燃烧器的制作方法

1.本公开属于燃烧装置技术领域，具体涉及一种燃烧器。


背景技术：

2.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器，要求燃烧器具有点火可靠、燃烧稳定、效率高及低排放等特性。
3.由于目前环境污染问题严重，清洁燃烧技术应运而生。但是，相关的清洁燃烧技术，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，且燃烧器尺寸较大。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开提供一种燃烧器，以期至少部分地解决上述技术问题。
5.本公开实施例提供了一种燃烧器，包括：第一壁面、第二壁面、第三壁面、第一流道、第二流道、第三流道、第一进气管、第二进气管，其中，上述第一壁面与上述第二壁面之间设置上述第一流道；上述第二壁面与上述第三壁面之间设置上述第二流道，上述第三壁面内设置上述第三流道；上述第三壁面内还包括：第一腔体，用于稳定上述第三流道内的流体；第二腔体，设置在上述第一腔体的下方，用于稳定上述第二流道内的流体；上述第一腔体与上述第二腔体之间设置隔板；上述第二腔体内设置整流柱体，上述整流柱体设置在上述隔板与上述第二壁面之间，用于整合第二腔体内的流体；上述第一进气管、上述第二进气管均贯穿上述第一壁面、上述第二壁面、上述第三壁面，上述第一进气管的出口设置在上述第一腔体内，上述第二进气管的出口设置在上述第二腔体内。
6.根据本公开实施例，上述燃烧器还包括：入口段、中间段、出口段，上述入口段与上述中间段、上述中间段与上述出口段均通过螺纹连接；上述第一腔体、上述第二腔体、上述隔板、上述整流柱体均设置在上述中间段；上述第一进气管、上述第二进气管均设置在上述中间段。
7.根据本公开实施例，上述入口段包括扩张形；上述中间段的入口包括扩张形，上述中间段的出口包括平直形；上述出口段的入口包括平直形，上述出口段的出口包括收缩形。
8.根据本公开实施例，上述燃烧器还包括第一支撑柱体、第二支撑柱体；上述第一支撑柱体设置在上述第一壁面与上述第二壁面之间，用于连接和支撑上述第一壁面和上述第二壁面；上述第二支撑柱体设置在上述第二壁面与上述第三壁面之间，用于连接和支撑上述第二壁面和上述第三壁面。
9.根据本公开实施例，上述第二壁面的底部包括锥形。
10.根据本公开实施例，上述燃烧器还包括旋流器，上述旋流器设置在上述第一流道、上述第二流道、上述第三流道的出口处。
11.根据本公开实施例，上述燃烧器还包括雾化喷嘴，上述雾化喷嘴，设置在上述第一流道、上述第二流道、上述第三流道的出口处。
12.根据本公开实施例，上述燃烧器还包括蜂窝板，上述蜂窝板设置在上述第一流道与上述第二流道之间。
13.根据本公开实施例，上述燃烧器还包括第四流道、第三腔体，上述第四流道设置在上述第一流道与上述第二流道之间，上述第三腔体设置在上述第一腔体与上述第二腔体之间。
14.根据本公开实施例，上述燃烧器还包括第三进气管，上述第三进气管的进口设置在上述第三腔体内，上述第三进气管的出口设置在上述第四流道内。
15.本公开实施例提供的燃烧器，设置了三层流道和两个用于稳流的腔体，流体通过三层流道分流，使燃烧器内流体流动均匀。进气管贯穿三层壁面将气流输入对应的稳流腔体中，一方面起到气流稳压的作用，另一方面可以起到支撑三层壁面及两个腔体的作用，从而解决了燃烧不稳定的问题。
附图说明
16.图1示意性地示出了本公开实施例中燃烧器的三维结构示意图；
17.图2示意性地示出了本公开实施例中燃烧器的半剖结构示意图；
18.图3示意性地示出了本公开实施例中燃烧器的入口段三维结构示意图；
19.图4示意性地示出了本公开实施例中燃烧器的入口段半剖结构示意图；
20.图5示意性地示出了本公开实施例中燃烧器的中间段三维结构示意图；
21.图6示意性地示出了本公开实施例中燃烧器的中间段半剖结构示意图；
22.图7示意性地示出了本公开实施例中燃烧器的出口段半剖结构示意图；
23.图8示意性地示出了本公开实施例中燃烧器中间段流道方向示意图；
24.图9示意性地示出了本公开实施例中网孔板在燃烧器内固定示意图；
25.图10示意性地示出了本公开实施例中扩展至第四流道结构的局部示意图。
26.符号说明：
27.0_1
‑
第一壁面；0_2
‑
第二壁面；0_3
‑
第三壁面；0_4
‑
第一流道；0_5
‑
第二流道；0_6
‑
第三流道；
[0028]1‑
入口段；
[0029]
1_1
‑
外圈流道第一入口；1_2
‑
入口段扩张段；
[0030]
1_3
‑
燃烧器固定装置；1_4
‑
外圈流道第二入口；
[0031]
1_5
‑
入口段螺纹；1_6
‑
入口段出口；
[0032]2‑
中间段；
[0033]
2_1
‑
中间段入口；2_2
‑
中间段入口螺纹；
[0034]
2_3
‑
中间段外壁面扩张段；2_4
‑
中间段夹层壁面扩张段；
[0035]
2_5
‑
中间段内壁面扩张段；2_6
‑
中间段固定螺孔；
[0036]
2_7
‑
中间段外壁面平直段；2_8
‑
中间段出口螺纹；
[0037]
2_9
‑
中间段夹层壁面平直段；2_10
‑
中间段内壁面平直段；
[0038]
2_11
‑
中间段夹层壁面出口凹槽；2_12
‑
中间段内层壁面出口凹槽
[0039]
2_13
‑
中间段中心流道出口；2_14
‑
第一腔体；
[0040]
2_15
‑
中间段夹层流道出口；2_16
‑
中间段外圈流道出口；
[0041]
2_17
‑
内圈流道进气管第一部分；2_18
‑
内圈流道进气管第二部分
[0042]
2_19
‑
第一进气管；2_20
‑
第一进气管出口；
[0043]
2_21
‑
整流柱体；2_22
‑
第二进气管出口；
[0044]
2_23
‑
第二腔体；2_24
‑
中间段夹层流道；
[0045]
2_25
‑
中间段外圈流道；2_26
‑
分流锥体；
[0046]
2_27
‑
第二进气管；2_28
‑
隔板；
[0047]3‑
出口段；
[0048]
3_1
‑
出口段外圈流道入口；3_2
‑
出口段夹层流道入口；
[0049]
3_3
‑
出口段中心流道入口；3_4
‑
出口段的入口螺纹；
[0050]
3_5
‑
出口段夹层壁面密封凸台；3_6
‑
出口段内层壁面密封凸台；
[0051]
3_7
‑
出口段中心流道；3_8
‑
出口段夹层流道；
[0052]
3_9
‑
出口段外圈流道；3_10_1
‑
外圈流道出口支撑柱体
[0053]
3_10_2
‑
夹层流道出口支撑柱体；
[0054]
3_11
‑
出口段外圈流道出气口；3_12
‑
出口段夹层流道出气口；
[0055]
3_13
‑
出口段中心流道出气口；3_14
‑
出口段中心壁面出口螺纹
[0056]
3_15
‑
出口段夹层壁面出口螺纹；3_16
‑
出口段外壁面出口螺纹；
[0057]
3_17
‑
出口段的收缩部分；3_18
‑
出口段夹层流道支撑柱体
[0058]
3_19
‑
出口段外圈流道支撑柱体；3_20
‑
夹层流道内的蜂窝；
[0059]
3_21
‑
外圈流道内的蜂窝；3_22
‑
外圈流道内的支撑凸台；
[0060]
3_23
‑
夹层流道内的支撑凸台；
[0061]4‑
第四流道；
[0062]
4_1
‑
第四流道4_2
‑
第三腔体
[0063]
4_3
‑
第三进气管4_4
‑
第四流道连接管
具体实施方式
[0064]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
[0065]
目前3d打印加工技术已日臻成熟，并获得工程应用，但由于3d打印的工艺要求必须在打印件的内部添加大量支撑结构，这些支撑结构将阻碍气流的运动、增大流动损失、增大气流的扰动，不利于稳定燃烧，如何在结构设计时，考虑到支撑问题，通过优化设计避免在3d打印时增加额外的支撑，也是一个关键问题。
[0066]
本公开将3d打印技术应用于燃烧器结构设计中，在3d打印加工时不需要在燃烧器内部添加额外的支撑结构，气流均匀性好，燃料适应性广，扩展性强，可实现气体、液体燃料的稳定、高效和清洁燃烧。
[0067]
本公开实施例提供了一种燃烧器，包括：第一壁面、第二壁面、第三壁面、第一流道、第二流道、第三流道、第一进气管、第二进气管，其中，上述第一壁面与上述第二壁面之间设置上述第一流道；上述第二壁面与上述第三壁面之间设置上述第二流道，上述第三壁面内设置上述第三流道；上述第三壁面内还包括：第一腔体，用于稳定上述第三流道内的流体；第二腔体，设置在上述第一腔体的下方，用于稳定上述第二流道内的流体；上述第一腔
体与上述第二腔体之间设置隔板；上述第二腔体内设置整流柱体，上述整流柱体设置在上述隔板与上述第二壁面之间，上述第一进气管、上述第二进气管均贯穿上述第一壁面、上述第二壁面、上述第三壁面，上述第一进气管的出口设置在上述第一腔体内，上述第二进气管的出口设置在上述第二腔体内。
[0068]
图1示意性地示出了本公开一实施例所示的燃烧器的三维结构示意图；图2示意性地示出了本公开一实施例所示的燃烧器的半剖结构示意图。
[0069]
如图1、图2所示，燃烧器包括第一壁面0_1、第二壁面0_2、第三壁面0_3围成的第一流道0_4、第二流道0_5、第三流道0_6，第一壁面0_1为燃烧器外壁面，第二壁面0_2为燃烧器夹层壁面，第三壁面0_3为燃烧器中心壁面。第一流道0_4为外圈流道，第二流道0_5为内圈流道，第三流道0_6为中心流道。
[0070]
第三壁面0_3设置两个稳流腔体，分别包括第一腔体2_14和第二腔体2_23，其中第一腔体2_14，用于稳定第三流道内的流体，即中心流道流体稳定腔体，第二腔体2_23设置在第一腔体2_14的下方，用于稳定第二流道0_5内的流体，即夹层流道流体稳定腔体。第一腔体2_14与第二腔体2_23之间设置隔板2_28，第二腔体2_23内设置整流柱体2_21，整流柱体2_21设置在隔板2_28与第二壁面0_2之间。
[0071]
第一进气管2_19的出口设置在第一腔体2_14内，第二进气管2_27的出口设置在第二腔体2_23内，由于第一进气管2_19、第二进气管2_27均贯穿第一壁面0_1、第二壁面0_2、第三壁面0_3，可以支撑连接三层壁面。
[0072]
本公开实施例提供的燃烧器，设置了三层流道和两个用于稳流的腔体，流体通过三层流道分流，使燃烧器内流体流动均匀。进气管贯穿三层壁面将气流输入对应的稳流腔体中，一方面起到气流稳压的作用，另一方面可以起到支撑三层壁面及两个腔体的作用，从而解决了燃烧不稳定的问题。
[0073]
根据本公开实施例，上述燃烧器还包括：入口段、中间段、出口段，上述入口段与上述中间段、上述中间段与上述出口段均通过螺纹连接；上述第一腔体、上述第二腔体、上述隔板、上述整流柱体均设置在上述中间段；上述第一进气管、上述第二进气管均设置在上述中间段。
[0074]
如图2所示，燃烧器包括入口段1、中间段2、出口段3。图3和图4示意性地示出了本公开实施例中燃烧器入口段的三维结构和半剖结构示意图。图5和图6示意性地示出了本公开实施例中燃烧器中间段的三维结构和半剖结构示意图。图7示意性地示出了本公开实施例中燃烧器排气端的半剖结构示意图。
[0075]
图2中的第一流道0_4由图6中的中间段外圈流道2_25和图7中的出口段外圈流道3_9组成。
[0076]
图2中的第二流道0_5由图6中的中间段夹层流道2_24和图7中的出口段夹层流道3_8组成。
[0077]
图2中的第三流道0_6由图6中的第一腔体2_14和图7中的出口段中心流道3_7组成。
[0078]
如图3所示，入口段设有入口段螺纹1_5。如图5所示，中间段设有中间段入口螺纹2_2和中间段出口螺纹2_8。如图7所示，出口段设置出口段入口螺纹3_4。入口段螺纹1_5与中间段入口螺纹2_2连接，中间段出口螺纹2_8与出口段入口螺纹3_4连接，组成如图1所示
的燃烧器结构。
[0079]
本公开实施例中，燃烧器的入口段、中间段、出口段可以通过3d打印技术分别独立加工，然后通过螺纹连接组成燃烧器。入口段与中间段的接口位置位于分流锥体的上游，中间段与出口段的接口位置位于隔板的下游。出口段的出口位置还设置了出口螺纹，包括出口段中心壁面出口螺纹3_14、出口段夹层壁面出口螺纹3_15、出口段外壁面出口螺纹3_16(参照图7所示)，可以通过上述出口螺纹连接外部器件，例如旋流器、雾化喷嘴等器件，根据实际需要的功能对燃烧器结构进行扩展。
[0080]
根据本公开实施例，上述入口段包括扩张形；上述中间段的入口包括扩张形，上述中间段的出口包括平直形；上述出口段的入口包括平直形，上述出口段的出口包括收缩形。
[0081]
图3、图4示意性地示出了本公开实施例中燃烧器入口段的三维结构和半剖结构示意图。
[0082]
如图，3、图4所示，入口段包括外圈流道第一入口1_1、入口段扩张段1_2、燃烧器固定装置1_3、外圈流道第二入口1_4、入口段出口1_6，入口段出口1_6处设置入口段出口螺纹1_5。
[0083]
根据本公开实施例，空气由入口段的外圈流道第一入口1_1进入入口段扩张段1_2，燃料由外圈流道第二入口1_4进入扩张段，在扩张段内空气与燃料相互掺混，燃烧器固定装置1_3用于固定燃烧器，气流由入口段出口1_6进入中间段入口2_1。
[0084]
图5、图6示意性地示出了本公开实施例中燃烧器中间段的三维结构和半剖结构示意图。
[0085]
如图5、图6所示，中间段入口处由中间段外壁面扩张段2_3、中间段夹层壁面扩张段2_4、中间段内壁面扩张段2_5形成扩张流道。中间段固定螺孔2_6可用于固定燃烧器。中间段出口处由中间段外壁面平直段2_7、中间段夹层壁面平直段2_9、中间段内壁面平直段2_10形成平直流道。在中间段2的中部设计有夹层流体稳定腔体2_23和中心流体稳定腔体2_14，它们彼此相邻、由隔板2_28分隔成独立的腔体，夹层流体稳定腔体2_23位于中心流体稳定腔体2_14的下方。夹层流体稳定腔体靠近分流锥体一侧的流道为收缩形(从气流运动方向看)。在中间段出口设计有中间段夹层壁面出口凹槽2_11和中间段内层壁面出口凹槽2_12用于密封气体。
[0086]
如图6所示，第一进气管2_19为中心流道进气管，包括内圈流道进气管第一部分2_17、内圈流道进气管第二部分2_18。第二进气管2_27为夹层流道进气管。
[0087]
夹层流道的进气管2_27贯穿燃烧器外壁面、燃烧器夹层壁面和燃烧器中心壁面，其出口2_22位于夹层流体稳定腔体内、靠近隔板一侧。中心流道的进气管2_19贯穿燃烧器外壁面、燃烧器夹层壁面和燃烧器中心壁面，其出口2_20位于中心流体稳定腔体内、靠近隔板一侧。夹层流道和中心流道的进气管不但起到输送气体的作用，还可以起到燃烧器壁面之间的连接作用，并增大结构强度。
[0088]
图7示意性的示出了本公开实施例中燃烧器出口段的半剖结构示意图。
[0089]
如图7所示，出口段包括出口段外圈流道入口3_1、出口段夹层流道入口3_2和出口段中心流道入口3_3。出口段外圈流道3_9、出口段夹层流道3_8、出口段夹层流道3_7的出口分别为，外圈流道出口3_11、夹层流道出口3_12、中心流道出口3_13。
[0090]
根据本公开实施例，外圈流道出口3_11、夹层流道出口3_12、中心流道出口3_13的
轴向高度不作具体限定。但是，在实际应用中，为了便于安装旋流器或雾化喷嘴等部件，可以将三个流道出口的高度设置为中心流道出口3_13的轴向高度最高、外圈流道出口3_11的轴向高度最小、夹层流道出口3_12的轴向高度介于二者之间。
[0091]
如图7所示，在上述三个出口处均加工螺纹，出口段中心壁面出口螺纹3_14、出口段夹层壁面出口螺纹3_15、出口段外壁面出口螺纹3_16，用于安装旋流器或雾化喷嘴等部件。
[0092]
出口段夹层壁面密封凸台3_5插入图6中的凹槽2_11、出口段内层壁面密封凸台3_6插入图6中的凹槽2_12，用于密封气体。
[0093]
本公开实施例中，入口段、中间段均为扩张形便于流体扩散，出口段采用收缩形，可以减小气流的湍流度，使气流更加稳定均匀。
[0094]
根据本公开实施例，上述燃烧器还包括第一支撑柱体、第二支撑柱体；上述第一支撑柱体设置在上述第一壁面与上述第二壁面之间，用于连接和支撑上述第一壁面和上述第二壁面；上述第二支撑柱体设置在上述第二壁面与上述第三壁面之间，用于连接和支撑上述第二壁面和上述第三壁面。
[0095]
第一支撑柱体包括出口段外圈流道支撑柱体和外圈流道出口支撑柱体。第二支撑柱体包括出口段夹层流道支撑柱体和夹层流道出口支撑柱体。
[0096]
如图7所示，在出口段外圈流道出口3_11、夹层流道出口3_12之间设置外圈流道出口支撑柱体3_10_1，夹层流道出口3_12、中心流道出口3_13还设置夹层流道出口支撑柱体3_10_2。
[0097]
如图9所示，出口段外圈流道支撑柱体3_19设置在出口段外圈壁面与夹层壁面之间，出口段夹层流道支撑柱体3_18设置在出口段夹层壁面与中心壁面之间。
[0098]
根据本公开实施例，第一支撑柱体、第二支撑柱体设置在出口段，在3d打印过程中，可以作为支撑结构用于支撑第一壁面、第二壁面、第三壁面，同时不会扰乱燃烧器内部的气流运动。
[0099]
根据本公开实施例，上述第二壁面的底部包括锥形。
[0100]
如图7所示，第二壁面的底部靠近入口段的一侧为锥形，在第二腔体的底部形成分流椎体2_26。第二腔体2_23与分流椎体之间留有空隙，夹层流体稳定腔体内的气体由此空隙进入夹层流道。在第二腔体2_23与分流椎体2_26之间设置整流柱体2_21，该整流柱体不但可以起到整流的作用，在3d打印加工时还可以起到支撑的作用。
[0101]
为了具体说明气流在中间段的流动方式，请参见图8为根据本公开一实施例所示流体在燃烧器中间段流道方向示意图，如图8所示，外圈流道气流进入中间段后，从分流锥体2_26两侧流过；夹层流道气流由2_22进气孔进入夹层气流稳压腔后向下流动，然后气流发生折转进入夹层流道，可见该流动呈现“u”字形；中心流道气流由2_20进气孔进入中心气流稳压腔后向上流动。
[0102]
根据本公开实施例，上述燃烧器还包括旋流器，上述旋流器设置在上述第一流道、上述第二流道、上述第三流道的出口处。
[0103]
本公开实施例中，在出口段，通过出口段中心壁面出口螺纹3_14、出口段夹层壁面出口螺纹3_15、出口段外壁面出口螺纹3_16连接旋流器，进而实现旋流燃烧。
[0104]
根据本公开实施例，上述燃烧器还包括雾化喷嘴，上述雾化喷嘴，设置在上述第一
流道、上述第二流道、上述第三流道的出口处。
[0105]
本公开实施例中，在出口段，通过出口段中心壁面出口螺纹3_14、出口段夹层壁面出口螺纹3_15、出口段外壁面出口螺纹3_16连接雾化喷嘴，进而实现旋液体燃料的燃烧。
[0106]
根据本公开实施例，上述燃烧器还包括蜂窝板，上述蜂窝板设置在上述第一流道与上述第二流道之间。
[0107]
图9示意性地示出了本公开实施例中网孔板在燃烧器内固定示意图。
[0108]
如图9所示，外圈流道内的蜂窝3_21、夹层流道内的蜂窝3_20下端分别由外层流道内的支撑凸台3_22和夹层流道内的支撑凸台3_23支撑，蜂窝板的上端由支撑圆柱3_19压紧，通过拧紧螺纹即可固定蜂窝板，采取这种设计方式也便于更换孔径不同的蜂窝板。
[0109]
本公开实施例中，在燃烧器出口段与中间段之间的外圈流道和夹层流道内安装蜂窝板，可以改善燃烧器内流体的流动品质。
[0110]
根据本公开实施例，上述燃烧器还包括第四流道、第三腔体，上述第四流道设置在上述第一流道与上述第二流道之间，上述第三腔体设置在上述第一腔体与上述第二腔体之间。
[0111]
图10示意性地示出了本公开实施例中扩展第四流道的局部示意图。如图10所示，第四流道4_1设置在夹层流道2_24和外圈流道2_25之间；第三腔体4_2，设置在第一腔体2_14与第二腔体2_23之间。第三腔体4_2用于稳定第四流道的流体，因此也可称之为第四流道稳定腔体。
[0112]
本公开实施例中，在中间段中心流体稳定腔体2_14与中间段夹层流体稳定腔体2_23之间增加一个腔体，即第三腔体4_2。可以用于扩展多层流道，增大燃烧器气流量以及气流稳定程度。
[0113]
根据本公开实施例，上述燃烧器还包括第三进气管，上述第三进气管的进口设置在上述第三腔体内，上述第三进气管的出口设置在上述第四流道内。
[0114]
本公开实施例中，第四流道进气管4_3贯穿燃烧器壁面后与第三腔体接通，向该腔体输入气体，然后通过第四流道连接管4_4排入第四流道4_1，第四流道进气管4_3在起到输送气体的同时，还起到支撑燃烧器壁面与第三腔体的作用。
[0115]
根据本公开实施例，中间段的3d打印加工工艺要求如下，3d打印方向如图6中箭头所示，即中间段出口为打印起始面，向中间段入口方向打印。在内圈流道进气管第一部分2_17、内圈流道进气管第二部分2_18朝向中间段出口方向一侧添加支撑，这样在打印完成后，可以去掉这些支撑，以避免这些支撑干扰气流。
[0116]
根据本公开实施例，出口段的3d打印加工工艺要求如下，3d打印方向如图7中箭头所示，即出口段入口为打印起始面，向出口段的出口方向打印。在出口段第二支撑柱体3_18朝向出口段入口方向一侧添加支撑，这样在打印完成后，可以去掉这些支撑，以避免这些支撑干扰气流。
[0117]
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。
[0118]
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更
改或替换，例如：
[0119]
(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；
[0120]
(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0121]
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。