[发明专利]一种具有高引射烟气的高原型燃油燃烧器及设计方法

权利要求书

1.一种具有高引射烟气的高原型燃油燃烧器，其特征在于，包括：雾化喷嘴(100)、稳焰盘(200)、燃烧筒(300)和燃烧腔(400)，所述雾化喷嘴(100)位于稳焰盘(200)中部，所述燃烧筒(300)套装于稳焰盘(200)外侧，所述燃烧筒(300)设置于燃烧腔(400)中，所述燃烧腔(400)内侧铺设有蓄热材料(500)，所述雾化喷嘴(100)包括油芯(1)、旋流芯(3)和外壳(2)，所述油芯(1)与外壳(2)螺纹连接，所述油芯(1)中心具有通油腔(8a)，所述外壳(2)上开设有进气孔(9)，所述油芯(1)位于外壳(2)中，所述油芯(1)的外壁与外壳(2)的内壁之间围成通气腔(9a),所述旋流芯(3)连接于油芯(1)的右端处并位于外壳(2)中，所述旋流芯(3)中心具有与油芯(1)的通油腔(8a)相连通的增压通油腔(8b)，所述旋流芯(3)的右端面为锥形面，所述旋流芯(3)的右端面上开设有若干条与通气腔(9a)相连通的旋流槽(5)，所述旋流芯(3)的右端开设有与增压通油腔(8b)相连通的锥形油孔(8c),所述外壳(2)的右端开设有锥形喷孔(2a)，所述锥形油孔(8c)的右端、旋流槽(5)及锥形喷孔(2a)的左端三者相交汇，所述锥形油孔(8c)和锥形喷孔(2a)组成一个拉伐尔喷管，所述锥形油孔(8c)的锥孔母线为维托辛斯基曲线。

2.根据权利要求1所述的一种具有高引射烟气的高原型燃油燃烧器，其特征在于：所述油芯(1)的右端具有突出部(1a)，所述旋流芯(3)的左端面向右凹陷形成容置部，所述突出部(1a)穿入容置部中，所述突出部(1a)与容置部之间设置有密封圈(4)。

3.根据权利要求1所述的一种具有高引射烟气的高原型燃油燃烧器，其特征在于：所述燃烧筒(300)主要由第一圆柱筒部(3-1)、内凹的曲线形筒部(3-2)、锥形筒部(3-3)和第二圆柱筒部(3-4)由左至右依次一体构成，所述锥形筒部(3-3)上开设有若干个引射槽。

4.根据权利要求1所述的一种具有高引射烟气的高原型燃油燃烧器，其特征在于：所述稳焰盘(200)的盘体下端外径为97mm，上端外径为110mm，厚度为3.5mm，稳焰盘中心孔的外径为29mm，厚度为1.5mm，稳焰盘(200)的叶片为等宽直叶片，叶片厚度取1mm，根圆直径29mm，顶圆直径90mm，叶片数为12，叶片的顶部宽度取9mm，叶片根部的宽度取为2.5mm，稳焰盘(200)的中心孔的高度为3.5mm。

5.根据权利要求1或4所述的一种具有高引射烟气的高原型燃油燃烧器，其特征在于：所述稳焰盘(200)的叶片倾角为35°。

6.根据权利要求3所述的一种具有高引射烟气的高原型燃油燃烧器，其特征在于：所述引射槽宽度为11.5mm，高度为17mm。

7.一种制造如权利要求3所述高原型燃油燃烧器的方法，其特征在于，包括：

A1设计稳焰盘的步骤，所述设计稳焰盘的步骤包括:

S1)盘体尺寸设计

根据燃烧机功率及燃烧筒尺寸确定稳焰盘的尺寸范围；进行试验，确定最佳尺寸；

S2)叶片设计

在叶轮外圆展开图上，将叶片在其根圆上遮盖的弧长S_x同相邻两叶片根部之间的弧长的出口之间长度S_j之比，定义为轴向叶片的遮盖度k，即有

遮盖度取值为1.1～1.5，遮盖度越大，气流流场的旋流作用也越强烈，但遮盖度超过一定限度后，旋流叶片的流阻过大，而旋流强度并无显著变化；

S3)中心孔设计

S4)稳焰盘旋流强度计算

采用以下公式计算：

式中：r_o为叶片外径，r_i为叶片内径，β为叶片倾角，Z为叶片数目，η为相邻两叶片出口的间距：

式中：δ为叶片厚度；

随叶片倾角增大，旋流强度S逐渐降低；

S5)稳焰盘阻力计算

由式(3)可知，旋流强度S随着叶片倾角β的减小而增大,但当叶片角度β≤45°时，流动阻力随之增大,故在设计计算时应考虑流动阻力的影响；

对于叶片类型为直型的轴向叶片旋流器，在Re1×10⁵条件下，阻力系数ξ可用下式计算：

ξ＝2.5S (4)

可见，对于旋流叶片式稳焰盘结构，阻力系数与旋流强度成正比的关系；

采用数值模拟的方法对不同叶片倾角稳焰盘的气流流场进行冷态研究，选定叶片倾角；

A2设计燃烧筒的步骤，所述设计燃烧筒的步骤包括：

在变径分段式燃烧筒基础上进行改进设计，考虑引射性能和气流流场结构，利用数值计算方法进行引射槽结构尺寸改进，确定引射槽开口宽度w与引射量关系，选定引射槽开口宽度w；确定引射槽高度h与引射量关系，选定引射槽高度h；为了增强引射效果，在变径分段式燃烧筒基础上依据开槽对角线与原结构相等的原则设计文丘里式和坛子形燃烧筒结构，根据回流量和稳焰效果选定燃烧筒类型。