一种以乙醇为燃料的多点喷射燃气发生器

摘要

本发明提供了一种以乙醇为燃料的多点喷射燃气发生器，包括扩压器、燃料分流雾化装置、高能等离子点火电嘴、壳体、火焰筒，燃料分流雾化装置和头部转接段固定在后法兰与壳体前法兰之间，高能等离子点火电嘴3固定在壳体和筒体上，壳体与筒体之间设有环形通道，距离头部转接段20mm～50mm处设有浮动环安装座，浮动环安装座上设有卡环，卡环上固定有浮动环，高能等离子点火电嘴端部固定在浮动环上，沿筒体轴向依次设有补燃孔和掺混孔。本发明装置解决现有以乙醇为燃料的燃气发生器存在的诸多问题，使燃气发生器具有燃气焓值高、提高点火系统可靠性、大容积流量下几何尺寸相对较小、重量轻、无需配备冷却水系统，运行成本低，燃烧效率高、使用寿命长等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及以乙醇为燃料的燃气发生器的技术领域，尤其是一种以乙醇为燃料的多点喷射燃气发生器。

背景技术

目前，以乙醇为燃料的燃气发生器主要有：(1)单管燃烧室燃气发生器，该类燃气发生器存在容积流量上限限制，随着容积流量的增加，单管火焰筒直径不断增大，当火焰筒直径达到一定程度后，主燃烧孔与掺混孔射流深度难以满足主燃区燃烧组织及掺混区均匀掺混的需要，导致发生器性能的下降；(2)环形燃烧室燃气发生器，CN103697471A公开的燃气发生器存在随着容积流量的增加，火焰筒高度基本不变，但火焰筒直径变化较大，燃气发生器整体尺寸随之增大，一方面导致制造成本急剧增加，另一方面需要较大的安装场地、也不方便车载机动等，因此，燃气发生器存在燃气焓值低，点火系统繁琐点火可靠性差、容积流量受限、几何尺寸较大、需配备高压冷却水系统，运行成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供了一种以乙醇为燃料的多点喷射燃气发生器，本发明装置解决现有以乙醇为燃料的燃气发生器存在的诸多问题，使燃气发生器具有燃气焓值高、提高点火系统可靠性、大容积流量下几何尺寸相对较小、重量轻、无需配备冷却水系统，运行成本低，燃烧效率高、使用寿命长等优点。

为此，本发明所采取的技术解决方案是：

一种以乙醇为燃料的多点喷射燃气发生器，包括扩压器、燃料分流雾化装置、高能等离子点火电嘴、壳体、火焰筒，扩压器由前转接法兰、扩压段、后法兰构成，壳体由壳体前法兰和壳体后连接法兰构成，火焰筒由头部转接段和筒体构成，燃料分流雾化装置和头部转接段固定在后法兰与壳体前法兰之间，筒体端部插入壳体后连接法兰内，高能等离子点火电嘴3固定在壳体和筒体上，壳体与筒体之间设有环形通道，距离头部转接段20mm～50mm处设有浮动环安装座，浮动环安装座上设有卡环，卡环上固定有浮动环，高能等离子点火电嘴端部固定在浮动环上，沿筒体轴向依次设有补燃孔和掺混孔。

作为进一步优选，所述燃料分流雾化装置由燃料分流盘和流道盖板构成，所述燃料分流盘设有燃料通道和头部进入孔，所述燃料通道连接有两个燃料进口，所述流道盖板固定在所述燃料通道一侧，所述燃料通道另一侧连接有离心喷嘴。

作为进一步优选，所述燃料分流盘为一体式镂空法兰。

作为进一步优选，所述离心喷嘴由喷嘴进油管、喷嘴壳体、副喷口、旋流芯、主喷口构成，所述喷嘴进油管连通所述燃料通道，所述喷嘴进油管端部设有所述喷嘴壳体，所述副喷口和所述旋流芯从外向内依次同轴固定在所述喷嘴壳体内，所述喷嘴壳体端部设有所述主喷口，所述旋流芯与所述喷嘴壳体为金属线密封。

作为进一步优选，所述旋流芯与所述副喷口之间的环形通道形成副油燃料通道，所述副喷口与所述主喷口之间的环形通道形成主油燃料通道。

作为进一步优选，所述燃料通道为三层环形燃料通道，所述头部进入孔分割所述三层环形燃料通道依次为十二等分、六等分和两等分连同燃料通道，所述连同燃料通道连通所述三层环形燃料通道。

作为进一步优选，所述筒体上设有气膜孔，相邻两排所述气膜孔交叉排列，所述气膜孔孔径为0.6mm～2.0mm，所述气膜孔与所述筒体筒壁的夹角为20°～45°，相邻所述气膜孔孔间距为5mm～15mm。

作为进一步优选，所述头部转接段内壁设有挡溅盘，所述挡溅盘沿周向均匀设有六块，相邻所述挡溅盘之间设有间隙，所述挡溅盘均匀设有冷却孔和头部转接段连接通孔。

作为进一步优选，所述头部转接段上设有所述环形通道的进气孔和旋流器安装孔，所述旋流器安装孔上设有旋流器安装座，所述旋流器安装座底部设有挡片，所述旋流器安装座固定有旋流器上，所述旋流器根部设有文氏管，所述旋流器与所述离心喷嘴同轴，所述旋流器与所述离心喷嘴的间隙为0mm～2mm。

作为进一步优选，相邻所述旋流器旋向相反。

上述技术方案的有益效果在于：

(1)本发明的燃气发生器以空气为氧化剂，并以乙醇为燃料，燃气焓值高，空气极易获得，乙醇价格低廉，有效解决了燃气焓值低，运行成本高的问题；

(2)本发明使用双油路离心喷嘴雾化效果良好，乙醇经离心喷嘴一次雾化后与旋流器出口的高速旋转气流互相作用形成二次雾化，二次雾化后的乙醇雾化液在旋转气流的带动下沿气流流动轨迹运动，在点火电嘴附近形成一个极易被高能等离子点火嘴点燃的乙醇二次雾化燃料与空气混合微团，点火可靠性较高，多次试验结果证明点火成功率接近100％，解决了燃气发生器点火可靠性低的问题；

(3)本发明使离心喷嘴和旋流器形成轴向叠层结构，使燃烧结构布置在同一平面，副油燃料通道雾化燃料直接送到燃烧区，主油燃料通道喷出雾化燃料在旋流器作用下实现二次雾化，并形成低压区，使已燃高温气体沿中心轴回流，主流和回流之间形成一个速度较低区域，使火焰稳定，相邻旋流器旋向相反避免气流的相互干扰，有效解决现有技术中容积流量增加发生器尺寸增加的问题，实现大容积流量下几何尺寸相对较小；

(4)本发明的火焰筒内壁空气冷却方式代替水冷方式，有效降低了火焰筒的工作温度，解决了燃气发生器因喷雾降温或壳体水冷需要配置冷却水系统的问题，降低系统集成的复杂度；

(5)本发明采用多点喷射方式大大提高了空间利用率，有效解决了现有技术中燃气发生器整体几何尺寸相对过大，场地空间需求大，制造成本高的问题；

(6)本发明的燃料分配装置与火焰筒定位方式为一体镂空法兰式一体成型，提高了整体结构强度，现有技术燃气发生器对启动速度要求越来越高，一般要求从进气阀打开到燃气发生器正常工作时间不超过1秒钟，导致燃气发生会产生严重的气锤现象，现有技术中采用内置式焊接成型燃料总管及火焰筒定位销定位方式已不能满足结构强度要求，将本发明的燃油总管结构为一体式镂空法兰，火焰筒定位采用将火焰筒焊接在一体式镂空法兰上，通过扩压器的后法兰与壳体之间的壳体前法兰将燃料分流雾化装置和头部转接段串夹在一起，解决了燃气发生器运行结构安全可靠性问题。

附图说明

图1为本发明的以乙醇为燃料的多点喷射燃气发生器的工作原理示意图。

图2为本发明的以乙醇为燃料的多点喷射燃气发生器的结构示意图。

图3为本发明的扩压器的结构示意图。

图4为本发明的燃料分流雾化装置的结构示意图。

图5为本发明的燃料通道的结构示意图。

图6为本发明的离心喷嘴的结构示意图。

图7为本本发明的壳体的结构示意图。

图8为本发明的火焰筒的结构示意图。

图9为本发明的气膜孔的结构示意图。

图10为本发明的挡溅盘的结构示意图。

图11为本发明的旋流器的结构示意图。

图12为本发明的旋流器的立体图。

图13为本发明的燃料分配装置的结构示意图。

图14为本发明的装有离心喷嘴的燃料分配装置的结构示意图。

图15为本发明的燃料分配装置的装配结构示意图。

图16为本发明的火焰通过头部冲击和气膜冷却的结构示意图。

图中：1、扩压器；2、燃料分流雾化装置；3、高能等离子点火电嘴；4、壳体；5、火焰筒；101、前转接法兰；102、扩压段；103、后法兰；201、燃料分流盘；202、流道盖板；203、离心喷嘴；203a、喷嘴进油管；203b、喷嘴壳体；203c、副喷口；203d、旋流芯；203e、主喷口；204、燃料进口；205、燃料通道；206、头部进入孔；401、壳体前法兰；402、壳体后连接法兰；403、环形通道；501、头部转接段；502、筒体；502a、气膜孔；503、补燃孔；504、掺混孔；505、挡溅盘；505a、冷却孔；505b、头部转接段连接通孔；506、浮动环安装座；507、卡环；508、浮动环；509、旋流器安装座；510、挡片；511、旋流器。

具体实施方式

为使本发明的特点和优点更加清楚，下面结合具体实施例进行描述。

如图1～16所示，一种以乙醇为燃料的多点喷射燃气发生器，包括扩压器1、燃料分流雾化装置2、高能等离子点火电嘴3、壳体4、火焰筒5，扩压器1由前转接法兰101、扩压段102、后法兰103构成，壳体4由壳体前法兰401和壳体后连接法兰402构成，火焰筒5由头部转接段501和筒体502构成，燃料分流雾化装置2和头部转接段501固定在后法兰103与壳体前法兰401之间，筒体502端部插入壳体后连接法兰402内，高能等离子点火电嘴3固定在壳体4和筒体502上，壳体4与筒体502之间设有环形通道403，距离头部转接段50120mm～50mm处设有浮动环安装座506，浮动环安装座506上设有卡环507，卡环507上固定有浮动环508，高能等离子点火电嘴3端部固定在浮动环508上，沿筒体502轴向依次设有补燃孔503和掺混孔504。

如图4所示，本实施例中，所述燃料分流雾化装置2由燃料分流盘201和流道盖板202构成，所述燃料分流盘201设有燃料通道205和头部进入孔206，所述燃料通道205连接有两个燃料进口204，所述流道盖板202固定在所述燃料通道205一侧，所述燃料通道205另一侧连接有离心喷嘴203，乙醇燃料从燃料进口204进入燃料通道205，然后从离心喷嘴203喷出，实现第一次雾化过程。

如图5所示，本实施例中，所述燃料分流盘201为一体式镂空法兰，燃料分流盘201采用一体式加工，在一整块圆形毛料上铣出，提高了整体结构强度解决燃气发生器运行结构安全可靠性。

如图6所示，本实施例中，所述离心喷嘴203由喷嘴进油管203a、喷嘴壳体203b、副喷口203c、旋流芯203d、主喷口203e构成，所述喷嘴进油管203a连通所述燃料通道205，所述喷嘴进油管203a端部设有所述喷嘴壳体203b，所述副喷口203c和所述旋流芯203d从外向内依次同轴固定在所述喷嘴壳体203b内，所述喷嘴壳体203b端部设有所述主喷口203e，所述旋流芯203d与所述喷嘴壳体203b为金属线密封，副喷口203c和旋流芯203d同轴安装在喷嘴壳体203b内部，通过旋流芯203d与喷嘴壳体203b的金属线密封实现主副油路的隔离，旋流芯203d和副喷口203c下游有一个使燃料产生切向速度结构，即在圆柱面上开有若干个与轴向成一定夹角槽，所述旋流芯203d与所述副喷口203c之间的环形通道形成副油燃料通道，所述副喷口203c与所述主喷口203e之间的环形通道形成主油燃料通道，副喷口203c与主喷口203e末端均有一个收敛角，使得燃料加速并通过喷口高速喷出。

如图5所示，本实施例中，所述燃料通道205为三层环形燃料通道，所述头部进入孔206分割所述三层环形燃料通道依次为十二等分、六等分和两等分连同燃料通道，所述连同燃料通道连通所述三层环形燃料通道，从扩压器1减速后的空气一部分进入火焰筒5和一部分环形通道403，进入火焰筒5的空气在旋流器511的作用下，在燃烧区域形成有利于火焰稳定的回流区，并与离心喷嘴203喷射出的乙醇充分混合形成可燃混合物，通过布置在火焰筒壁上的高能等离子点火电嘴3直接点燃，燃烧后形成的高温燃气与掺混孔504进入的低温空气进行高效掺混，在发生器出口形成满足需要的高温燃气。

如图9所示，本实施例中，所述筒体502上设有气膜孔502a，相邻两排所述气膜孔502a交叉排列，所述气膜孔502a孔径为0.6mm～2.0mm，所述气膜孔502a与所述筒体502筒壁的夹角为20°～45°，相邻所述气膜孔502a孔间距为5mm～15mm，在火焰筒5的筒体502壁面均匀分布有大量气膜孔502a，可在筒体502内壁形成一层均匀的气膜，将火焰筒5内高温燃气与金属壁面隔开，有效降低高温燃气与金属壁面的对流传热，使得火焰筒5壁面温度控制在金属长期许用工作温度下。

如图8、图10和图16所示，本实施例中，所述头部转接段501内壁设有挡溅盘505，所述挡溅盘505沿周向均匀设有六块，相邻所述挡溅盘505之间设有间隙，所述挡溅盘505均匀设有冷却孔505a和头部转接段连接通孔505b，挡溅盘505采用高温合金板件冲压成型，火焰筒5的头部冷却是冷空气通过开设在燃料分流雾化装置2上在头部进入孔206冲击在挡溅盘505上形成冲击冷却，之后通过档溅盘505上均匀分布的大量气膜孔502a进入燃烧区，在挡溅盘505高温侧形成一层均匀气膜，减少高温燃气与档溅盘505之间的对流传热，将档溅盘505温度控制在金属长期许用工作温度下。

如图8所示，本实施例中，所述头部转接段501上设有所述环形通道403的进气孔和旋流器安装孔，所述旋流器安装孔上设有旋流器安装座509，所述旋流器安装座509底部设有挡片510，所述旋流器安装座509固定有旋流器511上，所述旋流器511根部设有文氏管，所述旋流器511与所述离心喷嘴203同轴，所述旋流器511与所述离心喷嘴203的间隙为0mm～2mm，旋流器511和离心喷嘴203分别固定在同一平面构成燃烧组织，离心喷嘴203的副油燃料通道的喷雾锥角较小，喷出的燃料直接进入燃烧区域，主油燃料通道的喷雾锥角较大，经过离心喷嘴203第一次雾化后的燃料送入文氏管内，同时与旋流器511产生的高速旋转气流作用实现燃料二次雾化，二次雾化后燃料通过高能等离子点火电嘴3点燃，旋流器511的作用是迫使气流旋转，产生切向分速度，旋转气流中心形成低压区，使得已燃高温气体沿中心轴回流，主流和回流之间形成一个速度较低的区域，有利于火焰稳定，回流的高温燃气可作为一个稳定热源，不断点燃进入火焰筒5的可燃混合气，使得燃气得以连续稳定进行，为了避免相邻旋流器511之间气流的相互干扰，相邻所述旋流器511旋向相反。

使用时，高速气流进入扩压器1，在扩压器1等压力梯度渐扩通道的作用下，速度逐渐降低到火焰筒5进口所需速度，经扩压器1减速后的空气一部分进入环形通道403，通过火焰筒5的筒体502上的气膜孔502a、补燃孔503、掺混孔504进入火焰筒；另一部分经过燃料分流雾化装置2的头部进入孔206进入，然后进入头部转接段501的固定旋流器511达到火焰筒5内，这部分空气在旋流器511的作用下，在燃烧区域形成有利于火焰稳定的回流区，从燃料分流雾化装置2的燃料进口204进入的乙醇燃料在离心喷嘴203上一次雾化，副油燃料通道喷出雾化燃料直接进入燃烧区域，主油燃料通道喷出雾化燃料在旋流器511二次雾化，然后与旋流器511产生的旋转气流作用形成可燃混合物，通过高能等离子点火电嘴点燃，燃烧后形成高温燃气与掺混孔504进入的低温空气进行高效掺混，在发生器出口形成满足需要的高温燃气。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围内。