一种多喷孔喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧装置技术领域，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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种多喷孔喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。
[0006](二)技术方案
[0007]本发明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，I《NS 1000，1 SMS 100。
[0008]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1之间形成气流通道，其中，2 < K < 1000。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]本发明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I <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I <P、Q< 100。
[0016]本发明提供了一种燃烧器，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。
[0017](三)有益效果
[0018]从上述技术方案可以看出，本发明的多喷孔喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器具有以下有益效果:
[0019](I)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；
[0020](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；
[0021](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；
[0022](4)隔板结构简单、易于加工；
[0023](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；
[0024](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；
[0025](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；
[0026](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】
[0027]图1为本发明实施例的具有一层波浪结构的多喷孔喷嘴的结构示意图；
[0028]图2为图1所示多喷孔喷嘴的半剖三维轮廓图；
[0029]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；
[0030]图4为本发明实施例的具有两层波浪结构的多喷孔喷嘴的纵剖面图。
[0031]【符号说明】
[0032]10-内层圆筒;20-外层圆筒；
[0033]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；
[0034]40-隔板;41-喷孔。
【具体实施方式】
[0035]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。
[0036]如图1-4所示，