等离子体喷嘴的制作方法

本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种等离子体喷嘴。

背景技术：

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。因此，如何提高燃烧稳定性，降低nox生成，减小流动损失、防止发生回火成为本领域亟待研究的课题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种等离子体喷嘴，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种等离子体喷嘴，包括：外层圆筒、至少一个等离子体激励器和至少一个电源，其中，

所述电源，用于为等离子体激励器提供激励电压；

等离子体激励器包括：高压电极和接地电极，

高压电极和接地电极呈螺旋形设置于外层圆筒的侧面，用于在所述激励电压的作用下产生等离子体。

在本发明的一些实施例中，所述高压电极和接地电极为一体电极，呈螺旋形缠绕于所述外层圆筒的一侧面，或者所述高压电极和接地电极为多个电极，呈螺旋形放置于外层圆筒的一侧面。

在本发明的一些实施例中，所述电源包括一个接地端，与所述接地电极连接；以及一个高压端，与所述高压电极连接。

在本发明的一些实施例中，所述高压电极设置在外层圆筒的内侧面，所述接地电极设置在外层圆筒的外侧面。

在本发明的一些实施例中，所述高压电极设置于接地电极的上游侧。

在本发明的一些实施例中，相邻两个高压电极间的距离与相邻两个接地电极间的距离均大于接地电极的宽度。

在本发明的一些实施例中，在所述外层圆筒的内部设置中间圆筒，所述中间圆筒上设置有网孔板。

在本发明的一些实施例中，所述高压电极的宽度为0.01～100mm，接地电极的宽度为高压电极宽度的1～100倍。

在本发明的一些实施例中，所述等离子体激励器的数目为1～1000个。

在本发明的一些实施例中，所述接地电极上覆盖有绝缘层。

(三)有益效果

本发明相较于现有技术，具有以下优点：

1、本发明的等离子体激励器的电极设计为螺旋形，不仅可以在单位长度的喷嘴上产生更多等离子体，还有助于减小喷嘴尺寸。

2、本发明的等离子体诱导速度可以分解为水平方向速度分量和垂直方向速度分量，水平方向速度可以使燃烧反应物产生旋转运动、垂直方向速度可以增大或减小燃烧反应物的轴向速度。

3、本发明的等离子体激励器还可以产生活性基团、释放热量，这些均助于稳定燃烧；改变激励电压还可以调整旋流强度，进而对燃烧进行灵活调控。

附图说明

图1为本发明第一实施例的等离子体喷嘴的三维图；

图2为图1中的等离子体喷嘴略去外层圆筒的三维图；

图3为本发明实施例的等离子体诱导流动的速度分解示意图；

图4为本发明第二实施例的等离子体喷嘴沿轴向布置直电极的示意图；

图5为图4略去喷嘴外壁示意图；

图6为图7所示电极的一个周期示意图；

图7为本发明第三实施例的等离子体喷嘴布置有中间圆筒的示意图。

具体实施方式

基于现有技术存在的各类工业燃烧器也面临着稳定燃烧与降低污染物排放的技术问题。为了提高燃烧稳定性，降低nox生成，减小流动损失、防止发生回火，本发明提供了一种等离子体喷嘴，包括：外层圆筒、至少一个等离子体激励器和至少一个电源，各等离子体激励器的高压电极和接地电极呈螺旋形分别设置于外层圆筒的两个侧面，用于在电源提供的激励电压的作用下产生等离子体。螺旋形的等离子体激励器电极，可以在单位长度的喷嘴上产生更多等离子体，有助于减小喷嘴尺寸。此外，等离子体激励器还可以产生活性基团、释放热量，这些均助于稳定燃烧；改变电源提供的等离子体激励器的激励电压还可以调整旋流强度，进而对燃烧进行灵活调控。

为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种等离子体喷嘴，包括：外层圆筒、至少一个等离子体激励器和至少一个电源，其中，

所述电源，用于为等离子体激励器提供激励电压；

等离子体激励器包括：高压电极和接地电极，

高压电极和接地电极呈螺旋形设置于外层圆筒的侧面，用于在所述激励电压的作用下产生等离子体。

图1为本发明第一实施例的等离子体喷嘴的三维图，如图1所示，每一等离子体激励器包括一高压电极和一接地电极。所述电源4包括一个接地端5，与等离子体激励器的接地电极2连接；以及一个高压端6，与等离子体激励器的高压电极3连接。其中，所述高压电极3设置在外层圆筒1的内侧面，所述接地电极2设置在外层圆筒1的外侧面，在其他实施例中，也可以将高压电极3设置于外层圆筒1的外侧面，将接地电极2设置在外层圆筒1的内侧面。其中，电源4的输出波形可以为连续的正弦波、方波、三角波、锯齿波，也可以为脉冲波。高压电极3与接地电极2可以均为长条形，覆盖在外层圆筒1上；高压电极3还可以为圆形。接地电极2的宽度为高压电极3宽度的1～100倍，优选接地电极2的宽度为高压电极3宽度的5倍。等离子体激励器数目为1～1000个，优选为7个；优选，这些激励器沿圆周方向均匀分布。可以将相邻高压电极3之间的距离和相邻接地电极之间的距离设置为大于接地电极2的宽度。可以在外层圆筒1的接地电极2上覆盖绝缘材料，避免接地电极2周围产生等离子体，消耗电能。根据实际需求，选择电源4的数目：为了使得结构简单，可以只用一个电源4；为了使得等离子体激励器的激励电压不同，进而改变产生的等离子体的强度，也可以采用多个电源4，将激励器分别连接到不同电源4上。

图2为图1中的等离子体喷嘴略去外层圆筒的三维图，如图2所示，此为高压电极3/接地电极2为一体电极，呈螺旋形缠绕于所述外层圆筒1的一侧面的情况，其中，高压电极3为两组，接地电极为两组，分别在外层圆筒1(图中未示出)的侧面沿螺旋线方向呈螺旋形缠绕。

下面，对本发明实施例的工作过程加以说明，图3为本发明实施例的等离子体诱导流动的速度分解示意图，如图3所示，等离子体激励器的电极接通激励电压后，会在高压电极3朝向接地电极2的一侧产生等离子体，等离子体可以诱导燃烧反应物运动，等离子体诱导速度7可以分解为水平方向速度分量8和垂直方向速度分量9，水平方向速度8可以使燃烧反应物产生旋转运动、垂直方向速度9可以增大或减小燃烧反应物的轴向速度。一组激励器中高压电极3可以位于接地电极2的喷嘴下游侧，也可位于接地电极2的喷嘴上游侧，优选高压电极3位于接地电极2的喷嘴上游侧，此时，等离子体诱导流动的垂直方向分量与主流方向10相同。此外，等离子体激励器还可以产生活性基团、释放热量，这些均助于稳定燃烧；改变等离子体激励电压还可以调整旋流强度，进而对燃烧进行灵活调控。

为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。接下来就对另一种螺旋形电极结构进行举例说明，其高压电极和接地电极为多个电极，呈螺旋形放置于外层圆筒的一侧面。图4为本发明第二实施例的等离子体喷嘴沿轴向布置直电极的示意图，图5为图4略去喷嘴外壁示意图，图6为图5所示电极的一个周期示意图，如图4、图5和图6所示，在本实施例中，沿外层圆筒1的两个侧面沿轴向分别布置了五组(也可以为其他组数)直电极作为高压电极3和接地电极2构成等离子体激励器，明显的这五组直电极也构成了螺旋形的电极，相邻组的等离子体激励器沿圆周方向错开一定角度，本实施例中选择30°，根据不同的需求，该角度可以变化。优选，各组电极按相同周期排列，这样利于结构的排列。采用多个电极以形成螺旋形电极的好处为：可以使等离子体激励器沿圆周方向分别更加均匀，且能够使各等离子体激励器互相增强，因而可以增强产生的等离子体的强度，还可以使流动沿圆周方向分布更加均匀，这些均有利于稳定燃烧。

为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述，图7为本发明第三实施例的等离子体喷嘴布置有中间圆筒11的示意图，如图7所示，在外层圆筒1的内部设置中间圆筒11，在中间圆筒11的入口、出口或中间某一位置，安装网孔板12，优选网孔板12位于圆筒出口处，用来调节内层流道的湍流度并调节流量。网孔板12上的开孔形状可以为圆形、三角形、四边形、五角星、多边形，为了制作简便，优选为圆形。开孔面积占网孔板12面积1％-99％，可以根据不同的实际需求进行选择。网孔板12与中间圆筒11采用螺纹连接，可以根据燃烧状态使用不同开孔形状及面积比的网孔板12。

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发明的具有螺旋等离子体喷嘴有了清楚的认识。

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：

(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，并非用来限制本发明的保护范围；

(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。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。