对喷嘴技术的思考以及喷嘴技术的创新与发展

一、对国内喷嘴技术的思考

1、各类喷嘴的喷雾原理涉及空气动力学、流体动力学．以及数值汁算的模型等具有相对独立的技术内涵。喷雾工质也各具其特性，与喷嘴关系更为密切。 
2、经过长期开发研制、创新发展，技术包含了极其丰富的内容，喷嘴结构形式极其繁多。因此喷嘴技术内容是非常充实和完整的，完全有必要和可能单独立题论述。 
3、各种燃烧装置，如工业炉、锅炉、内燃机及燃气轮机上的燃烧装置自成体系研制了不同喷雾装置，虽然相臣借鉴，并义有创新，但是缺少深入纵横比较，小利于取长补短。 
4、燃烧装置上的喷嘴技术与非燃烧装置的喷嘴技术，无论从喷雾原理、结构形式、设汁方法等方面基本上相同，或者大同小异，很有必要归类说明。 
5、喷嘴的生产工艺、材料选用，以及喷嘴性能发其雾化质量榆测等方面也是基本相同，只是有要求高低及内容上的差别。特别值得指出的是国外有专业喷嘴生产公司，可以提供各种类型的喷嘴，这些公司具有专门的精良加工、检验、检测设备，规模化生产降低了生产成本。国内数百甚至上万元的单个喷嘴，在国外仪需几十、几百无就可买到。这充分说明国内在喷嘴技术缺乏全面的统一的认识和管理。

基于以上有关喷嘴技术开发、喷嘴的设计、加工、检测、应用等方面的公共性及独立性，有必要编著学业性的喷嘴技术手册。但是在介绍各种喷嘴的发展过程、性能特点、设计要求及方法时又必然与燃烧技术和装嚣相瓦联系。

二、喷嘴技术发展概况

获得广泛应用的种类繁多的喷嘴表明了喷嘴技术的快速发展，而推动该项技术发展的动力主要是以下几方面： 
1、工业技术进步和发展是主要动力，从蒸汽机，发展到内燃机、燃气涡轮热动力装置，以及备个工业部门生产技术的开发和发展，都促进了燃料或物料喷雾技术的发展，因为它是燃烧过程、生产过程、工艺流程中必不可少的环节。 
2、节能和环保要求日益提高是促进喷嘴技术不断创新和完善的另一个动力。燃烧设备的高效率燃烧足节能的根本，高质量的燃料喷雾有赖于喷嘴技术。同时燃烧产物的排放物中的污染物也与喷雾质量和燃烧组织有关。 
3、多种燃料、物料的喷雾需求也促进了喷嘴多样化。 
喷嘴技术的发展突出表现在喷雾方式、结构的多样化和多适用性；另外也表现在喷雾质量的评定指标的扩展和检测手段的发展和完善。 
我们仅从内燃机上采用的燃料喷射装置来追溯的初期发展所史。在19世纪80年代以前，石油开采和炼制工业刚起步不久，内燃机内只是燃用煤气。直到1887年德国人发明汽化器，液体燃料被内燃机所采用，即在发动机进气道内利用汽化器雾化汽油，可以说足气动雾化喷嘴的雏形。在1892年狄塞尔发明柴油机，用直射喷嘴喷射燃油，第一次在发动机内采用挥发性差，粘度较大的液体燃料进行雾化燃烧。20世纪初才有人在压力喷嘴内加入一段有螺纹的螺杆，利用燃油产生旋流雾化，其雾化质量大为改善，这就是压力雾化喷嘴(即离心喷嘴)。它随着石油开采量的扩大得以迅速地广泛应用，至今已存工业炉、锅炉、内燃机、燃气轮机及火箭都应用了它。也由于气动雾化喷嘴要消耗较大的电功率用于雾化空气的增压，气动喷嘴的发展在一段时间内没有进一步发展，而离心喷嘴方面获得了不断地完善和改进。 
作为机械雾化的旋转喷嘴那是20世纪30年代人们为了干燥粘土悬浮渡，采用旋转的盘、杯等进行旋转喷雾试验而探索出来的喷雾方法。

三、喷嘴的创新和发展-液体工质燃料

从喷嘴喷雾技术的原理上的创新来看，早期的单级压力雾化(离心式)喷嘴的燃油调节比仅1：2，改用串联或并联喷口的双级压力雾化喷嘴、变面积压力喷嘴及回油喷嘴克服了简单压力喷嘴的弊端，燃油调节比增加到l：20如(回油喷嘴为l：6)左右，从而扩大了燃烧装置输出功率可调范围。20世纪60年代，随着燃气轮机燃烧室进口压力和温度的提高，采用压力雾化喷嘴的燃烧室易于发生冒烟、积炭及火焰筒壁温过高等问题，蒸发管和宅气雾化喷嘴应运而生，它能克服以上缺点，因此对燃气轮机来说在喷嘴技术实现了第一次创新。由于空气雾化喷嘴技术更为成熟和完善．相继工业炉上又广泛采用了空气雾化喷嘴。

空气的突出缺点足稳定燃烧范围较窄，低工况下燃烧效率低、点火较困难．满足不了高性能航机要求，因此又发展了组合式燃油雾化装置．它实质上是将压力雾化和空气雾化组合在一起，满足了大、小工况下高效、稳定燃烧要求，这又是喷嘴技术的第二次创新。

航空燃气轮机改型为地面燃气轮机而需要燃用重质燃油：工业炉和重型燃气轮机也早已燃用重质燃油，将低压空气雾化改用高压宅气或蒸汽雾化，即采用高压空气(蒸汽)雾化喷嘴以满足高粘度的重渣油的雾化质量要求，这又是喷嘴技术的新的发展。近代创新的气泡雾化喷嘴技术更进一步改善了高压空气(蒸汽)雾化喷嘴的雾化质量，它利用高压空气或蒸汽在液流中产生气泡，经喷口高速喷出并爆破为雾滴。它的耗气量小．在雾化高粘度液体时效果明显。有人称它为喷嘴技术的第三次创新。

再从喷嘴为满足多用途要求，也可看出喷嘴技术的发展。为满足军用飞机加力燃烧室高效燃烧和宽广的加力调节范围要求考虑，创造了布置多喷射点和分圈分亚供油方式，即采用带直射喷嘴的油杆或油圈取代了压力雾化喷嘴。为利用小发动机高转速和发动机的折流燃烧室结构特点，喷雾质量非常好的离心甩油盘得到了广泛应用，已成为法国TM小发动机公司传统供油技术。

工业炉、锅炉和地面燃气轮机上需要燃用多种燃料，首一先是天然气和人工煤气的广泛采用，工业生产生的废气的利用；其次是以煤代油的水煤浆和煤粉的应用；还有正在开发应用的代用燃料。这些非石油系的燃料，各自具有不同喷射、喷雾特点．有些燃料的燃烧产物对环境污染极为严重。人们为了充分利用各种能源，存节约能源和保护环境的要求下，苦心研究开发适应各种燃料的先进燃烧技术和装置，以及低污染燃烧技术和装置，其中必然包括燃料喷射及喷雾装置的开发和创新．工业炉及锅炉上采用的手工操作的燃烧装置．正在为减轻工人劳动条什和完善燃烧装置的管理．逐步以机械化、自动化的燃烧装置取而代之。燃料和空气供应和控制也采用了按比例的自动凋控系统，这就是通常称为全自动燃烧机(器)。

四、喷嘴技术与国外的差距-工业燃烧喷嘴技术

电子计算机的出现，使得燃烧学的研究和燃烧喷嘴装置的工程设计汁算的复杂问题有了快速求解的可能。也就是首先建立数学模型，用数值模拟的力。法进行求解。近20年来，国内外广泛开展了燃烧过程(包括燃料喷射、喷嘴、喷雾)数值计算的研究工作，在基本方程、理论模型、数值方法和计算程序方面均取得了很快的进展．已经发展到有可能对大型工业炉、锅炉(煤粉)，燃气轮机燃烧室、内燃机、火箭发动机和各种工业炉窑等系统中多维、多相、有无化学反应的实际过程进行数值分析，能给出诸多参数的分布及其变化，预测喷嘴喷射(喷雾)、燃烧、排放的性能：这一新领域的出现，丰富了燃烧学的内容，进一步揭示燃烧规律，加快了燃烧技术的进步。

燃烧喷嘴技术的发展离不开燃烧试验技术和装置的发展，其中特别突出的是喷嘴性能和喷雾质最的检测技术和设备更为完善和先进。无疑这些先进检测手段促进了燃烧与非燃烧设备上的喷嘴技术的发展和进步。

以上概述了各方面的燃烧和喷嘴技术的发展和进步，我国也在各个领域中跟踪了世界先进技术，大多也已经掌握和应用，并且也有所创新。但是与国外先进水平的差距还是较大的．仅以工业炉和锅炉用燃烧器为例，突出地表现在以下几个主要方面： 
1、各类燃烧喷嘴装置的能耗高于国外先进水平，即热效率低于国外水平，与我国能源短缺形势很不相称。 
2、各类燃烧喷嘴装置的污染物排放指标也高于国际标准，在低污染燃烧及喷嘴技术研究开发不够有力。 
3、大量低耗、低污染、高性能燃烧装置还需要从国外进口。例如锅炉用全自动燃油、燃气燃烧器的95％是从国外进口，国内尚无形成大批量生产能力的喷嘴公司与之抗衡。甚至连相配的喷嘴备件也来自国外，与燃烧器相配的调控元器件也来自世界上儿家知名专业公司。这主要由于国内同类产品的质量、价格及可靠性等缺乏竞争力，此种状况不久总会改变的。燃烧技术和装备的差距自然包含了喷嘴技术和产品。

一个极有说服力的事例，那就是韩国在汉城奥运会前营力抓燃油(气)全自动燃烧器喷嘴的开发生产，不仅满足国内需求，而且已有四五家公司产品与欧美十多家喷嘴公司并驾齐驱抢占着我国目前的喷嘴市场。

因此，我国的燃烧及技术发展还只能是在技术上以借鉴与创新相结合中求发展，在产品开发中以高技术、高起点、高投人，形成规模，仁产，为节能、环保和形成独立：自主产业而发挥作用。