)旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度。

由此可見，本發(fā)明通過轉(zhuǎn)動(dòng)中間圓筒或外層圓筒，調(diào)整旋流器的內(nèi)圈葉片與外圈葉片之間的相對(duì)位置，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)整流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度的目的。通過監(jiān)測(cè)火焰的狀態(tài)，當(dāng)燃燒發(fā)生脫火的趨勢(shì)時(shí)，旋轉(zhuǎn)中間圓筒和/或外層圓筒，使相鄰內(nèi)圈葉片和外圈葉片之間角度增大，可以增大流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度，避免火焰被吹熄；當(dāng)發(fā)生回火趨勢(shì)時(shí)，旋轉(zhuǎn)中間圓筒和/或外層圓筒，使相鄰內(nèi)圈葉片和外圈葉片之間角度減小，可以減小流場(chǎng)的旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度，防止發(fā)生回火，因此該噴嘴工作范圍寬、具有良好的燃燒穩(wěn)定性和安全性。

本發(fā)明第二實(shí)施例的噴嘴，為了達(dá)到簡(jiǎn)要說明的目的，上述第一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。

旋流器的內(nèi)圈葉片沿其長(zhǎng)度方向均分成兩段，其中一段設(shè)有凸齒，另一段設(shè)有凹齒，外圈葉片沿其長(zhǎng)度方向也均分成兩段。相應(yīng)地，中間圓筒在與內(nèi)圈葉片分段點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸線位置分成兩段，其上游段和下游段均可以繞軸線旋轉(zhuǎn)，從而分別帶動(dòng)其上的內(nèi)圈葉片上半段21和下半段22轉(zhuǎn)動(dòng)；外層圓筒在與外圈葉片分段點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸線位置分成兩段，其上游段和下游段均可以繞軸線旋轉(zhuǎn)，從而分別帶動(dòng)其上的外圈葉片上半段31和下半段32轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖5所示，內(nèi)圈葉片的凸齒和外圈葉片的凹齒相互咬合在一起，內(nèi)圈葉片上半段21和下半段22的凸齒和凹齒也相互咬合在一起，即旋流葉片對(duì)的四個(gè)小葉片相互咬合在一起形成一大葉片。中間圓筒上、下游段和外層圓筒上、下游段旋轉(zhuǎn)一定角度，使內(nèi)圈葉片上半段21和下半段22以及外圈葉片上半段31和下半段32分離，得到如圖6所示的交錯(cuò)葉片。

雖然上述以內(nèi)圈葉片、外圈葉片、中間圓筒和外層圓筒分為兩段進(jìn)行描述，但本發(fā)明不限于此，本發(fā)明的內(nèi)圈葉片和外圈葉片可以均分為2-100段，相應(yīng)地，中間圓筒和外層圓筒也可以分為2-100段。

本發(fā)明第三實(shí)施例的噴嘴，為了達(dá)到簡(jiǎn)要說明的目的，上述任一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。

在該實(shí)施例中，如圖7所示，內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3的各側(cè)邊為光滑曲線，不具有凸齒和凹齒的咬合結(jié)構(gòu)，同樣可以起到調(diào)節(jié)流場(chǎng)旋流數(shù)和湍流強(qiáng)度的作用。

本發(fā)明第四實(shí)施例的噴嘴，為了達(dá)到簡(jiǎn)要說明的目的，上述任一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。

請(qǐng)參見圖8，在該實(shí)施例中，旋流器的內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3在寬度方向上可以有部分重疊，這樣當(dāng)內(nèi)、外圈葉片之間的角度大于0度時(shí)，可以獲得更大的旋流數(shù)。

本發(fā)明第五實(shí)施例的噴嘴，為了達(dá)到簡(jiǎn)要說明的目的，上述任一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。

請(qǐng)參見圖9，在該實(shí)施例中，內(nèi)圈葉片2和外圈葉片3的寬度相同，其等于或略小于外圈流道的寬度，旋流葉片對(duì)的內(nèi)圈葉片和外圈葉片可以完全重疊，內(nèi)圈葉片上設(shè)有擾流柱，外圈葉片上設(shè)有擾流孔，當(dāng)旋流葉片對(duì)的內(nèi)、外圈葉片重疊時(shí)，擾流柱與擾流孔相互咬合。擾流柱和擾流孔用于增大流場(chǎng)的湍流度。擾流柱和擾流孔的截面形狀可以為圓形、三角形、橢圓形、多邊形。擾流柱高度為0.01mm-100mm，擾流孔深度為0.01mm-100mm。

也可以在內(nèi)圈葉片上設(shè)置擾流孔，外圈葉片上設(shè)置擾流柱，或者內(nèi)圈葉片和外圈葉片上既有擾流孔也有擾流柱。圖10為內(nèi)圈葉片和外圈葉片之間角度大于0度的示意圖。此外還可以用彼此相互咬合的溝槽擾流結(jié)構(gòu)代替擾流孔和擾流柱，也可以達(dá)到增大流場(chǎng)的湍流度的效果。

本發(fā)明第六實(shí)施例提供了一種噴嘴陣列，其包括多個(gè)上述任一實(shí)施例所述的噴嘴。

其中，該噴嘴陣列為圓形陣列，該圓形陣列包括P圈噴嘴，每圈噴嘴包括Q個(gè)噴嘴，其中1≤P、Q≤100。

其中該噴嘴陣列為矩形陣列，該矩形陣列包括P行噴嘴，每行噴嘴包括Q個(gè)噴嘴，其中1≤P、Q≤100。

本發(fā)明第七實(shí)施例提供了一種燃燒器，其包括上述第一至五實(shí)施例中任一實(shí)施例所述的噴嘴，或第六實(shí)施例所述的噴嘴陣列。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明有了清楚的認(rèn)識(shí)。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對(duì)各元件的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如：

(1)擾流結(jié)構(gòu)還可以選用其他結(jié)構(gòu)；

(2)實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；

(3)上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。