回热式旋流燃烧器的制造方法
【专利摘要】一种用于多种液体燃料的回热式旋流燃烧器，主要由阀芯型喷嘴（1），前端盖（2），燃烧反应腔外壁（3），回热腔（4），引燃塞（5），回热腔外壁（6），燃烧反应腔（7），燃气排出口（8），后端盖（9），压缩工质进口（10），前端导流槽（11）和桥路排孔（12）组成，其中：由前端导流槽（11）进入燃烧反应腔（7）的工作介质产生3000g的旋流引力场，从而提高燃烧效率；由于燃料在燃烧反应腔（7）内反应时间较长，从而对燃料的技术指标要求很低，适用于多种燃料；另外，强制循环的工作介质构成了热能的闭路循环，从而减少了热能的传导损失。本发明的结构采用良好的耐蚀性材料，可广泛采用化工品燃料和劣质燃料，本发明结构合理简单，造价低廉，使用维护和修理简易。
【专利说明】回热式旋流燃烧器
[0001]
【技术领域】
本发明涉及一种燃烧器，属于热能、热机、动力机械领域，尤其是将液体燃料中的化学能通过燃烧反应，产生高温高压热能，然后由热机或动力机械转换为机械能的燃烧器。
【背景技术】
[0002]目前燃气轮机、涡扇发动机以及燃油锅炉、燃煤粉锅炉的燃烧器更多地采用旋风、旋流燃烧技术，用以提高燃烧效率，以期达到节能减排环保的目的。
[0003]旋风燃烧器通常以整流叶片所形成的旋流场，其引力场的作用有效也有限，仍不能满足进一步的技术要求。
[0004]因此，设计一种燃烧器即可以提高燃烧效率，降低未完全反应物的排放，又可以减少燃烧器大梯度温度场和材料热传导所造成的热能损失，是十分必要的。
【发明内容】
[0005]根据【背景技术】所述，本发明的目的在于避免上述不足，提供一种将分离【技术领域】的强引力场技术引入旋流燃烧器，使燃烧器内部产生数千倍地心重力的引力场，作用于雾化的燃料雾滴，完善汽化过程，提高燃烧效率，降低未完全反应物的排放；同时将热工领域的换热、回热技术应用于燃烧器的结构设计，通过回热构造，尽可能地减少燃烧器大梯度温度场和材料热传导所造成的热能损失(，而且能够)用于多种液体燃料的燃烧器。
[0006]为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种用于多种液体燃料的燃烧器，主要由阀芯型喷嘴(I )，前端盖(2)，燃烧反应腔外壁(3)，回热腔(4)，引燃塞(5)，回热腔外壁(6)，燃烧反应腔(7)，燃气排出口(8)，后端盖(9)，压缩工质进口(10)，前端导流槽(11)和桥路排孔(12)组成，其中:工作介质通路和燃气排出口(8)相互隔离，燃烧反应腔(7)的外壁与外壳之间形成回热腔(4)，工作介质通路使工作介质流向回热腔(4)，桥路排孔(12)位于压缩工质进口(10)与回热腔(4)之间，燃气排出口(8)使高温、高压燃气进入动力机械做功，燃气排出口(8)外径与燃烧反应腔(7)外径相切，燃气排出口( 8 )旋向与前端导流槽(11)旋向一致。
[0007]进一步地，所述的桥路排孔(12)的构造为燃烧反应腔(7)的外壁与外壳之间构成互不干涉的通道。
[0008]进一步地，所述的前端导流槽(11)按周向分布其数量为3至12个。
[0009]进一步地，所述的燃烧反应腔(7)为圆筒形空间，其长度与直径的比例关系为2至5倍。
[0010]由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和效果:
1、本发明能够很简单地适配于(某种)热机或动力机械，使热机或动力机械小型化，广泛服务于人们的生产和生活之中；
2、本发明借助工作介质的旋转流动面而形成3000倍地心重力的引力场，在此引力场作用下，喷入燃烧腔7 (燃烧反应腔(7))的燃料雾滴在极短时间内完成汽化和漂移，较细的雾滴在2毫秒内完成汽化燃烧过程，较大雾滴在没有完成汽化蒸发前由强引力场作用下漂移到燃烧腔(燃烧反应腔(7))圆筒形器壁表面，较大雾滴在沿器壁表面爬行中完成蒸发汽化过程及燃烧反应，这个过程约5至15毫秒以内；
3、本发明的燃料在燃烧腔中进行化学反应的时间较长，可达25至50毫秒，为内燃机5至10倍，为燃气轮机或涡扇发动机的10至20倍，燃料燃烧化学反应时间充分，燃烧效率高，未完全反应的物质如一氧化碳、碳氢化合物等排放少；
4、本发明采用高温非金属材料，其材料本身热传导系数小，且不必采取强制冷却措施，因而减少热能的损失；
5、本发明回热腔构造，以工作介质的循环将燃烧器(燃烧反应腔(7))器壁材质所传导出的热能再带回到燃烧反应腔中，形成热能传导扩散的闭路循环，减少因材料热传导造成的热能损失；
6、本发明的启动方式为电热引燃，引燃塞为导电陶瓷材质，通电后加热至800°C，用以引燃喷入燃烧腔中的燃料雾滴，燃烧器的每一次工作循环，仅执行一次启动操作，然后即连续燃烧工作；
7、本发明的燃烧腔(燃烧反应腔(7))为一圆筒形空间，利于工作介质气流的旋转运动，燃烧腔的长径比不宜小于2，也不宜大于5，以维持旋流场的稳定；燃烧腔的容积(L)与工作介质的流量(L/s)比例关系为16至25分之一，以保证燃料与工作介质的充分燃烧反应时间；
8、由于强引力旋流场的作用及较长燃烧反应时间的设计，本发明对燃料的技术指标要求不严格，能够适用于多种液体燃料，只要具有一定化学能热值的液体燃料均可使用；
9、本发明由高温非金属材料构成，具有很强的耐腐蚀性能，适用于腐蚀性很强的化工危险品燃料和劣质燃料。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1a为本发明结构的剖视示意图；
图1b为本发明结构的轴向示意图；
图2为本发明工作流程示意图；
图3为本发明的回热节能机能示意图；
图4为本发明结构的立体示意图。
【具体实施方式】
[0012]一种用于多种液体燃料的燃烧器，主要由阀芯型喷嘴1，前端盖2，燃烧反应腔外壁3，回热腔4，引燃塞5，回热腔外壁6，燃烧反应腔7，燃气排出口 8，后端盖9，压缩工质进口 10，前端导流槽11和桥路排孔12组成，其中:工作介质通路和燃气排出口 8相互隔离，燃烧反应腔7的外壁与外壳之间形成回热腔4，桥路排孔12位于压缩工质进口 10与回热腔4之间，桥路排孔12的构造为燃烧反应腔7的外壁与外壳之间构成互不干涉的通道，工作介质通路使工作介质流向回热腔4，燃气排出8使高温、高压燃气进入动力机械做功，燃气排出口 8外径与燃烧反应腔7外径相切，燃气排出口 8旋向与前端导流槽11旋向一致；所述的前端导流槽11按周向分布其数量为3至12个；所述的燃烧反应腔7为圆筒形空间，其长度与直径的比例关系为2至5倍。
[0013]燃烧器的结构如图1所示:阀芯型喷嘴1，燃烧器的前端盖2，回热腔4，燃烧反应腔7及燃烧反应腔外壁3，工作介质通路6，高温高压的燃气排出口 8，燃烧器的后端盖9及压缩工质进口 10，11为位于燃烧器前端的导流槽以引导工质产生强引力旋流场，12为位于燃烧器后端的桥路排孔，桥路排孔12在燃烧反应腔外壁3与回热腔外壁6之间的连接结构中形成工作介质的通路，并为高温高压燃气排出口 8留出通道，5为启动工作的引燃塞，燃烧器的回热腔4与桥路排孔12相通，并通向激励工质旋流运动的导流槽11形成强引力场。
[0014]回热式旋流燃烧器的三个高温非金属构件，前端盖2，后端盖9，及燃烧器本体由穿钉螺母联接紧固。
[0015]由图2示出燃烧器的工作流程:
经压缩的工作介质20由后端盖压缩工质进口 10，通过桥路排孔12和回热腔4通过燃烧器前端的一组导流槽11沿切向进入燃烧反应腔7，工作介质以每秒26至28米的速度沿切向进入燃烧反应腔7后，由气流剧烈的旋转运动而产生了约3000倍地心重力的引力场，经由燃料喷嘴喷射到燃烧反应腔7内的雾滴粒径不等的燃料微滴处于强引力场的作用之下，较细的微滴很快蒸发汽化燃烧，受引力场的作用不明显，较粗燃料微滴则受强引力场作用漂移并附着在燃烧腔外壁3，较粗燃料微滴在沿燃烧腔外壁3爬行过程中很快便蒸发汽化燃烧，不会随燃气排放到大气中形成颗粒物污染，从而也提高了燃料的燃烧效率。
[0016]工作介质与燃料发生燃烧反应所生成的高温高压燃气在燃烧反应腔7内沿螺旋线方向运动至燃烧反应腔7后部的燃气排出口 8，输出至热机或动力机械转化为机械能。
[0017]燃烧器的启动过程由安装在前端盖2上的燃料喷嘴I和安装在燃烧器本体上的引燃塞5协同完成。首先将引燃塞通低压直流电源，I至2秒钟后引燃塞尖端温度达800°C时即开启燃料泵电机，由燃料喷嘴向燃烧反应腔7内喷射呈锥形雾化燃料微滴，燃料微滴遇引燃塞高温火源后即开始燃烧工作。当燃烧器正常工作后，即可以关闭引燃塞电源，停止引燃塞工作。
[0018]当关闭燃料泵电源后，燃料停止喷射，燃烧器即停止工作。当燃烧器停止工作后，动力机械的惯性将新的工作介质压入燃烧器内将燃气替换掉，为下一次启动做好准备条件。
[0019]如图3所示，燃烧器的燃烧反应腔7内产生的高温热能不可避免地沿燃烧反应腔外壁3材料向梯度较低方向传导，造成较多热能损失。
[0020]为减少由材料热传导所造成的热能损失，采用将中温工作介质流经燃烧反应腔外壁3即回热腔4进行降温、换热、回热的作法。由中温工作介质强制流经桥路排孔12和回热腔4，使得工作介质温度升高，较高温度的工作介质将热能带回到燃烧腔7中，连续形成热能的闭路循环。图中，黑色箭头为大梯度湿度场中热能扩散的方向，当燃烧器材料中以热容与温度体现的热能传导至燃烧反应腔外壁3外侧的回热腔4时，中温的工作介质如灰色箭头所示，将被传导出来的高温加热，同时也降低了燃烧反应腔外壁3的温度，中温的工作介质温度升高时则被沿导流槽11压入到燃烧腔7内，而由回热腔外壁6以低梯度的温度场所传导损耗的热能则很少。
[0021]另外，燃烧器的作用是为某种热机或动力机械系统的组成部分之一，其应用是为热机或动力机械配套。
[0022]燃烧器的零件制造工艺:将粉末材料由压力机和模具压制成型再进行高温烧结。
[0023]对于形状比较简单的前端盖和后端盖零件，可直接由模具压制成型再进行高温烧结。对于形状比较复杂的燃烧器本体，可将其内外分解后再压型。然后修整加工后拚装在一起进行烧结。烧结前将引燃塞锥孔粗加工，预留。前端盖上的安装喷嘴的螺纹孔也要预
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[0024]燃烧器本体与前端盖和后端盖之间的密封为平面密封。密封平面的表面粗糙度Ra需要达到0.4μ m以下，因此需要采用金刚石刀具高速精密镜面磨削。
[0025]燃烧器本体上的引燃塞锥孔需要与引燃塞配制研磨，保证良好的密封而不具备互换性。
[0026]燃烧器的装配工艺:部件的装配紧固由穿钉、隔热垫片、开口弹簧垫圈、螺帽组成。将各装配件排列正确后，用力矩扳手均匀对称旋紧四颗螺帽。为保证张紧力均匀对称，需要分三轮至四轮按对角方向逐渐旋紧至力矩要求。
[0027]装配检测:将组装完成的部件安装到专用检测装置上，连接高压气管路，逐步将气压升到5.0MPa，检查受力和泄漏。
[0028]燃烧器的应用试验:应用试验需要与热机或动力机械系统共同完成。
【权利要求】
1.一种回热式旋流燃烧器，主要由阀芯型喷嘴(1)，前端盖(2)，燃烧反应腔外壁(3)，回热腔(4)，引燃塞(5)，工作介质通路(6)，燃烧反应腔(7)，燃气排出口(8)，后端盖(9)，压缩工质进口(10)，前端导流槽(11)和桥路排孔(12)组成，其特征在于:工作介质通路(6)和燃气排出口(8)相互隔离，燃烧反应腔(7)的外壁与外壳之间形成回热腔(4)，工作介质通路(6)使工作介质流向回热腔(4)，桥路排孔(12)位于压缩工质进口(10)与回热腔(4)之间，燃气排出口(8)使高温、高压燃气进入动力机械做功，燃气排出口(8)外径与燃烧反应腔(7 )外径相切，燃气排出口( 8 )旋向与前端导流槽(11)旋向一致。
2.根据权利要求1所述的回热式旋流燃烧器，其特征在于:所述的桥路排孔(12)的构造为燃烧反应腔(7)的外壁与外壳之间构成互不干涉的通道。
3.根据权利要求1所述的回热式旋流燃烧器，其特征在于:所述的前端导流槽(11)按周向分布其数量为3至12个。
4.根据权利要求1所述的回热式旋流燃烧器，其特征在于:所述的燃烧反应腔(7)为圆筒形空间，其长度与直径的比例关系为2至5倍。
【文档编号】F23D11/24GK104235841SQ201410175862
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】黄友钢 申请人:北京发源动力机械设计研究有限公司