[发明专利]一种N级阶梯整流通道结构的喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器

说明书

一种N级阶梯整流通道结构的喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器，所述喷嘴包括轴对称筒状外壁以及设置于所述外壁内的轴对称的第N，N‑1，……，1级阶梯整流通道结构，所述外壁与所述第N，N‑1，……，1级阶梯整流通道结构共轴，N级阶梯整流通道结构的喷嘴在N‑1级阶梯整流通道结构的喷嘴的基础上形成。

技术领域

本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种N级阶梯整流通道结构的喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器，其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉等各种工业和民用燃烧器。

背景技术

工业生产如冶炼、石化、制药、造纸及采矿等行业会产生大量有害气体和低热值气体，这些气体直接排放到大气中会严重污染环境，而且还浪费了能源。如果将这些气体燃烧利用，不但减小了环境污染和节约能源。当前我国环境污染问题十分严重，发展相关清洁燃烧技术十分迫切。此外，航空发动机、发电用燃气轮机、舰船用燃气轮机也都需要燃烧器。燃烧器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。随着3D打印技术的日益完善，燃气轮机巨头如通用、西门子都在大力发展基于3D打印技术的新型喷嘴设计方法。

因而，亟需开发一种基于3D打印加工技术的掺混效果好、回火裕度宽、燃烧稳定、污染物排放低的新型喷嘴及其燃烧器。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种N级阶梯整流通道结构的喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器。

本发明一方面提供一种N级阶梯整流通道结构的喷嘴，包括轴对称筒状外壁以及设置于所述外壁内的轴对称的第N，N-1，……，1级阶梯整流通道结构，所述外壁与所述第N，N-1，……，1级阶梯整流通道结构共轴，在所述喷嘴的经过对称轴的轴向截面中：对于一级阶梯整流通道结构的喷嘴，所述外壁由喷嘴入口至喷嘴出口方向包括顺序连接的第一外壁平直段、第一外壁扩张段、第二外壁平直段、第二外壁扩张段以及第三外壁平直段，第1级阶梯整流通道结构为筒状结构，包括由喷嘴入口至喷嘴出口方向包括顺序连接的第一级阶梯整流通道结构的第一筒壁平直段、筒壁扩张段、第二筒壁平直段、筒壁收缩段以及第三筒壁平直段，所述第一级阶梯整流通道结构的第一筒壁平直段、筒壁扩张段、第二筒壁平直段、筒壁收缩段以及第三筒壁平直段分别与所述外壁的第一外壁平直段、第一外壁扩张段、第二外壁平直段、第二外壁扩张段以及第三外壁平直段处于相同轴向位置，N级阶梯整流通道结构的喷嘴在N-1级阶梯整流通道结构的喷嘴的基础上形成，N-1级阶梯整流通道结构的喷嘴的外壁向喷嘴出口方向依次延伸出新增外壁扩张段及新增外壁平直段，第N-1，N-2，……，1级梯整流通道结构的环管壁或筒壁向喷嘴出口方向依次延伸出新增环管壁或筒壁扩张段及新增环管壁或筒壁平直段，第N级阶梯整流通道结构包括2^N-2个管截面为镜像结构的环管状结构，分别设置在N-1级阶梯整流通道结构的喷嘴的各级梯整流通道结构及外壁之间的2^N-2个环形间隔流道处，每一管截面为镜像结构的且上下部均断开的环管状结构包括第N级阶梯整流通道结构沿喷嘴入口至喷嘴出口方向上顺序设置的第一环管壁平直段、环管壁扩张段、第二环管壁平直段、环管壁收缩段以及第三环管壁平直段，所述第N级阶梯整流通道结构的环管壁收缩段及环管壁扩张段分别与第N-1，N-2，……，1级阶梯整流通道结构的从喷嘴出口开始向喷嘴入口出现的前两个收缩段以及外壁从喷嘴出口开始向喷嘴入口出现的前两个扩张段处于相同轴向位置，所述第N级阶梯整流通道结构的第三环管壁平直段、第二环管壁平直段及第一环管壁平直段分别与第N-1，N-2，……，1级阶梯整流通道结构及外壁的从喷嘴出口开始向喷嘴入口出现的前三个平直段处于相同轴向位置，其中N≥2，N为正整数。

优选地，旋流器叶片设置在相邻的各级梯整流通道结构及外壁之间的2^N-1个环形间隔流道中的至少一个内，呈环形排布，在相对于与轴垂直的面平行于轴偏转一定角度，旋流器页片与轴向夹角0°＜θ＜90°。

优选地，所述旋流器叶片呈多个共轴的环状排布，相邻环状上的旋流器叶片的偏转反向相反。