CN205388321U - 用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，燃烧室的前壁部上设有喷嘴，所述火焰稳燃装置包括多个设置于所述燃烧室的前壁部上的通气钝体，多个所述通气钝体围绕所述喷嘴的外侧面均匀布置；所述通气钝体的进气端面上设有与所述燃烧室的内部连通的通气流道，所述通气流道从所述喷嘴的外部沿着所述喷嘴的径向向外延伸；所述通气流道沿着气体流通方向逐渐向外扩张。采用本实用新型的装置能够在燃烧室中形成两个驻涡，本实用新型的火焰稳燃装置及火焰稳燃方法与现有结构相比具有更好的稳燃能力。

Description

用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机燃烧室技术领域，特别是涉及一种用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置。

背景技术

燃气轮机由于具有结构简单、单机功率大、重量尺寸小、机动性好等优点，被广泛的应用于航空、船舶、电力、石油等诸多工业领域。燃烧室作为燃气轮机的主要部件，在结构上具有基本相同的特征，燃烧室的结构形式是基于燃烧室工作时的气动热力方面因素和燃烧过程所遵循的基本规律这两个方面的共同要求来考虑和设计的，气动热力方面因素例如燃烧室出口温度、稳定性、启动点火、燃烧效率、耐久性、污染排放特性等。燃烧室主要的功能是扩压降速、燃料准备，形成低速区或回流区稳定火焰。燃烧室头部结构的优化设计、先进燃油雾化方式和先进燃烧室冷却技术是解决上述技术挑战的重要途径。

根据燃烧理论，要在高速气流中稳定火焰，必须在火焰筒内部至少是一些空间点处构造局部气流速度与该处可燃混合气的火焰传播速度相等的区域，即通常所称的点火源。在燃烧室中，火焰稳燃装置的设计要点是构造低速流动区域。常用的构造低速流动区域的方法可分为两种，一种是采用实体结构，如强旋流、突扩、凹槽等，另一种则采用气动结构，如逆向喷射、横向喷射等。现有的构造低速流动区域的方法只能形成一个驻涡，稳定燃烧的能力非常有限。

火焰稳燃装置在燃烧室中的作用可归纳为以下三点：1)在火焰筒头部形成回流区，降低进入燃烧室的气流速度，从而在火焰筒头部形成稳定的着火源，保证燃烧室平稳可靠地工作；2)与压力雾化喷嘴配合，在促进燃油破碎雾化方面发挥着重要作用；3)为火焰筒头部提供适量空气，保证头部具有适合的过量空气系数。由此可见，作为燃烧室火焰筒的重要组件，火焰稳燃装置对燃烧室的工作性能有着全面的影响，对燃烧室整体性能的提升有极大的促进作用。现有的燃烧室结构只能形成一个驻涡，稳定燃烧的能力非常有限。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种能够实现两个驻涡，具有更好的稳燃能力的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，燃烧室的前壁部上设有喷嘴，所述火焰稳燃装置包括多个设置于所述燃烧室的前壁部上的通气钝体，多个所述通气钝体围绕所述喷嘴的外侧面均匀布置；所述通气钝体的进气端面上设有与所述燃烧室的内部连通的通气流道，所述通气流道从所述喷嘴的外部沿着所述喷嘴的径向向外延伸；所述通气流道沿着气体流通方向逐渐向外扩张。

优选地，所述通气流道的出气口所在的径向截面与所述前壁部垂直。

优选地，所述通气流道的出气口处于所述燃烧室的前壁部的内侧面上。

优选地，每个所述通气钝体包括一端相连接的第一钝体部和第二钝体部，所述第二钝体部相对于所述第一钝体部倾斜设置，所述第一钝体部的另一端与所述第二钝体部的另一端之间形成的开口部朝向喷嘴；所述第一钝体部的进气端面上设有第一流道，所述第二钝体部的进气端面上设有第二流道；所述第一流道与所述第二流道连通，构成通气流道；所述第一流道与所述第二流道之间形成的夹角为流道夹角；所述流道夹角随着所述通气流道的气体流通方向逐渐增大。

进一步地，所述第一钝体部与所述第二钝体部均为板体，所述第一钝体部的外侧面和第二钝体部的外侧面与所述前壁部之间的夹角均大于90度。

如上所述，本实用新型的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，具有以下有益效果：

本实用新型的火焰稳燃装置具有多个扩张形的通气流道，当气体通过通气流道后形成气流，在通气流道的出气口会出现被风区域，一部分气流是与所述燃烧室的轴向同向的轴向气流，轴向气流会在被风区域形成一级驻涡；从喷嘴喷出来的燃油首先经过一级驻涡，在高温回流的作用下进行预蒸发和预裂解，有助于燃油的雾化和充分燃烧；另一部分气流为贴向壁面流动的斜向气流，斜向气流流动到所述燃烧室的中部时，通过主燃孔的射流作用，相互掺混，形成了二级驻涡区域，二级驻涡作为稳定火焰区域，在稳定火焰区域，燃油大量燃烧，燃烧过程由富油向贫油过渡，稳定火焰区域相当于传统燃烧室的主燃区，使得燃料与空气充分反应。采用本实用新型的装置能够在燃烧室中形成两个驻涡，本实用新型的火焰稳燃装置及火焰稳燃方法与现有结构相比具有更好的稳燃能力。

附图说明

图1显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置使用时的结构示意图。

图2显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的通气钝体的进气端面处的立体结构示意图。

图3显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的通气钝体的通气流道的出气口处的立体结构示意图。

图4显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的通气钝体的进气端面处的截面示意图。

图5显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的通气钝体的通气流道的出气口处的截面示意图。

图6显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置使用时，形成一级驻涡和二级驻涡的示意图。

附图标号说明

100燃烧室

110前壁部

111前壁部的内侧面

120燃烧筒本体

121主燃孔

200喷嘴

210喷油口

300通气钝体

310进气端面

320通气流道

321出气口

410第一钝体部

411第一流道

420第二钝体部

421第二流道

510一级驻涡

520二级驻涡

α流道夹角

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1至图6所示，本实施例的用于燃气轮机燃烧室100的火焰稳燃装置，燃烧室100包括燃烧筒本体120和设置于燃烧筒本体120上的前壁部110，前壁部110上设有喷嘴200，喷嘴200的喷油口210伸入燃烧筒本体120中；燃烧筒本体120的侧面上沿着周向均匀布置有若干个主燃孔121，且若干个主燃孔121处于燃烧筒本体120的中部；本实施例中，主燃孔121的孔径为8mm，燃烧筒本体120为圆柱形；

火焰稳燃装置包括多个设置于燃烧室100的前壁部110上的通气钝体300，多个通气钝体300围绕喷嘴200的外侧面均匀布置；通气钝体300的进气端面310上设有与燃烧室100的内部连通的通气流道320，通气流道320从喷嘴200的外部沿着喷嘴200的径向向外延伸；通气流道320沿着气体流通方向逐渐向外扩张，且通气流道320的尺寸沿着气体流通方向逐渐增大。

火焰稳燃装置具有多个扩张形的通气流道320，由于通气流道320从喷嘴200的外部沿着喷嘴200的径向向外延伸，通气流道320沿着气体流通方向逐渐向外扩张，且通气流道320的尺寸沿着气体流通方向逐渐增大；所以，当气体通过逐渐向外扩张通气流道320后形成气流，在通气流道320的出气口321会出现被风区域，一部分气流是与燃烧室100的轴向同向的轴向气流，轴向气流会在被风区域形成一级驻涡510；从喷嘴200喷出来的燃油首先经过一级驻涡510，在燃烧筒本体120的内部高温回流的作用下进行预蒸发和预裂解，有助于燃油的雾化和充分燃烧；另一部分气流为贴向壁面流动的斜向气流，斜向气流流动到燃烧室100的中部时，通过主燃孔121的射流作用，形成了二级驻涡520区域，二级驻涡520作为稳定火焰区域，在稳定火焰区域，燃油大量燃烧，燃烧过程由富油向贫油过渡，稳定火焰区域相当于传统燃烧室100的主燃区，使得燃料与空气充分反应。

通气流道320的出气口321所在的径向截面与前壁部110垂直。该结构能够便于形成一级驻涡510和二级驻涡520，则一级驻涡510和二级驻涡520所形成的区域能够被明显区别。

通气流道320的出气口321处于燃烧室100的前壁部110的内侧面111上。该结构使轴向气流能够在更靠近喷嘴200的喷油口210的位置形成一级驻涡510。

本实施例中，每个通气钝体300包括一端相连接的第一钝体部410和第二钝体部420，第二钝体部420相对于第一钝体部410倾斜设置，第一钝体部410的另一端与第二钝体部420的另一端之间形成的开口部朝向喷嘴200；第一钝体部410的进气面上设有第一流道411，第二钝体部420的进气面上设有第二流道421；第一流道411与第二流道421连通，构成通气流道320；第一流道411与第二流道421之间形成的夹角为流道夹角α；流道夹角α随着通气流道320的气体流通方向逐渐增大。

每个通气钝体300是由第一钝体部410和第二钝体部420形成带有夹角的结构，多个通气钝体300围绕喷嘴200的外侧面均匀布置，就能够形成星形结构；通气钝体300的数量为偶数个，本实施例中，通气钝体300的数量是6个，由于流道夹角α随着通气流道320的气体流通方向逐渐增大，也就是形成了具有逐渐扩张的通气流道320的星形结构，使本实施例的火焰稳燃装置的结构更为紧凑。由第一钝体部410和第二钝体部420连接形成的带有夹角的结构，能够使得第一流道411与第二流道421排出的斜向气流得以汇聚，使每个通气钝体300的斜向气流更集中，提高斜向气流的流量和流速，便于形成稳定的二级驻涡520。

本实施例中，通气钝体300与喷嘴200的外侧面的距离小于通气钝体300与前壁部110边缘的距离，所以，形成一级驻涡510的轴向气流能够靠近喷嘴200的喷油口210，一级驻涡510能够充分地对燃油进行预蒸发和预裂解。

由于本实施例中，第一流道411与第二流道421的径向截面为矩形，第一钝体部410与第二钝体部420均设置为板体，第一钝体部410的外侧面和第二钝体部420的外侧面与前壁部110之间的夹角均大于90度。该结构使第一钝体部410与第二钝体部420的整体结构与逐渐扩张的通气流道320的结构相一致。

采用本实施例的用于燃气轮机燃烧室100的火焰稳燃装置的火焰稳燃方法，喷嘴200向燃烧室100的内部喷入燃油，燃烧室100的内部进行燃烧反应；主燃孔121中通入空气，同时，空气也通过通气钝体300的逐渐向外扩张的通气流道320进入燃烧室100的内部，且形成与燃烧室100的轴向同向的轴向气流和贴向壁面流动的斜向气流，轴向气流形成一级驻涡510；斜向气流流动到燃烧室100的中部时，受到主燃孔121的空气射流的作用，相互掺混，形成二级驻涡520；一级驻涡510受到燃烧室100的内部的高温回流的作用，对喷嘴200喷出的燃油进行预蒸发、预裂解；二级驻涡520为稳定火焰区域，燃油在稳定火焰区域稳定地燃烧。

本实施例中，每个通气钝体300是由第一钝体部410和第二钝体部420连接形成的带有夹角的结构，偶数个通气钝体300是以喷嘴200的中轴线为对称轴的轴对称结构，每个通气钝体300结构相同，每个通气流道320和燃烧室100前壁部110的内侧面111形成钝体结构，在通气流道320中通入空气后，在被风面轴向气流会出现小尺寸的驻涡回流，即一级驻涡510，这个区域可以对燃油形成预蒸发、预裂解作用。多个通气流道320围成一圈成星形结构，燃烧筒本体120的中部由于设置了主燃孔121，主燃孔121的空气射流作用使得燃烧筒本体120的中部为中心低压区，斜向气流受中心低压区作用，形成二级驻涡520，成为燃烧室100的主回流区。采用本实用新型的装置能够在燃烧室100中形成两个驻涡，本实用新型的火焰稳燃装置及火焰稳燃方法与现有结构相比具有更好的稳燃能力。

综上，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，燃烧室(100)的前壁部(110)上设有喷嘴(200)，其特征在于，

所述火焰稳燃装置包括多个设置于所述燃烧室(100)的前壁部(110)上的通气钝体(300)，多个所述通气钝体(300)围绕所述喷嘴(200)的外侧面均匀布置；

所述通气钝体(300)的进气端面(310)上设有与所述燃烧室(100)的内部连通的通气流道(320)，所述通气流道(320)从所述喷嘴(200)的外部沿着所述喷嘴(200)的径向向外延伸；所述通气流道(320)沿着气体流通方向逐渐向外扩张。

2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，其特征在于：所述通气流道(320)的出气口(321)所在的径向截面与所述前壁部(110)垂直。

3.根据权利要求1所述的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，其特征在于：所述通气流道(320)的出气口(321)处于所述燃烧室(100)的前壁部(110)的内侧面(111)上。

4.根据权利要求1所述的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，其特征在于：每个所述通气钝体(300)包括一端相连接的第一钝体部(410)和第二钝体部(420)，所述第二钝体部(420)相对于所述第一钝体部(410)倾斜设置，所述第一钝体部(410)的另一端与所述第二钝体部(420)的另一端之间形成的开口部朝向所述喷嘴(200)；

所述第一钝体部(410)上设有第一流道(411)，所述第二钝体部(420)上设有第二流道(421)；所述第一流道(411)与所述第二流道(421)连通，构成通气流道(320)；

所述第一流道(411)与所述第二流道(421)之间形成的夹角为流道夹角；所述流道夹角随着所述通气流道(320)的气体流通方向逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，其特征在于：所述第一钝体部(410)与所述第二钝体部(420)均为板体，所述第一钝体部(410)的外侧面和第二钝体部(420)的外侧面与所述前壁部(110)之间的夹角均大于90度。