CN104595929A - 旋流水膜冷却式燃烧室 - Google Patents
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Abstract
一种旋流水膜冷却式燃烧室，包括室壁、安装在燃烧室内腔的火焰筒头部及两套将外部输入的水形成紧贴室壁内表面的旋转水膜的旋流器，所述火焰筒头部带有预混室，所述旋流器位于火焰筒头部之后，并与火焰筒头部有一间距。所述旋流器由筒体、喷头、安装座和旋流叶片组成，筒体外表面与室壁内表面围成一端封闭、一端开口的环形体水腔，旋流叶片安装在环形体水腔的开口端，喷头为2个～4个，安装座与喷头的数量相同，喷头通过安装座安装在室壁上，其进水孔与所述环形体水腔相通，各喷头的轴线位于室壁的切线方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温燃烧室的冷却技术领域，特别涉及一种新创的旋流水膜冷却式燃烧室。
背景技术
燃烧室通常都是采用气膜冷却的方法，但对于要求把燃烧室内的全部空气都烧完、排气中不允许有氧气的燃烧室，以及高温燃烧室，气膜冷却并不适用，因为没有多余空气进行气膜冷却，高温燃烧室的出口温度非常高(以天燃气燃料为例，燃烧室的出口温度可达2050℃)，采用气膜冷却并不能有效保护室壁不被烧毁。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋流水膜冷却式燃烧室，以解决排气中不允许有氧气的燃烧室、高温燃烧室的冷却问题。
本发明所述旋流水膜冷却式燃烧室的冷却原理：利用高速旋转的水膜离心力的作用，使水膜紧贴需要冷却的燃烧室室壁，起到隔热和冷却作用。由于水的比热比汽化热远大于其它液体，因此具有极佳的冷却作用，可确保燃烧室室壁不被烧毁。
本发明旋流水膜冷却式燃烧室，包括室壁、安装在燃烧室内腔的火焰筒头部及至少一套将外部输入的水形成紧贴室壁内表面的旋转水膜的旋流器，所述火焰筒头部带有预混室，所述旋流器位于火焰筒头部之后，并与火焰筒头部有一间距。
本发明所述旋流水膜冷却式燃烧室，其旋流器优选以下结构的旋流器：
所述旋流器由筒体、喷头、安装座和旋流叶片组成，筒体外表面与室壁内表面围成一端封闭、一端开口的环形体水腔，旋流叶片安装在环形体水腔的开口端，喷头为2个～4个，安装座与喷头的数量相同，喷头通过安装座安装在室壁上，其进水孔与所述环形体水腔相通，各喷头的轴线位于室壁的切线方向。
若采用上述结构的旋流器，一般设置两套旋流器即可满足冷却要求。将两套旋流器分别定义为第一旋流器、第二旋流器，安装时，第一旋流器的环形体水腔的开口端朝向火焰筒头部，第二旋流器位于第一旋流器之后，其环形体水腔的封闭端朝向第一旋流器的环形体水腔的封闭端。
本发明所述旋流水膜冷却式燃烧室的工作原理：一定流量的燃料和高压空气进入火焰筒头部的预混室预混后，形成一定油气比的可燃混气，并在火焰筒头部形成回流区；然后通过点火，在回流区形成强大而稳定的点火源，点燃周围的可燃混气，使燃料稳定地燃烧，向下游移动。喷头喷出一定流量的冷态水，喷出方向与室壁周向相切，水流在切向分速度(即离心力)的作用下贴壁旋转，在轴向分速度的作用下向环形体水腔的端部运动，在环形体水腔开口端安装的旋流叶片作用下，形成沿燃烧室壁内表面高速旋转的水膜，一方面水膜隔离了高温燃气与室壁，并冷却了室壁，起着保护室壁、提高燃烧室寿命的作用，另一方面，水膜在高温燃气作用下蒸发，产生温度很高的水蒸气与燃气形成混合气体，作为加热工质。
本发明具有以下有益效果：
1、由于在火焰筒头部之后设置了旋流器，将外部输入的水形成了紧贴室壁内表面的高速旋转水膜，通过水膜隔离高温燃气与室壁接触，大大降低了室壁的温度(试验表明，当燃烧室内燃气温度为2000℃左右时，室壁的温度保持在80℃以下)，因而有效解决了高温燃烧室、排气中不允许有氧气的燃烧室的冷却问题。
2、与气膜冷却相比，水膜冷却效果更好，室壁的温度可达到80℃以下，其使用寿命远高于气膜冷却燃烧室。
3、可通过控制旋流器喷头的水流量，以水的蒸发降温来调节燃烧室出口的蒸汽温度，满足不同的工作温度要求。
4、本发明所述旋流水膜冷却式燃烧室结构简单，便于加工制作与推广使用。
附图说明
图1是本发明所述旋流水膜冷却式燃烧室的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B展开图。
图中，1—室壁；2—火焰筒头部；3—第一旋流器；4—第二旋流器；5—喷头；6—安装座；7—预混室；8—旋流叶片；9—筒体；10—环形体水腔；11—进水孔。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明所旋流水膜冷却式燃烧室作进一步说明。
本实施例中的旋流水膜冷却式燃烧室用于石油钻探，其结构如图1、图2所示，包括室壁1、安装在燃烧室内腔的火焰筒头部2、第一旋流器3和第二旋流器4；所述火焰筒头部带有预混室7，所述第一旋流器3和第二旋流器4结构相同，均由筒体9、喷头5、安装座6和旋流叶片8组成，筒体9外表面与室壁1内表面围成一端封闭、一端开口的环形体水腔10，旋流叶片8安装在环形体水腔的开口端，喷头5为4个，安装座6与喷头的数量相同，喷头通过安装座6安装在室壁上，其进水孔11与所述环形体水腔10相通，各喷头的轴线位于室壁的切线方向，相邻喷头轴线的夹角为90°；第一旋流器3位于火焰筒头部2之后，并与火焰筒头部有一间距，第一旋流器的环形体水腔10的开口端朝向火焰筒头部2，第二旋流器4位于第一旋流器之后，其环形体水腔10的封闭端朝向第一旋流器的环形体水腔的封闭端，第一旋流器3水流方向向前，第二旋流器4水流方向向后。
Claims (3)
1.一种旋流水膜冷却式燃烧室，包括室壁(1)、安装在燃烧室内腔的火焰筒头部(2)，所述火焰筒头部(2)带有预混室(7)，其特征在于还包括至少一套将外部输入的水形成紧贴室壁(1)内表面的旋转水膜的旋流器，所述旋流器位于火焰筒头部(2)之后，并与火焰筒头部相隔有一间距。
2.根据权利要求1所述旋流水膜冷却式燃烧室，其特征在于旋流器由筒体(9)、喷头(5)、安装座(6)和旋流叶片(8)组成，筒体(9)外表面与室壁(1)内表面围成一端封闭一端开口的环形体水腔(10)，旋流叶片(8)安装在环形体水腔的开口端，喷头(5)为2个～4个，安装座(6)与喷头的数量相同，喷头通过安装座(6)安装在室壁上，其进水孔(11)与所述环形体水腔(10)相通，各喷头的轴线位于室壁的切线方向。
3.根据权利要求2所述旋流水膜冷却式燃烧室，其特征在于旋流器为两套，分别定义为第一旋流器(3)、第二旋流器(4)，第一旋流器的环形体水腔(10)的开口端朝向火焰筒头部(2)，第二旋流器(4)位于第一旋流器之后，其环形体水腔(10)的封闭端朝向第一旋流器的环形体水腔的封闭端。
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