等離子催化點火一體化噴嘴制造技術

本發明專利技術提供了一種等離子催化點火一體化噴嘴。由低溫等離子放電組件、燃油壓力霧化噴嘴組件和高能等離子點火組件形成一種等離子輔助霧化和等離子點火的一體化噴嘴。利用阻擋介質均勻放電，使液態燃料部分裂解，產生大量氣體活化組分，形成氣液共存等離子微團，降低燃料活化能和點火能量，形成氣體輔助霧化的物理條件，改善霧化效果。將等離子點火器布置在多點噴嘴中間，處于燃燒室低壓區，等離子體與燃料霧化粒子較好的摻混發生化學反應，容易形成穩定的高溫點火核心。采用等離子流直接點火，由于其具備獨特的放電特性和較大的放電能量，并且能量高度集中，使燃氣輪機的點火可靠性和點火的濃度極限得到了極大地提高。本發明專利技術可應用于燃氣輪機燃燒室。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是一種可應用于燃氣輪機燃燒室的噴嘴。
技術介紹
等離子點火技術作為一種新型的點火技術正被廣泛應用于航空工業、造船工業以及發電、石油天然氣輸送等諸多行業中。而等離子點火器作為現代燃氣輪機的一種新型點火設備，具有獨特的放電特性和較大的放電能量，能量集中，且可使發動機的點火可靠性和點火濃度極限。等離子點火器中注入燃料與高溫空氣等離子流時，在富燃料狀態下發生傳熱、傳質并發生復雜而劇烈的一系列物理化學反應，它帶有氣體和燃料的高溫裂解和重組， 包含有復雜的中間過程，并且各反應的速率不盡相同，因此反應過程相當復雜。介質阻擋放電(DBD)能夠在大氣壓下產生大體積、高能量密度的低溫等離子體，不需要真空設備就能在室溫或接近室溫條件下獲得化學反應所需的活性粒子，對燃料進行低溫等離子催化，是化學反應過程低能耗、高收率、高選擇性的一種極其有效的途徑，廣泛應用于臭氧發生和制氫等方面。申請號為US20050596453的專利文件中，公開了一種集成噴油嘴和電火花點火器一體的燃料噴射裝置，包含電極對點火裝置和燃油噴射器，兩對點火電極分布在噴油嘴周圍，點燃噴射器的燃料形成初始火炬直接進入燃燒室內部。申請號為201010148590. 4的專利文件中，公開了一種改進的粉煤氣化爐等離子點火噴嘴，與等離子發生器連接，包含外套筒，自外套筒中心向外依次設置有中心筒一級燃燒室和內套筒二級燃燒室。此分級點火方式，便于安裝，效果穩定可靠，可廣泛在各種粉煤進料的氣化爐中應用，結構簡單，造價低，操作安全。申請號為200810189860. 9的專利文件中，公開了一種預混合預渦旋等離子體輔助式引燃器，包含旋流器裝置，等離子發生裝置，引燃器配置成插入到貧燃料預混合基于地面式燃氣輪機燃燒器燃料噴嘴的中心體內的現有的空白或液態燃料的管筒空間中。申請號為99121137.5的專利文件中，公開了一種氣體燃料等離子點火電控噴嘴， 作為氣體燃料缸內高壓供氣和等離子體點火器的電磁推進強迫燃燒的一體化噴嘴，具有結構簡單、壽命長、氣體燃料通流面積大、響應速度快的優點，工作可靠性高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種能使燃氣輪機的點火可靠性和點火的濃度極限得到提高的等離子催化點火一體化噴嘴。本專利技術的目的是這樣實現的包括主要由點火陰極，位于點火陰極外的陽極，介于點火陰極與陽極之間的點火陶瓷和點火電源接頭螺母構成的高能等離子點火組件；還包括主要由底座和旋流噴射組件構成的燃油壓力霧化噴嘴組件，所述旋流噴射組件包括旋流件、位于旋流件上方的旋流蓋、 位于旋流蓋上方的彈簧和壓緊蓋，旋流件、旋流蓋和彈簧通過壓緊蓋安裝于底座中；所述底座為環形，多個所述旋流噴射組件均勻分布于環形底座中；所述高能等離子點火組件位于環形底座中，陽極上開有空氣導流孔，底座與陽極之間通過上蓋連結成一體；環形底座上帶有進油管，進油管與低溫等離子放電組件相連，所述低溫等離子放電組件包括殼體，位于殼體中間的催化陰極，套在催化陰極外的催化陶瓷，以及催化電源接頭螺母，殼體的一側設置有燃油入口。本專利技術還可以包括I、燃油入口處設置燃油過濾器。2、所述旋流噴射組件的數量為6-12個。本專利技術提出了一種等離子輔助霧化和等離子點火完美結合的一體化噴嘴，利用阻擋介質均勻放電，使液態燃料部分裂解，產生大量氣體活化組分，形成氣液共存等離子微團，采用等離子流直接點火，由于其具備獨特的放電特性和較大的放電能量，并且能量高度集中；采用多路壓力霧化噴嘴，實現多點噴射，加強燃料與空氣的摻混，使燃氣輪機的點火可靠性和點火的濃度極限得到了極大地提高。本專利技術的技術特點主要體現在(I)本專利技術主要包括低溫等離子放電組件、燃油壓力霧化噴嘴組件和高能等離子點火組件。首先對液態燃料進行等離子催化，將催化產生的燃料碎片和活化組分通過多點壓力旋流噴嘴送入燃燒室，然后利用等離子流的巨大放電能量對其點火，實現液態燃料噴霧的較好滴譜特性，降低活化能，提高點火與燃燒的穩定性。(2)本專利技術利用陶瓷作為低溫等離子放電的阻擋介質，保證柴油在放電區域能夠發生放電；由于陶瓷材料的固有特性，可以有效防止放電過于激烈而擊穿阻擋介質的情況發生，提高低溫等離子放電組件的使用壽命；阻擋介質設計為頂端封閉模式，內電極處于其中，經試驗驗證，可以有效避免端部電弧放電，保證放電區域的放電均勻性和穩定性，從而提高液態燃料催化的效率與均勻度。(3)本專利技術將等離子點火器耦合在多點噴嘴中間，且將點火器布置在燃燒室頭部回流區內，克服常規點火器自由火核在高速氣流中被吹倒或被吹出回流區的缺點，使高溫等離子流與燃料有效的混合，更加容易形成點火核心，保證點火可靠性。另一方面，點火結束后，等離子點火器停止工作，但是仍然產生空氣射流，不僅起到冷卻點火器的作用，還加強燃料與空氣的摻混，防止噴嘴積碳，降低排放，提高燃燒效率。(4)本專利技術采用8個單路壓力霧化噴嘴，實現多點噴射，加強燃料與空氣的摻混， 適應不同燃燒室工況。每個噴嘴均采用支撐彈簧實現了支架與旋流件之間的剛性連接，避免外殼體松動時可能出現的旋流件歪斜等現象，燃料流經切向孔旋流件產生液體旋轉，在收斂通道內加速噴出空心擴散錐狀油膜，利用液體與外界空氣的高速差而破碎霧化，保證良好的霧化效果。附圖說明附圖是本專利技術的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖舉例對本專利技術做更詳細的描述。本專利技術的等離子催化點火一體化噴嘴的結構組成包括催化螺母、催化陶瓷2、墊片、催化陰極4、燃油過濾器5、殼體6、點火電源接頭螺母7、點火陶瓷8、墊片9、壓緊環10、 點火陰極11、陽極12、上蓋13、底座14、壓緊蓋15、彈簧16、旋流蓋17和旋流件18。點火陰極11，位于點火陰極外的陽極12，介于點火陰極與陽極之間的點火陶瓷8 和點火電源接頭螺母7構成的高能等離子點火組件。陽極與點火陶瓷之間設置壓緊環10， 陽極與點火陶瓷之間形成一定間隙，壓緊環與點火陶瓷的接觸位置設置墊片9。由底座14和旋流噴射組件構成燃油壓力霧化噴嘴組件，所述旋流噴射組件包括旋流件18、位于旋流件上方的旋流蓋17、位于旋流蓋上方的彈簧16和壓緊蓋15，旋流件、旋流蓋和彈簧通過壓緊蓋安裝于底座中.底座為環形，8個所述旋流噴射組件均勻分布于環形底座中。高能等離子點火組件位于環形底座中，陽極上開有空氣導流孔，底座與陽極之間通過上蓋連結成一體。環形底座上帶有進油管，進油管與低溫等離子放電組件相連。所述低溫等離子放電組件包括殼體6，位于殼體中間的催化陰極4，套在催化陰極外的催化陶瓷2，以及催化電源接頭螺母I。催化陶瓷與殼體的接觸位置設置墊片3。殼體的一側設置有燃油入口，燃油入口處設置燃油過濾，5。各部件均采用螺紋連接，螺母I和螺母7將陶瓷和陰極分別固定在低溫等離子催化和等離子點火器陽極，可有效避免端部電弧放電，保證放電區域的放電均勻性和穩定性。 燃油系統通過燃油過濾器5后進入霧化噴嘴裂解空間，即殼體6與陶瓷2所形成的環形間隙。在裂解空間內，利用陶瓷介質阻擋放電技術對燃油進行部分催化裂解，產生大量氣體活化組分(如H，OH離子)，形成氣液共存等離子微團，降低燃料活化能和點火能量，形成氣體輔助霧化的物理條件，改善霧化效果。在較高的進口壓力下，裂解產物很快進入8個壓力旋流噴嘴內部，經過切向孔旋流件18產生液體旋轉，在收斂通道內加速噴出本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種等離子催化點火一體化噴嘴，包括主要由點火陰極，位于點火陰極外的陽極，介于點火陰極與陽極之間的點火陶瓷和點火電源接頭螺母構成的高能等離子點火組件；還包括主要由底座和旋流噴射組件構成的燃油壓力霧化噴嘴組件，所述旋流噴射組件包括旋流件、位于旋流件上方的旋流蓋、位于旋流蓋上方的彈簧和壓緊蓋，旋流件、旋流蓋和彈簧通過壓緊蓋安裝于底座中；其特征是：所述底座為環形，多個所述旋流噴射組件均勻分布于環形底座中；所述高能等離子點火組件位于環形底座中，陽極上開有空氣導流孔，底座與陽極之間通過上蓋連結成一體；環形底座上帶有進油管，進油管與低溫等離子放電組件相連，所述低溫等離子放電組件包括殼體，位于殼體中間的催化陰極，套在催化陰極外的催化陶瓷，以及催化電源接頭螺母，殼體的一側設置有燃油入口。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉瀟，鄭洪濤，楊仁，李雅軍，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：