薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴

1.一种薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，所述烧嘴包括高速烧嘴端盖(3)、燃烧室内筒(5)、燃烧室内筒外罩(6)、燃烧室壳体(8)、煤气入口(1)和助燃空气入口(16)，其特征在于：所述烧嘴还包括燃烧室壳体外罩(9)和二次空气入口(13)；所述燃烧室壳体(8)为侧壁呈波纹状的锥形壳体，燃烧室壳体(8)侧壁的纵截面呈波纹状结构；所述燃烧室壳体(8)上周向均布开有多个气膜冷却孔(8-1)；所述高速烧嘴端盖(3)盖在燃烧室内筒(5)的一端，燃烧室内筒(5)的另一端与燃烧室壳体(8)的大端连通，燃烧室壳体(8)的小端开口为喷口；煤气入口(1)与高速烧嘴端盖(3)连通，燃烧室内筒(5)的侧壁上开有多个助燃空气通孔(5-1)；所述燃烧室内筒外罩(6)套设在燃烧室内筒(5)上且二者之间形成有助燃空气密封气腔(18)，所述燃烧室壳体外罩(9)套设燃烧室壳体(8)上且二者之间形成有二次空气密封气腔(19)，燃烧室内筒外罩(6)的外侧壁上设有助燃空气入口(16)，燃烧室壳体外罩(9)的外侧壁上设有二次空气入口(13)。
2.根据权利要求1所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：所述燃烧室壳体(8)侧壁的纵截面由n节单节波纹依次连接而成，每个单节波纹由短波棱(8-2)和长波棱(8-3)构成，每个单节波纹的长度(L0)为10mm～20mm，每个单节波纹的波纹倾角(α)为25°～45°，每个单节波纹的波纹高度(h)为2.0mm～3.0mm。
3.根据权利要求2所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：相邻短波棱(8-2)和长波棱(8-3)之间的向内凹陷的过渡圆角半径(R1)为1.5mm～2.5mm，相邻短波棱(8-2)和长波棱(8-3)之间的向外凸出的过渡圆角半径(R2)为2.0mm～2.5mm。
4.根据权利要求2或3所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：
所述气膜冷却孔(8-1)位于短波棱(8-2)处，且每个气膜冷却孔(8-1)的轴线垂直于短波棱(8-2)所在的平面。
5.根据权利要求4所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：
气膜冷却孔(8-1)的几何中心与单节波纹的短波棱(8-2)端头之间的水平距离(χ)为
1.5mm～2.0mm。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：燃烧室壳体(8)上的气膜冷却孔(8-1)的孔径(d)为1.5mm～2.5mm。
7.根据权利要求6所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：同一圆周上的相邻两个气膜冷却孔(8-1)几何中心之间的圆弧所对的圆心角(θ)为4.5°～
6.0°。
8.根据权利要求6所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：所述气膜冷却孔(8-1)的排列方式为叉排排列。
9.根据权利要求1、2、3、5、7或8所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：所述烧嘴还包括煤气挡板(4)，所述煤气挡板(4)设置在高速烧嘴端盖(3)与燃烧室内筒(5)之间，所述煤气挡板(4)用于将进入高速烧嘴端盖(3)内的煤气均成多份后再进入燃烧室内筒(5)内。
10.根据权利要求1所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，其特征在于：所述烧嘴还包括电点火器(2)，所述电点火器(2)设置在高速烧嘴端盖(3)上，所述高速烧嘴端盖(3)上还设有火焰检测孔(17)。

薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种燃烧室高速烧嘴，具体涉及一种薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，属于工业炉技术领域。\n背景技术\n[0002] 随着冶金工业和热处理产业的迅猛发展，对高速烧嘴出口的温度和速度的要求越来越高。超高温燃料燃烧速度很快，烧嘴燃烧室空间热强度很大，目前超高温燃烧室壳体抗动载荷、抗热震稳定性差、使用寿命短、更换频繁，限制了高速烧嘴向高温、高速方向的发展。因此说，现有的高速烧嘴的燃烧室壳体存在使用寿命短的技术难题。\n发明内容\n[0003] 本发明为了解决现有的烧嘴的燃烧室壳体存在使用寿命短的技术技问题，进而提供了一种薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴。\n[0004] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：\n[0005] 本发明所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴包括高速烧嘴端盖、燃烧室内筒、燃烧室内筒外罩、燃烧室壳体、煤气入口和助燃空气入口，所述烧嘴还包括燃烧室壳体外罩和二次空气入口；所述燃烧室壳体为侧壁呈波纹状的锥形壳体，燃烧室壳体侧壁的纵截面呈波纹状结构；所述燃烧室壳体上周向均布开有多个气膜冷却孔；所述高速烧嘴端盖盖在燃烧室内筒的一端，燃烧室内筒的另一端与燃烧室壳体的大端连通，煤气入口与高速烧嘴端盖连通，燃烧室内筒的侧壁上开有多个助燃空气通孔；所述燃烧室内筒外罩套设在燃烧室内筒上且二者之间形成有助燃空气密封气腔，所述燃烧室壳体外罩套设燃烧室壳体上且二者之间形成有二次空气密封气腔，燃烧室内筒外罩的外侧壁上设有助燃空气入口，燃烧室壳体外罩的外侧壁上设有二次空气入口。\n[0006] 本发明的有益效果是：\n[0007] 本发明的创新点在于燃烧室壳体采用带有气膜冷却孔的金属波纹锥形壳体，能够增加扰流的强度，提高换热效果，有效增加了高速烧嘴燃烧室壳体的使用寿命；壳体上的气膜冷却孔在迎着气流的波峰面上与气流流动方向有夹角，借助动压进气，对溢流强化换热有利；通道外波纹沿气流方向有波峰和波谷，通过气膜冷却孔出来的气体可以相对稳定地驻留在波谷里，形成气体隔膜，有效地防止了热燃气对壳体的对流换热，提高了高速烧嘴的使用寿命；带有气膜冷却孔的金属波纹锥形壳体的波纹结构使其刚度增加，抗动载荷、抗热冲击的稳定性好。现有的直壁面锥形高温合金燃烧室壳体能够在900℃以下工作60小时，然而采用波纹状且开有气膜冷却孔高温合金燃烧室壳体能够将燃烧室壳体内壁温度降至\n500～600℃左右，使燃烧室壳体在1800℃高温环境中持久工作180～200小时。本发明所述烧嘴的燃烧室壳体使用寿命是现有直壁面锥形壳体的3倍以上。\n[0008] 本发明采用带有气膜冷却孔的金属波纹锥形壳体，代替带有气膜冷却孔的金属直壁面锥形壳体，其优点在于：1、同直壁面锥形壳体相比，带有气膜冷却孔的金属波纹锥形壳体的冷却面不是平直的而呈波纹状，能够增加扰流的强度，提高换热效果；波纹锥形壳体上的气膜冷却孔在迎着气流的波峰面上与气流流动方向有夹角，借助动压进气，对溢流强化换热有利；通道外波纹沿气流方向有波峰和波谷，通过气膜冷却孔出来的气体可以相对稳定地驻留在波谷里，形成气体隔膜，有效地防止了热燃气对壳体的对流换热，提高了高速烧嘴的使用寿命。2、同直壁面锥形壳体相比，带有气膜冷却孔的金属波纹锥形壳体的刚度增加，抗动载荷、抗热冲击的稳定性好。3、通过选择合理的金属波纹锥形壳体的波纹结构参数(波纹高度h，波纹倾角α，波纹的波棱曲面半径R1、R2，单节波纹长度L0，波纹节数n)，能够获得合适的冷却效果。\n附图说明\n[0009] 图1是本发明所述薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴的整体结构示意图(主视图)；图2是燃烧室壳体的主视剖视图；图3是图2的I部放大图(燃烧室壳体的波纹结构局部放大图)；图4是图2的A-A剖视图(放大)；图5是图4的II部放大图；图6是燃烧室壳体的主视图(气膜冷却孔顺排排列)；图7是燃烧室壳体的主视图(气膜冷却孔叉排排列)；图8是图6的III部放大图；图9是图7的IV部放大图；\n[0010] 其中1为煤气入口，2为电点火器，3为高速烧嘴端盖，4为煤气挡板，5为燃烧室内筒，6为燃烧室内筒外罩，7为燃烧室壳体大端法兰，8为燃烧室壳体，9为燃烧室壳体外罩，\n10为燃烧室壳体小端法兰，11为第二段燃烧室，12为二次空气入口法兰，13为二次空气入口，14为第一段燃烧室，15为助燃空气入口法兰，16为助燃空气入口，17为火焰检测孔。\n具体实施方式\n[0011] 具体实施方式一：如图1～9所示，本实施方式所述的薄膜冷却式波纹壳体结构燃烧室高速烧嘴，所述烧嘴包括高速烧嘴端盖3、燃烧室内筒5、燃烧室内筒外罩6、燃烧室壳体8、煤气入口1和助燃空气入口16，所述烧嘴还包括燃烧室壳体外罩9和二次空气入口\n13；所述燃烧室壳体8为侧壁呈波纹状的锥形壳体，燃烧室壳体8侧壁的纵截面呈波纹状结构；所述燃烧室壳体8上周向均布开有多个气膜冷却孔8-1(通孔)；所述高速烧嘴端盖3盖在燃烧室内筒5的一端，燃烧室内筒5的另一端与燃烧室壳体8的大端连通，煤气入口1与高速烧嘴端盖3连通，燃烧室内筒5的侧壁上开有多个助燃空气通孔5-1；所述燃烧室内筒外罩6套设在燃烧室内筒5上且二者之间形成有助燃空气密封气腔18，所述燃烧室壳体外罩9套设燃烧室壳体8上且二者之间形成有二次空气密封气腔19，燃烧室内筒外罩6的外侧壁上设有助燃空气入口16，燃烧室壳体外罩9的外侧壁上设有二次空气入口13；燃烧室壳体8的小端开口为喷口。\n[0012] 所述燃烧室壳体8为金属壳体，燃烧室壳体材料选择高温合金。\n[0013] 燃烧室壳体采用带有气膜冷却孔的金属波纹锥形壳体，冷却通道不是平直的而呈波纹状，能够增加扰流的强度，提高换热效果；壳体上的气膜冷却孔在迎着气流的波峰面上与气流流动方向有夹角，借助动压进气，对溢流强化换热有利；通道外波纹沿气流方向有波峰和波谷，通过气膜冷却孔出来的气体可以相对稳定地驻留在波谷里，形成气体隔膜，有效地防止了热燃气对壳体的对流换热，提高了高速烧嘴的使用寿命。带有气膜冷却孔的金属波纹锥形壳体的波纹结构使其刚度增加，抗动载荷、抗热冲击的稳定性好。\n[0014] 本实施方式中燃烧室内筒5的内腔为第一段燃烧室14，燃烧室壳体8的内腔为第二段燃烧室11，第一段燃烧室14和第二段燃烧室11是连通的。\n[0015] 本实施方式中助燃空气入口16上设有助燃空气入口法兰15以便于和相应管道连接，二次空气入口13上设有二次空气入口法兰12以便于和相应管道连接。助燃空气密封气腔18和二次空气密封气腔19二者之间通过燃烧室壳体大端法兰7隔开。燃烧室壳体8的小端的喷口外设有燃烧室壳体小端法兰10以方便连接。\n[0016] 本实施方式中燃烧室壳体8的半锥角β为10°～15°，燃烧室壳体8的厚度t为0.3mm～1.0mm。\n[0017] 具体实施方式二：如图2～3所示，本实施方式所述燃烧室壳体8侧壁的纵截面由n节单节波纹依次连接而成，每个单节波纹由短波棱8-2和长波棱8-3构成，每个单节波纹的长度L0为10mm～20mm，每个单节波纹的波纹倾角α为25°～45°，每个单节波纹的波纹高度h为2.0mm～3.0mm；燃烧室壳体8的波纹节数n由单节波纹长度L0和燃烧室总长度L确定。上述参数均和燃烧室壳体的冷却效果有关。燃烧室壳体采用带有气膜冷却孔的金属波纹锥形壳体，波纹结构增加了燃烧室壳体的刚度，抗动载荷、抗热冲击的稳定性好。\n本实施方所述烧嘴的燃烧室壳体使用寿命是现有直壁面锥形壳体的5倍。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。\n[0018] 具体实施方式三：如图2～3所示，本实施方式中相邻短波棱8-2和长波棱8-3之间的向内凹陷的过渡圆角半径R1为1.5mm～2.5mm，相邻短波棱8-2和长波棱8-3之间的向外凸出的过渡圆角半径R2为2.0mm～2.5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。\n[0019] 具体实施方式四：如图2～3所示，本实施方式所述气膜冷却孔8-1位于短波棱\n8-2处，且每个气膜冷却孔8-1的轴线垂直于短波棱8-2所在的平面。其它组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。\n[0020] 具体实施方式五：如图2～3所示，本实施方式所述气膜冷却孔8-1的几何中心与单节波纹的短波棱8-2端头之间的水平距离x为1.5mm～2.0mm。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。\n[0021] 具体实施方式六：如图2～3所示，本实施方式所述燃烧室壳体8上的气膜冷却孔\n8-1的孔径d为1.5mm～2.5mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或五相同。\n[0022] 具体实施方式七：如图2～5所示，本实施方式中同一圆周上的相邻两个气膜冷却孔8-1几何中心之间的圆弧所对的圆心角θ为4.5°～6.0°(换言之，同一圆周上的相邻两个气膜冷却孔8-1的几何中心与燃烧室壳体的轴线构成的平面之间的夹角θ为4.5°～\n6.0°)。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。\n[0023] 具体实施方式八：如图6～9所示，本实施方式所述气膜冷却孔8-1的排列方式为顺排排列或叉排排列。燃烧室壳体的冷却效果与气膜冷却孔的排列方式有关。气膜冷却孔的排列方式有顺排排列和叉排排列两种，在相同的结构参数条件下叉排排列的冷却效果优于顺排排列的冷却效果。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。\n[0024] 具体实施方式九：如图1所示，本实施方式所述烧嘴还包括煤气挡板4，所述煤气挡板4设置高速烧嘴端盖3与燃烧室内筒5之间，所述煤气挡板4用于将进入高速烧嘴端盖3内煤气均成多份后再进入燃烧室内筒5内。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、五、七或八相同。\n[0025] 具体实施方式十：如图1所示，本实施方式所述烧嘴还包括电点火器2，所述电点火器2设置在高速烧嘴端盖3上，所述高速烧嘴端盖3上还设有火焰检测孔17。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、五、七或八相同。\n[0026] 本发明的所述燃烧室壳体8的设计步骤可为：步骤一、选择燃烧室壳体材料；步骤二、综合考虑影响燃烧室壳体结构的因素，确定燃烧室壳体小端直径D1和大端直径D2、燃烧室壳体的总长度L、燃烧室壳体锥度β；步骤三、根据燃烧室壳体的总长度L确定单节波纹长度L0、波纹节数n；步骤四、根据燃烧室壳体的冷却效果，确定波纹倾角α；步骤五、根据燃烧室壳体的冷却效果，确定波纹高度h；步骤六、根据燃烧室壳体的冷却效果，确定波纹的波棱曲面半径R1和R2；步骤七、根据燃烧室壳体的冷却效果，确定气膜冷却孔的位置；步骤八、根据燃烧室壳体的冷却效果，确定气膜冷却孔直径d。