CN101451714B - 双流环形管道以及包含双流环形管道的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环形管道(8)，所述环形管道(8)由两个管(12、13)限定，所述两个管的轴(2)相互平行并且两个管相对彼此可以轴向移动，第一管(12)载有用于将切向分量施加给管道(8)内流动的流体的第一部分的分流构件(17)，制作第二管(13)使得所述管道(8)的所述下游端(20)处的所述流体的第一部分的切向偏移角度取决于所述两个管(12、13)的相对轴向位置。根据本发明，所述第二管(13)包括用于使所述管道(8)内流动的流体的补充部分在所述管道(8)的下游端(20)处具有单独的切向偏移角度的矫直构件(19)。

Description

双流环形管道以及包含双流环形管道的燃烧器

技术领域

本发明涉及环形管道以及包含这种管道的燃烧器，所述燃烧器是一次空气燃烧器、总空气燃烧器(total air burner)、气体燃烧器等。

背景技术

由轴平行的两个管限定的这种环形管道在本领域中是公知的，所述环形管道具有第一管，该第一管载有用于对在所述管道内流动的流体施加切向分量的分流构件。

这种管道经常用于燃烧器中，特别是用于如申请号为EP 967434的欧洲专利申请中说明的那些一次空气燃烧器中。确实，在如该申请中说明的那些现代燃烧器中，为了改进燃烧，燃料供给管道由产生涡流(或螺旋流)的两个周边一次空气供给管道环绕，这些管道中的一个不包括分流构件，在所述管道中流通的空气依照轴对称流从该管道逸出；而其它管道包括这种构件，在所述管道中流通的空气依照燃烧器轴周围的旋流从该管道逸出。所述两个周边管道带来的改进的质量取决于需要作出的调整，特别涉及到它们输送的一次空气的流量：一方面是所述两个周边管道输送的空气相对其它组分(燃料和中央一次空气)的流量的总流量，以及，另一方面是使涡流效应得到调节的周边一次空气的两个流量的关系。调节所述两个流量特别复杂并且需要特别有资质的使用者。

此外，由于存在所述两个周边空气供给管道，这些燃烧器特别沉重、庞大、复杂(为了设置它们在管道的上游部分)并且昂贵。

为方便调节涡流同时使得燃烧器变轻而提出的方案是用由两个管限定的单个环形管道取代所述两个管道，所述两个管的轴平行且两个管相对彼此可以轴向移动，第一管载有用于将切向分量施加给管道内流动的流体的分流构件，第二管包括用于将流体驱出分流部件的驱动部，在所述管道下游端处的切向偏移的角度取决于第二管相对第一管的轴向位置。2005年6月27日的FR 0506519的法国专利申请对此方案进行了说明。

然而，可看出尽管确实可以使燃烧器变轻并且只有单个流体流需要调整，但是调节涡流仍然很复杂。确实，根据所选的调节，流出管道的流体要么具有的流体流太轴向，要么具有的流体流有太多涡流，而且具有中间性能的流体流已经表现出不稳定性，证明中间流体流的调节很困难。

发明内容

一方面，本发明旨在实现一种具备与上述申请同样轻的燃烧器，当涡流可以被调节时所述调节可以是改进的并且可控的，另一方面，实现一种可以制造这种燃烧器的环形管道。

根据本发明，在上述类型的环形管道中，分流构件只对管道内流动的流体的第一部分施加切向分量，第二管包括矫直构件，所述矫直构件用于使管道内流动的流体的补充部分在管道的下游端处具有单独的切向偏移角度。

因为用单个管道代替了两个常规管道，所以这种管道可以形成特别轻的燃烧器。此外，当所述矫直构件相对分流构件布置时，在其中覆盖的下游端，使流体的补充部分与第一部分分离，流出管道的两部分流体的流量更稳定。此外，当两个管相对彼此轴向可滑动地安装，并且由矫直构件施加的切向偏移角度小或甚至为零时，调节流体涡流变得简单：流体的补充部分的轴向(基本轴向)流体流稳定第一部分的涡流。此外，当外部管道载有所述矫直构件时，轴向流体流环绕涡流并以特别有效的方式使其稳定，使得可以增加流体的第一部分的切向偏移，而不产生导致流体流全部分流的行为中的急剧变化。

附图说明

其它特征和优点将出现在以非详尽实例的方式给出并且在附图中示出的三个实施例的详细说明中，其中：

图1为依据本发明的第一实施例的包括环形管道的燃烧器沿轴向横截面的局部图；

图2为依据本发明的第一实施例的管道下游部的轴向横截面图，示出图1的II区的放大图；

图3为图2示出的管道下游部的展开图；

图4为与图2相似的图，其中的管道依据本发明的第二实施例；

图5为与图2和图4相似的图，其中的管道依据本发明的第三实施例；

图6为与图3相似的图，其中的管道依据本发明的第三实施例；及

图7为图1的VII区的放大图。

具体实施方式

图1示出沿轴2延伸并且包括几个基本共轴的管道(此处是五个)的燃烧器1。这五个管道包括中央燃料供给管道3(其中，在这个实施例中，容纳了液体或气体燃料喷射口4)，环绕中央燃料供给管道3的中央一次空气供给管道5，环绕中央一次空气供给管道5的第一周边燃料供给管道6(例如，粉状固体燃料)，环绕第一周边燃料供给管道6的第二周边燃料供给管道7(例如，气体)，以及位于全部所述燃料供给管道外部的周边的一次空气供给环形管道8。中央燃料供给管道3由中央管9限定，中央一次空气供给管道5由中央管和第一周边管10限定，第一周边燃料供给管道6由第一周边管10和第二周边管11限定，第二周边燃料供给管道7由第二周边管11和第三周边管12限定，并且一次空气供给环形管道8由第三周边管12和外管13限定。

通常，第三周边管12相对于外管13共轴可滑动地安装，第二周边管11相对于第三周边管12轴向可滑动地安装，并且第一周边管10相对于第二周边管11轴向可滑动地安装。

此外，燃烧器1包括覆盖中央一次空气供给管道5的输出的中央稳定器13。一方面，这个中央稳定器13包括冷却口14，所述冷却口14由来自中央一次空气供给管道5的一次空气通过，另一方面，所述中央稳定器13包括开口15，所述开口15基本对应于中央燃料供给管道3的一部分，并且由这个管道3供给的燃料通过。更优选地，中央稳定器13的直径至少等于外管13的直径的40％。

因此周边一次空气供给环形管道8由两个管12、13限定，这两个管的轴2平行(此处，两个管12、13共轴)并且限定轴向16。

燃烧器1的第三周边管12形成管道8的内管12。在该实施例中，内管12载有分流构件17，所述分流构件17用于将根据切线方向18的分量施加到管道8内流动的流体的第一部分。

燃烧器1的外管13形成管道8的外管13。在该实施例中，外管13载有矫直构件19，所述矫直构件19用于使管道8内流动的流体的补充部分在管道8的下游端20处具有独立的切向偏移角度。因此，在管道8的下游端20处，流体的一部分具有一定的切向偏移，另一部分具有其它偏移。这样，本发明可以用仅包括两个管的单个管道代替一组两个环形管道，这两个环形管道中的一个设置在另一个的内侧且包括三个管(内管、外管以及中间管)。所述管道的优点在于其可以使燃烧器特别轻便并且减小直径，这对具有较小尺寸的炉子和烘干机是尤其有用的。这个优点对于旋转式炉子和烘干机更有用，其中燃烧器前面的部分通过安装的加热罩外伸几米并且由移动托架支撑。由于在制造、运输、安装上的方便以及减小容纳所述燃烧器的装置的加固件的可能性，所以经济利益是巨大的。

为了在管道8的输出处获得具有良好涡流性能的流体的第一部分，制作所述分流构件17以便在管道8的下游端20处施加0至50度之间的切向偏移角度，优选地是在5至30度之间。为了使流出管道8的流体的所述第一部分呈稳定的性能，制作所述矫直构件19以便在管道8的下游端20处为流体的补充部分施加小于5度的切向偏移角度，更优选的是基本为零(或甚至是零)的角度。

在所述实施例中，由于流体的第一部分(带有涡流)被流体的补充部分(带有轴向流)环绕的事实，进一步增加所述稳定性。

在这些实施例中，分流构件17相对于第一管12固定，并且分流构件和第一管通过由对这个管2进行加工(铣削)而产生的第一系列槽17形成。所述第一系列中的每个槽17由基壁21和两个纵壁22限定。基壁21沿轴向16和切向18延伸，因此呈圆柱形。两个纵壁22沿轴向16和径向23延伸，并且具有相对于管道8的轴2的切向偏移24。此处，在轴向16的任一点，切向偏移24的角度小于50度，优选的是在5度至30度之间。

在这些实施例中，矫直构件19相对于第二管13固定，并且矫直构件和第二管通过由对这个管13进行加工(铣削)而产生的第二系列槽19形成。所述第二系列中的每个槽19由基壁25和两个纵壁26限定。基壁25沿轴向16和切向18延伸，因此呈圆柱形。两个纵壁26沿轴向16和径向23延伸，并且具有相对于管道8的轴2的切向偏移27。此处，在轴向16的任一点，切向偏移27的角度小于5度，更优选的为接近于零。

第一系列中的两个邻近槽17由接合构件28相对彼此分开。第一系列中的每个接合构件28由上游接合壁29、上部接合壁30以及下游接合壁31限定。根据情况，在纵壁22的上游或下游端处的上游接合壁29和下游接合壁31从基壁21径向地延伸到相应槽1 7的纵壁22的自由端。上游接合壁29、上部接合壁30和下游接合壁31从槽18的纵壁22横向地延伸到邻近槽18的纵壁22。因此，流体的第一部分只能通过第一系列中的槽17，而上游接合壁29和下游接合壁31是上部接合壁30的轴向延伸。

相同地应用到第二系列中的两个邻近槽19。第二系列中的每个接合构件32由与第一系列中的接合构件28的相应壁相似的上游接合壁33、上部接合壁34以及下游接合壁35限定。因此，流体的补充部分只能通过第二系列中的槽19，而上游接合壁33和下游接合壁35是上部接合壁34的轴向延伸。

可以从图3看出，在第一实施例中，第二系列中的每个槽19成角度地布置在由两个角扇形限定的角度范围内，这些角扇形对应于第一系列中的两个邻近槽17的角度占用(angular occupation)。因此，在一系列中的每个槽与在另一个系列中的接合构件相对。

此外，在这些实施例中，矫直构件19与分流构件17合作，从而在其内覆盖的下游端处，使流体的补充部分与第一部分分离。这个分离可以改进在管道的输出处流体流的稳定性。

在这些实施例中，这种分离通过两个系列槽6、18(此处，至少由矫直构件19)中的至少一个带有的分隔工具32、36形成。在图1至图3示出的实施例中，由于两个系列槽17、19(以及两个系列接合构件28、32)的角度分布，所述分隔工具通过第二系列的接合构件32形成(也通过第一系列中的接合构件28形成)。在图4和5示出的实施例中，分隔工具通过第二系列槽19带有的一系列盖36形成，每个盖36覆盖相应槽19的基壁25，并且从槽19的一个纵壁26的自由端横向延伸到槽19的另一个纵壁，从纵壁26的一个轴向端轴向地延伸到纵壁26的另一个轴向端(在这个实施例中，第一和第二系列中槽的相对角位置使流体的两部分分离不重要)。

此外，在这些实施例中，限定所述管道的两个管12、13依照轴向16可以相对彼此活动，外管13被这样制作：在管道8下游端20处的流体的第一部分的切向偏移角度取决于两个管12、13的相对轴向位置。

通过改变第二系列中的槽19对第一系列中的槽17的覆盖，在这些实施例中产生对根据两个管2、3的相对轴向位置的所述流体的第一部分的切向偏移角度的改进。在这个覆盖的下游，关闭第一系列中的每个槽17，并且流体的第一部分被迫在其中流通，并且在上游，打开每个槽17使得流体的该部分在第二管13的方向呈放射状流出。对于第一系列中的每个槽17，根据轴向16所取的一点处的切向偏移24的角度根据该点相对于槽17的上游端的距离而变化。更精确地，对于第一系列中的每个槽17，切向偏移24的角度从其上游端到下游端15减小(在下游端15处的切向偏移角度可以基本为零)。流出管道8的流体的第一部分的切向分量对应于在轴向点处第一系列中槽17的切向偏移24的角度，在所述轴向点处流体的所述部分从槽17中放射状地流出，并且通过改变第二系列槽对第一系列槽的覆盖的下游端的位置来改变所述分量是非常容易的。

此外，如图3所示，制作矫直构件19以使得对在管道8的下游端20处的流体的补充部分施加相同角度的切向偏移，而不考虑两个管12、13的相对轴向位置。

同样地，如图3所示，布置矫直构件19带有的分隔工具32、36，以使得分离所述流体的两部分，而不考虑两个管12、13的相对轴向位置。

如多个附图所示，优选地是将分流构件17和矫直构件19相对彼此呈放射状布置，以使得在它们之间具有能够使所述管无摩擦地轴向滑动的最减小的间隙。所述间隙优选的是在0.5mm至10mm之间。这个间隙的值必须合适，以不消除分隔工具的效果并且使通过所述间隙的流体部分可以忽略。

更优选地，第一系列槽中的有用通道部分相当于第二系列槽中的有用通道部分的15％至70％。

此外，在所述实施例中，流体的第一部分放射状地流出第一系列槽17是柯恩达效应(Coanda effect)的应用产生的。更精确地，第二管13包括由于从上游向下游的轴向16的位移，使离第一管12的径向23的距离增加而定向的驱动部35、38、39(由于第二管13是外部管，所述驱动部是分岔的事实)，使流体流经所述效应附着到所述壁上。此处，驱动部35、38、39是锥形部，其顶点处的半角37基本等于25度。

在这些实施例中，分隔工具32、36形成驱动部35、38、39的至少一部分。

在图2示出的实施例中，驱动部35、38、39包括在第二系列接合构件32中的下游接合壁35和从基壁25开始延伸的驱动壁38。此外，在该实施例中，第一系列中的每个槽17的基壁21在轴向上是一致的。

在图4示出的实施例中，驱动部35、38、39包括一系列盖36的全部下游端39，以及延伸的第二系列接合构件32中的下游接合壁35。所述驱动壁39从接合构件32和第二系列槽19的延长部成角度地延伸，因此也通过柯恩达效应驱动流体的第二部分。在该实施例中，为了改进流体第一部分的径向排空，底面21在其下游端处具有由于第二管13从上游向下游运动的轴向16的位移，使径向23的距离减小而定向的部40。

此外，在所述两个实施例中，第二管13包括圆柱部41，所述圆柱部41以避免流出管道的流体过于分散的方式延伸驱动部35、38、39的下游端。

在图5示出的实施例中，驱动部35、38、39仅通过一系列盖26的下游端38的径向部分形成，更精确地，通过邻近第一系列槽17的径向部分形成。

因此，通过使用或多或少坚固的部35、38、39，可以改变所述流体的第一部分的排空的径向程度。

此外，在图5和图6示出的实施例中，对于第一系列中的每个槽17，切向偏移24的角度在第一轴向部42上(此处是上游部42)是恒定的(大约为30度)，然后在第二轴向部43上减小(此处，至切向偏移24的角度大约为5度的第二轴向部43下游端)。

如图7所示，在完全独立的方式中，图1示出的燃烧器1在其内的中央稳定器13上具有特性。根据这个特性，中央稳定器13相对于第一周边管10轴向可滑动地安装，所述第一周边管10从外部限定中央一次空气供给管道5并环绕中央稳定器13。环形通道50由周边管10的内部下游端51和稳定器13的周边边缘52限定。因此，通过使限定这个通道50的两个面51、52中至少一个成斜角(此处是通过使第一周边管10的内部下游端51成斜角)，可以调节环形通道50的部分，甚至可以使环形通道50关闭。

在这个实例中，操作工具9的存在使得中央稳定器13的轴向位移成为可能，此处所述操作工具9是限定中央燃料供给管道3的中央管9，所述中央燃料供给管道3的一端是开口15，中央管道9和中央稳定器13相对彼此固定。

此外，在这个实例中，限定通道50的两个面51、52中的至少一个(此处通过中央稳定器13的外部圆柱表面)表示为流经该通道的流体施加切向分量的分流构件。此处，所述分流构件沿稳定器13的***边缘52产生，并且所述分流构件通过相对于燃烧器1的轴(因此相对于稳定器13)以优选的在五度至六十度之间的角度倾斜的凹槽形成。

本发明以及与中央稳定器相关的特性均不局限于上文所述的实施例。

所述管道可以并入任何燃烧器，也可以并入除了燃烧器的其它设备。

所述燃烧器可以包括几个中央燃料供给管道(通常至多五个)，所述中央燃料供给管道在围绕中央一次空气供给管道的轴有角度地分布，其中的一个可以与这个管道共轴(如在本实例中)。所述中央燃料供给管道可以不用于容纳注入口，特别是当燃料是诸如固体、粉末状或片状的代用燃料时。

所述燃烧器也可以是总空气式燃烧器，其中依据本发明的一次空气供给环形管道至少被一个二次空气供给管道环绕。

所述燃烧器也可以是包括至少两个基本共轴管道的气体式燃烧器，这两个管道包括一个依据本发明的环绕另一个管道的周边气体供给环形管道。

外部管可以载有分流构件，内管可以载有矫直构件。

可以通过将纵壁固定(例如通过焊接)到相应的管来产生槽(在第一系列以及第二系列中)。

所述驱动部可以不包括驱动壁，或者这个驱动壁仅在轴向构件的延长部或所述槽的延长部成角度地延伸。

Claims (19)

1.一种环形管道(8)，其由第一管(12)和第二管(13)限定，所述第一管和第二管的轴(2)相互平行并且限定轴向(16)，所述第一管和第二管相对彼此轴向移动，所述第一管(12)载有用于将切向分量施加给所述环形管道(8)内流动的流体的第一部分并且固定到所述第一管(12)的分流构件(17)，所述第二管(13)包括用于使所述环形管道(8)内流动的所述流体的补充部分在所述环形管道(8)的下游端(20)处具有单独的切向偏移角度的矫直构件(19)，并且制作所述第二管(13)以使在所述环形管道(8)下游端(20)处的所述流体的第一部分的切向偏移角度取决于所述第一和第二管(12、13)的相对轴向位置，其特征在于所述矫直构件(19)相对所述第二管(13)固定，所述分流构件(17)的偏移角度根据所述轴向(16)变化，且所述流体的第一部分的切向偏移角度的更改由所述矫直构件(19)覆盖所述分流构件(17)的下游端的轴向位移产生。

2.如权利要求1所述的环形管道(8)，其特征在于制作所述矫直构件(19)以在所述环形管道(8)下游端(20)处为所述流体的补充部分施加小于5度的切向偏移角度。

3.如权利要求1或2所述的环形管道(8)，其特征在于制作所述矫直构件(19)以在所述环形管道(8)下游端(20)处为所述流体的补充部分施加相同角度的切向偏移，而不考虑所述第一和第二管(12、13)的相对轴向位置。

4.如权利要求1或2所述的环形管道(8)，其特征在于所述矫直构件(19)相对分流构件(16)布置，从而在其中所述覆盖的下游端使所述流体的补充部分与所述第一部分分离。

5.如权利要求1所述的环形管道(8)，其特征在于所述分流构件(17)由第一系列槽(17)形成，一方面，每个所述槽(17)由基壁(21)限定，另一方面，每个所述槽(17)由沿轴向(16)和径向(23)延伸并且具有相对于所述环形管道(8)的轴(2)的切向偏移(24)的两个纵壁(22)限定。

6.如权利要求5所述的环形管道(8)，其特征在于，所述矫直构件(19)由第二系列槽(19)形成，一方面，每个所述槽(19)由基壁(25)限定，另一方面，每个所述槽(19)由沿轴向(16)和径向(23)从上部接合壁(34)延伸的两个纵壁(26)限定，所述上部接合壁(34)从所述槽(19)的纵壁(26)的自由端延伸到所述邻近槽(19)的纵壁(26)的自由端；所述第二系列中的每个所述槽(19)成角度地布置在由两个角扇形限定的角度范围内，所述角扇形对应于所述第一系列中的两个所述邻近槽(17)的角度占用。

7.如权利要求5所述的环形管道(8)，其特征在于，所述矫直构件(19)由第二系列槽(19)形成，一方面，每个所述槽(19)由基壁(25)限定，另一方面，每个所述槽(19)由沿轴向(16)和径向(23)从上部接合壁(34)延伸的两个纵壁(26)限定，所述上部接合壁(34)从所述槽(19)的纵壁(26)的自由端延伸到所述邻近槽(19)的纵壁(26)的自由端；所述第二系列槽(19)载有的分隔工具(32、36)使一系列任何所述槽(17、19)与另一系列所述任何槽(19、17)分离，而不考虑所述第一和第二管(12、13)的相对轴向位置。

8.如权利要求7所述的环形管道(8)，其特征在于所述分隔工具(32、36)包括所述上部接合壁(34)。

9.如权利要求7所述的环形管道(8)，其特征在于所述分隔工具(32、36)包括覆盖所述第二系列槽(19)的基壁(25)的一系列盖(36)。

10.如权利要求1所述的环形管道(8)，其特征在于所述第二管(13)包括由于所述第一管(12)从上游向下游运动的轴向(16)位移，使径向于所述轴向(16)的径向(23)的距离的增加而定向的驱动部(35、38、39)，以便经柯恩达效应使流体流附着到所述壁上。

11.如权利要求10所述的环形管道(8)，其特征在于，所述矫直构件(19)由第二系列槽(19)形成，所述第二系列槽(19)载有的分隔工具(32、36)使一系列任何所述槽(17、19)与另一系列所述任何槽(19、17)分离而不考虑所述第一和第二管(12、13)的相对轴向位置，所述分隔工具(32、36)至少形成所述驱动部(35、38、39)的一部分。

12.如权利要求11所述的环形管道(8)，其特征在于所述驱动部(35、38、39)包括一系列下游接合壁(35)，所述一系列下游接合壁(35)从所述第二系列槽(19)的纵壁(26)的下游端延伸至所述邻近槽(19)的所述纵壁(26)的下游端。

13.如权利要求10所述的环形管道(8)，其特征在于，所述分流构件(17)由第一系列槽(17)形成，所述矫直构件(19)由第二系列槽(19)形成，所述第二系列槽(19)载有的分隔工具(32、36)使一系列任何所述槽(17、19)与另一系列所述任何槽(19、17)分离而不考虑所述第一和第二管(12、13)的相对轴向位置，所述驱动部(35、38、39)至少包括与所述第一系列槽(17)邻近的所述一系列盖(36)的下游端(29)的径向部。

14.如权利要求1所述的环形管道(8)，其特征在于制作所述矫直构件(19)以在所述环形管道(8)下游端(20)处为所述流体的补充部分施加基本为零的切向偏移角度。

15.一种燃烧器(1)，其包括几个基本共轴的管道(3、5、6、7、8)，其特征在于其中最外面的环形管道(8)为依照权利要求1至14中的任一个，并且允许在其输出处供应具有两部分的流体，所述两部分的每部分具有独立的切向分量。

16.如权利要求15所述的燃烧器(1)，其特征在于所述燃烧器(1)包括由周边管(10)从外部限定的中央一次空气供给管道(5)，以及设置在所述一次空气供给管道(5)的输出处并且相对于所述周边管(10)轴向可滑动地安装的中央稳定器(13)，所述周边管(10)的内部下游端(51)和所述中央稳定器(13)的***边缘(52)限定环形通道(50)，并且所述两个表面(51、52)中的至少一个限定成斜角的所述环形通道(50)。

17.如权利要求16所述的燃烧器(1)，其特征在于限定所述环形通道(50)的所述两个表面(51、52)中的至少一个具有将切向分量施加给流经所述环形通道(50)的流体的分流构件(52)。

18.如权利要求16或17所述的燃烧器(1)，其特征在于所述中央稳定器(13)包括至少一个形成中央燃料供给管道(3)的下游端的开口(15)，所述中央燃料供给管道(3)由轴向地附着到所述中央稳定器(13)的中央管(9)从外部限定。

19.如权利要求16或17所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述第一和第二管为同轴的并且包括内管(12)和外管(13)，所述中央稳定器(13)的直径至少等于依照权利要求1至14中的任一项的所述环形管道(8)的所述外管(13)的直径的40％。

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