一种多喷孔喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器制造技术

本发明专利技术提供了一种多喷孔喷嘴，其包括内层圆筒、外层圆筒、M层波浪结构，至少一层波浪结构具有N层隔板，M层波浪结构夹设于内层圆筒和外层圆筒之间，其沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层波浪结构之间以及波浪结构与内层圆筒、外层圆筒之间形成气流通道，隔板为环形带状结构，其沿圆筒四周的径向依次排列于内层圆筒和外层圆筒之间，并沿轴向插入所述至少一层波浪结构的顶端，隔板与所述至少一层波浪结构交织形成多个喷孔，通过调节隔板的数量、层数、隔板之间的距离、高度和扩张角，可以控制喷嘴喷出的反应流体的流量，实现了对反应气体流场和燃烧的精细组织和调控，提高了燃烧的稳定性和效率，降低了燃烧产生的污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃烧装置
，尤其涉及一种多喷孔喷嘴和喷嘴阵列，其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉等各种工业燃烧器。
技术介绍
燃气轮机由于单机体积小和输出功率大等特点，广泛应用于电力、航空、石油化工等行业。由于能源危机和环境恶化，急需发展高效清洁燃烧室，要求燃烧室具有点火可靠、燃烧稳定、效率高及低排放等特性。当前我国环境污染问题十分严重，发展燃气轮机清洁燃烧技术十分迫切。燃气轮机厂商已经开发了多种清洁燃烧技术，如贫预混燃烧技术、稀相预混预蒸发技术、贫油直喷技术以及催化燃烧技术等，这些技术虽然可以有效降低污染物的排放，但都面临燃烧不稳定的问题。如美国通用公司开发的一种用于液体燃料燃烧的径向分级燃烧技术，可以有效降低一氧化氮排放。但是，由于主火焰稳定在剪切层的低速边沿，剪切层低速区域附近会产生周期性的涡脱落，在稳定点附近易产生振荡，在非设计工况运行时易发生燃烧不稳定现象。与燃气轮机燃烧器类似，其它各类工业燃烧器也面临着稳定燃烧与降低污染物排放的矛盾。作为燃烧器的重要部件，喷嘴决定着流入燃烧器流体的流量和角度，而流体的喷射流量和角度对燃烧稳定、燃烧效率和排放有重要影响，因此，如何控制流体的喷射流量和角度，进而对流体流场和燃烧进行精细组织和调控，以达到燃烧稳定、效率高和低排放的要求，成为本领域亟待研究的课题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种多喷孔喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。(二)技术方案本专利技术提供了一种多喷孔喷嘴，其包括内层圆筒10、外层圆筒20、M层波浪结构30，至少一层波浪结构30具有N层隔板40；其中，M层波浪结构30夹设于内层圆筒10和外层圆筒20之间，其沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层波浪结构30之间以及波浪结构30与内层圆筒10、外层圆筒20之间形成气流通道，隔板40为环形带状结构，其沿圆筒四周的径向依次排列于内层圆筒10和外层圆筒20之间，并沿轴向插入所述至少一层波浪结构的顶端，隔板40与所述至少一层波浪结构30交织形成多个喷孔41，其中，1≤N≤1000，1≤M≤100。优选地，波浪结构30由沿径向起伏的K个波峰32和K个波谷33沿周向相间排列而成，相邻两层波浪结构的波峰和波谷之间、最外层波浪结构30与外层圆筒20之间以及最内层波浪结构30与内层圆筒10之间形成气流通道，其中，2≤K≤1000。优选地，隔板的数量、和/或隔板的层数N、和/或隔板之间的距离、和/或隔板的高度被调节，气流通道喷出的反应流体的流量随之改变。优选地，隔板40具有扩张角，该扩张角为隔板40与轴向的夹角，隔板的扩张角被调节，气流通道喷出的反应流体的角度随之改变。优选地，该多喷孔喷嘴的气流通道为由波浪结构的底端向顶端延伸，并与轴向具有一定角度的斜流通道31，反应流体经斜流通道31喷出后，同时沿轴向和圆周方向旋转运动，在该沿圆周方向旋转运动的作用下产生第一低速区。优选地，M层波浪结构30中的至少一层波浪结构30还包括支撑圆筒37，该支撑圆筒的顶端与波浪结构的波峰和波谷的底端连接，相邻支撑圆筒37之间形成引流通道，引流通道与波浪结构形成的斜流通道连通，最内层支撑圆筒37与内层圆筒的下部之间形成内侧流道35，该内侧流道35与最内层波浪结构30和内层圆筒20形成的斜流通道31连通，最外层支撑圆筒37与外层圆筒的下部之间形成外侧流道36，该外层流道35与最外层波浪结构30和外层圆筒20形成斜流通道31连通。优选地，M层波浪结构30形成的斜流通道31与轴向的夹角被调节，反应流体沿圆周方向旋转运动的轨迹被改变，反应流体流场速率随之变化，火焰燃烧速率与反应流体流场速率实现匹配。优选地，空气和燃料分别由不同的引流通道流入斜流通道31，由斜流通道31喷出的空气和燃料充分掺混。本专利技术提供了一种多喷孔喷嘴阵列，其包括上述多喷孔喷嘴中的任意一种；其中，该多喷孔喷嘴阵列为圆形阵列，该圆形阵列包括P圈喷嘴，每圈喷嘴包括Q个喷嘴，其中1≤P、Q≤100；或者，该多喷孔喷嘴阵列为矩形阵列，该矩形阵列包括P行喷嘴，每行喷嘴包括Q个喷嘴，其中1≤P、Q≤100。本专利技术提供了一种燃烧器，其包括上述多喷孔喷嘴中的任意一种，或者上述多喷孔喷嘴阵列。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的多喷孔喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器具有以下有益效果：(1)通过调节具有隔板的波浪结构的数量、隔板的层数、隔板之间的距离和隔板的高度，可以控制喷嘴喷出的反应流体的流量，实现了对反应气体流场和燃烧的精细组织和调控，提高了燃烧的稳定性和效率，降低了燃烧产生的污染；(2)通过调节隔板的扩张角，可以控制喷嘴喷出的反应流体的角度，实现了对反应气体流场和燃烧的精细组织和调控，进一步提高了燃烧的稳定性和效率，降低了燃烧产生的污染；(3)隔板还增加了波浪结构的强度、减小了波浪结构的振动和热变形，在隔板存在的情况下，波浪结构可以采用较薄的材料加工，减小了波浪结构对气流通道的阻塞，进而减小了流动损失，进一步提高了燃烧的稳定性和效率，降低了燃烧产生的污染；(4)隔板结构简单、易于加工；(5)在斜流通道的作用下，在喷嘴出口的中心轴附近产生第一低速区，其防止熄火和火焰脉动现象的发生，提高了燃烧的稳定性，并提高了燃烧的完全性和效率；(6)支撑圆筒起到导流作用，使得反应流体流速更平稳、流场更稳定，可进一步提高燃烧的稳定性、完全性和效率；(7)空气和燃料可在喷嘴附近充分掺混，有助于进一步提高燃烧的稳定性、完全性和效率；(8)支撑圆筒厚度可变，实现了厚度的平滑过渡，并满足了支撑圆筒的强度要求，减少了支撑圆筒的材料用量，减轻了喷组的重量。附图说明图1为本专利技术实施例的具有一层波浪结构的多喷孔喷嘴的结构示意图；图2为图1所示多喷孔喷嘴的半剖三维轮廓图；图3为图1所示多喷孔喷嘴略去内层圆筒和外层圆筒的半剖三维轮廓图；图4为本专利技术实施例的具有两层波浪结构的多喷孔喷嘴的纵剖面图。【符号说明】10-内层圆筒；20-外层圆筒；30-波浪结构；31-斜流通道；32-波峰；33-波谷；34-内侧流道；35-外侧流道；36-支撑圆筒；37-第一层波浪结构；38-第二层波浪结构；40-隔板；41-喷孔。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多喷孔喷嘴，其特征在于，其包括内层圆筒(10)、外层圆筒(20)、M层波浪结构(30)，至少一层波浪结构(30)具有N层隔板(40)；其中，M层波浪结构(30)夹设于内层圆筒(10)和外层圆筒(20)之间，其沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层波浪结构(30)之间以及波浪结构(30)与内层圆筒(10)、外层圆筒(20)之间形成气流通道，隔板(40)为环形带状结构，其沿圆筒四周的径向依次排列于内层圆筒(10)和外层圆筒(20)之间，并沿轴向插入所述至少一层波浪结构的顶端，隔板(40)与所述至少一层波浪结构(30)交织形成多个喷孔(41)，其中，1≤N≤1000，1≤M≤100。

【技术特征摘要】
1.一种多喷孔喷嘴，其特征在于，其包括内层圆筒(10)、外层圆筒
(20)、M层波浪结构(30)，至少一层波浪结构(30)具有N层隔板(40)；
其中，M层波浪结构(30)夹设于内层圆筒(10)和外层圆筒(20)
之间，其沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层波浪结构(30)之间以及
波浪结构(30)与内层圆筒(10)、外层圆筒(20)之间形成气流通道，
隔板(40)为环形带状结构，其沿圆筒四周的径向依次排列于内层圆筒(10)
和外层圆筒(20)之间，并沿轴向插入所述至少一层波浪结构的顶端，隔
板(40)与所述至少一层波浪结构(30)交织形成多个喷孔(41)，其中，
1≤N≤1000，1≤M≤100。
2.如权利要求1所述的多喷孔喷嘴，其特征在于，波浪结构(30)
由沿径向起伏的K个波峰(32)和K个波谷(33)沿周向相间排列而成，
相邻两层波浪结构的波峰和波谷之间、最外层波浪结构(30)与外层圆筒
(20)之间以及最内层波浪结构(30)与内层圆筒(10)之间形成气流通
道，其中，2≤K≤1000。
3.如权利要求1所述的多喷孔喷嘴，其特征在于，隔板的数量、和/
或隔板的层数N、和/或隔板之间的距离、和/或隔板的高度被调节，气流
通道喷出的反应流体的流量随之改变。
4.如权利要求1所述的多喷孔喷嘴，其特征在于，隔板(40)具有
扩张角，该扩张角为隔板(40)与轴向的夹角，隔板的扩张角被调节，气
流通道喷出的反应流体的角度随之改变。
5.如权利要求2所述的多喷孔喷嘴，其特征在于，该多喷孔喷嘴的
气流通道为由波浪结构的底端向顶端延伸，并与轴向具有一定角度的斜流
通道(31)，反应流体经斜流通道(31)喷出后，同时沿轴向和圆周...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11