[发明专利]一种喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器

说明书

一种喷嘴，包括外壁，所述外壁位于喷嘴出口处的边缘包括至少一级分形结构，第i级分形结构包括至少一个第i级分形面或至少一个第i级截断分形面，第i+1级分形面为在至少一个第i级分形面上沿垂直于外壁厚度方向裁切至少一个多边形获得，其中所述第i+1级分形面与所述裁切下的至少一个多边形在外壁厚度方向上的侧面相对应，所述至少一个第i级分形面被述的j个多边形分割为j+1个第i级截断分形面，外壁位于喷嘴出口处沿厚度方向上的侧面作为第0级分形面，其中至少一个分形面或截断分形面上设置有至少一个燃料孔，i≥0，j>0，i，j为整数。

技术领域

本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器，其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉等各种工业和民用燃烧器。

背景技术

工业生产如冶炼、石化、制药、造纸及采矿等行业会产生大量有害气体和低热值气体，这些气体直接排放到大气中会严重污染环境，而且还浪费了能源。如果将这些气体燃烧利用，不但减小了环境污染和节约能源。当前我国环境污染问题十分严重，发展相关清洁燃烧技术十分迫切。此外，航空发动机、发电用燃气轮机、舰船用燃气轮机也都需要燃烧器。燃烧器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。随着3D打印技术的日益完善，燃气轮机巨头如通用、西门子都在大力发展基于3D打印技术的新型喷嘴设计。

因而，亟需开发一种基于3D打印加工技术的掺混效果好、燃烧稳定、污染物排放低的新型喷嘴及其燃烧器。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器。

本发明一方面提供一种喷嘴，包括外壁，所述外壁位于喷嘴出口处的边缘包括至少一级分形结构，第i级分形结构包括至少一个第i级分形面或至少一个第i级截断分形面，第i+1级分形面为在至少一个第i级分形面上沿垂直于外壁厚度方向裁切至少一个多边形获得，其中所述第i+1级分形面与所述裁切下的至少一个多边形在外壁厚度方向上的侧面相对应，所述至少一个第i级分形面被述的j个多边形分割为j+1个第i级截断分形面，外壁位于喷嘴出口处沿厚度方向上的侧面作为第0级分形面，其中至少一个分形面或截断分形面上设置有至少一个燃料孔，i≥0，j>0，i，j为整数。

优选地，所述多边形为三角形或矩形。

优选地，所述外壁位于喷嘴出口处的边缘包括三级分形结构。

优选地，形成第i+1级分形面裁切的多边形小于形成第i级分形面裁切的多边形。

优选地，所述燃料孔为圆孔，所述第i+1级分形面或截断分形面上的燃料孔的直径小于所述第i级分形面或截断分形面上的燃料孔的直径。

优选地，所述燃料孔包括至少一级分形结构。

优选地，所述外壁为圆筒状，圆筒外壁内包括中间圆筒沿所述中间圆筒周向排布的旋流器叶片。

优选地，所述中间圆筒内包括网孔板。

本发明另一方面提供一种喷嘴阵列，包括至少一个前述的喷嘴，呈圆形阵列或矩形阵列排布。

本发明再一方面提供一种燃烧器，包括至少一个前述的喷嘴或喷嘴阵列。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

采用外壁位于喷嘴出口处的边缘具有多级分形结构的喷嘴及其燃烧器可以防止火焰吹熄、增强湍流度、强化掺混，具有回火裕度宽、燃烧稳定性好、污染物排放低等优点；

中间圆筒内包括网孔板用来调节湍流度和流量。

附图说明

图1为本发明实施例喷嘴的半剖结构示意图；