CN105716120A - 一种燃油冷却式蒸发管结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃油冷却式蒸发管结构，该蒸发管结构适用于发动机及其它燃烧器中的燃烧室部件，蒸发管内套和蒸发管外套之间形成为一封闭的燃油冷却腔，燃油进口管伸入蒸发管出口段位置处的燃油冷却腔，沿蒸发管内套进口段设置至少一排沿周向均布的燃油喷嘴，蒸发管内套的外表面上设有相连通的沟槽，燃油自燃油冷却腔的进口段沿沟槽输送至出口段，并在进口段喷入蒸发管中。本发明使燃油从蒸发管出口段内部腔体到达蒸发管进口段燃油喷嘴，对蒸发管壁面进行冷却，完成对蒸发管的热态烧蚀保护；每路燃油独立预热，提高燃油预热度，增强燃油蒸发和预混效果。总体设计使蒸发管得到冷却保护，提高使用寿命；使燃油得到高强度预热，提高蒸发预混度。

Description

一种燃油冷却式蒸发管结构
技术领域
本发明属于一种具有燃烧特征的技术领域，尤其是燃气轮机燃烧室技术领域，具体涉及一种适用于燃气轮机燃烧室中的燃油冷却式蒸发管结构。
背景技术
目前，采用蒸发管燃烧技术的燃气轮机已得到广泛应用。如荷兰AMT、英国Rolls-Royce、Artesjet等都有一系列的产品。某型航空燃气轮机燃烧室的结构如图2所示，由火焰筒前壁、内壁、外壁、蒸发管和燃油喷嘴组成。蒸发管处于燃烧高温区内，在长期的使用过程中发现，蒸发管出口段及过渡段出现过热甚至烧蚀等现象，严重制约了使用寿命。
常用的蒸发管技术将燃油喷嘴和蒸发管独立设计，燃油不预先经过蒸发管壁面换热而直接进入蒸发管气体流道，蒸发管壁面没有采用燃油冷却，导致蒸发管特别是蒸发管的出口段过热甚至烧蚀，同时该方法使燃油预热效果差，进入空气流道时温度低、雾化差，导致火焰区变长、冒烟、燃烧效率和熄火性能下降。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种燃油冷却式蒸发管结构，该燃油冷却式蒸发管结构适用于燃气轮机的燃烧室中，可提高蒸发管的冷却效果和燃油预热效果，达到延长蒸发管使用寿命和提高燃油雾化质量的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种燃油冷却式蒸发管结构，适用于燃气轮机的燃烧室中，包括燃油进口管和蒸发管，其特征在于，
--所述蒸发管包括依次连接的进口段、过渡段和出口段，所述蒸发管通过其进口段固定设置在所述燃气轮机的燃烧室壁面上，所述蒸发管的出口段外端部和所述燃烧室壁面之间具有一定距离，所述蒸发管的壁面由内向外依次为蒸发管内套和蒸发管外套，所述蒸发管内套和蒸发管外套之间具有间隙，二者之间的间隙形成为一封闭的燃油冷却腔，所述蒸发管内套的内部空间形成为所述蒸发管的气体流道；
--所述燃油进口管穿过所述燃烧室壁面后伸入所述蒸发管出口段位置处的燃油冷却腔，所述燃油进口管用于为每个蒸发管独立供油；
--在所述蒸发管的进口段，沿所述蒸发管内套设置至少一排沿周向均布的燃油喷嘴，所述蒸发管内套自其进口段至其出口段的外表面上设有相连通的沟槽，所述燃油进口管中的燃油自所述燃油冷却腔的进口段沿所述沟槽输送至所述燃油冷却腔的出口段，并在所述蒸发管的进口段由各所述燃油喷嘴喷入蒸发管中，外界空气也在所述蒸发管的进口段引入蒸发管中，空气与燃油的混合物在所述蒸发管的出口段喷出。
优选地，所述蒸发管纵切面的结构形状可以是L形、T形和直管形。
优选地，所述燃油喷嘴的数量n≥1个，喷油路径保证维持在蒸发管气体流道内。
优选地，所述沟槽的形状为简单的规则结构，或符合流动特点的双螺旋形、双曲线形等复杂结构。
优选地，所述蒸发管内套的外表面布置有用于强化换热的隔板，其形状可以为简单的规则结构，也可以是符合强化换热特点的复杂曲线结构。
进一步地，所述蒸发管外套与蒸发管内套隔板之间可以保持微小间隙，也可紧贴。所述蒸发管外套与蒸发管内套所形成的腔体保证燃油无泄漏。
优选地，所述燃油进口管、蒸发管内套、蒸发管外套采用分段加工和焊接方式进行成型和密封，保证燃油顺利通过燃油冷却腔到达燃油喷嘴。
优选地，所述蒸发管内套外表面上的沟槽采用机加工或化学蚀刻等方式去除材料，形成所需流道形状。
本发明的燃油冷却式蒸发管结构位于燃烧室的火焰区，与常见的蒸发管燃烧室位置基本相同。燃油进口管穿过燃烧室壁面，燃油总管将每个燃油进口管连接到一起，保证每个蒸发管燃油供给。
同现有技术相比，本发明的燃油冷却式蒸发管结构具有显著的技术效果：本发明的燃油冷却式蒸发管，可应用于发动机或其它燃烧器中的燃烧室，蒸发管内套各段表面布置有连通槽道和隔板，与蒸发管外套各段形成内流道式换热腔体，燃油进口管布置在蒸发管出口段，蒸发管内套进口段布置有燃油喷嘴。本发明使燃油从蒸发管出口段内部腔体到达蒸发管进口段燃油喷嘴，对蒸发管壁面进行冷却，完成对蒸发管的热态烧蚀保护；每路燃油独立预热，提高燃油预热度，增强燃油蒸发和预混效果。总体设计使蒸发管得到冷却保护，提高使用寿命；使燃油得到高强度预热，提高蒸发预混度。
附图说明
图1是本发明的燃油冷却式蒸发管纵向剖视图；
图2为现有蒸发管及燃烧室布置的纵向剖视图；
图3是本发明的燃油冷却式蒸发管纵向剖视图和分解图，其中，图3(A)为燃油冷却式蒸发管纵向剖视图，图3(B)为燃油进口管示意图，图3(C)为蒸发管内套示意图，图3(D)为蒸发管外套示意图；
图4是蒸发管内套、蒸发管外套含局部放大的纵向剖视图，其中，图4(A)为蒸发管内套纵向剖视图，图4(B)为图4(A)中I部分的局部放大图，图4(C)为蒸发管外套纵向剖视图；
图5是本发明的燃油冷却式蒸发管及燃烧室布置的纵向剖视图；
图6是本发明的燃油冷却式蒸发管燃油流动示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1至6所示，本发明的燃油冷却式蒸发管结构，适用于燃气轮机或其他发动机的燃烧室中，包括燃油进口管1和蒸发管，蒸发管包括依次连接的进口段11、过渡段12和出口段13，蒸发管通过其进口段11固定设置在燃烧室壁面5上，蒸发管的出口段13外端部和燃烧室壁面5之间具有一定距离。
蒸发管的壁面由内向外依次为蒸发管内套2和蒸发管外套3，蒸发管内套2和蒸发管外套3之间具有间隙，二者之间的间隙形成为封闭的燃油冷却腔4，蒸发管内套2的内部空间形成为蒸发管的气体流道6。
燃油进口管1穿过燃烧室壁面5后伸入蒸发管出口段13位置处的燃油冷却腔4，燃油进口管1用于为每个蒸发管独立供油。在蒸发管的进口段11，沿蒸发管内套2设置至少一排沿周向均布的燃油喷嘴7，蒸发管内套2自其进口段至其出口段的外表面上设有相连通的沟槽8，燃油进口管中的燃油自燃油冷却腔4的进口段沿沟槽8输送至燃油冷却腔4的出口段，并在蒸发管的进口段11由各燃油喷嘴7喷入蒸发管的气体流道6中，外界空气也在蒸发管的进口段11引入蒸发管的气体流道6中，空气与燃油的混合物在蒸发管的出口段13喷出。
在实际使用时，蒸发管可根据实际设计需要，而将其纵切面的结构形状设定为L形、T形或直管形。沿蒸发管内套2沿周向均布的燃油喷嘴的数量n≥1个，喷油路径应保证维持在蒸发管气体流道内。
沟槽8的形状为简单的规则结构，或符合流动特点的双螺旋形、双曲线形等复杂结构。蒸发管内套2的外表面布置有用于强化换热的隔板9，其形状可以为简单的规则结构，也可以是符合强化换热特点的复杂曲线结构。蒸发管外套3与蒸发管内套隔板9之间可以保持微小间隙，也可紧贴。蒸发管外套与蒸发管内套所形成的腔体保证燃油无泄漏。
燃油进口管1、蒸发管内套2、蒸发管外套3采用分段加工和焊接方式进行成型和密封，保证燃油顺利通过燃油冷却腔到达燃油喷嘴。蒸发管内套2外表面上的沟槽8采用机加工或化学蚀刻等方式去除材料，形成所需流道形状。
本发明的燃油冷却式蒸发管结构位于燃烧室的火焰区，与常见的蒸发管燃烧室位置基本相同。燃油进口管穿过燃烧室壁面，燃油总管将每个燃油进口管连接到一起，保证每个蒸发管燃油供给，蒸发管内腔的燃油流动示意见图6。
本发明的上述燃油冷却式蒸发管结构，可应用于发动机或其它燃烧器中的燃烧室，蒸发管内套各段表面布置有连通槽道和隔板，与蒸发管外套各段形成内流道式换热腔体，燃油进口管布置在蒸发管出口段，蒸发管内套进口段布置有燃油喷嘴。本发明使燃油从蒸发管出口段内部腔体到达蒸发管进口段燃油喷嘴，对蒸发管壁面进行冷却，完成对蒸发管的热态烧蚀保护；每路燃油独立预热，提高燃油预热度，增强燃油蒸发和预混效果。总体设计使蒸发管得到冷却保护，提高使用寿命；使燃油得到高强度预热，提高蒸发预混度。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种燃油冷却式蒸发管结构，适用于燃气轮机的燃烧室中，包括燃油进口管和蒸发管，其特征在于，
--所述蒸发管包括依次连接的进口段、过渡段和出口段，所述蒸发管通过其进口段固定设置在所述燃气轮机的燃烧室壁面上，所述蒸发管的出口段外端部和所述燃烧室壁面之间具有一定距离，所述蒸发管的壁面由内向外依次为蒸发管内套和蒸发管外套，所述蒸发管内套和蒸发管外套之间具有间隙，二者之间的间隙形成为一封闭的燃油冷却腔，所述蒸发管内套的内部空间形成为所述蒸发管的气体流道；
--所述燃油进口管穿过所述燃烧室壁面后伸入所述蒸发管出口段位置处的燃油冷却腔，所述燃油进口管用于为每个蒸发管独立供油；
--在所述蒸发管的进口段，沿所述蒸发管内套设置至少一排沿周向均布的燃油喷嘴，所述蒸发管内套自其进口段至其出口段的外表面上设有相连通的沟槽，所述燃油进口管中的燃油自所述燃油冷却腔的进口段沿所述沟槽输送至所述燃油冷却腔的出口段，并在所述蒸发管的进口段由各所述燃油喷嘴喷入蒸发管中，外界空气也在所述蒸发管的进口段引入蒸发管中，空气与燃油的混合物在所述蒸发管的出口段喷出。
2.根据权利要求1所述的燃油冷却式蒸发管结构，其特征在于，所述蒸发管纵切面的结构形状可以是L形、T形和直管形。
3.根据权利要求1所述的燃油冷却式蒸发管结构，其特征在于，所述燃油喷嘴的数量n≥1个，喷油路径保证维持在蒸发管气体流道内。
4.根据权利要求1所述的燃油冷却式蒸发管结构，其特征在于，所述沟槽的形状为简单的规则结构，或符合流动特点的双螺旋形、双曲线形等复杂结构。
5.根据权利要求1所述的燃油冷却式蒸发管结构，其特征在于，所述蒸发管内套的外表面布置有用于强化换热的隔板，其形状可以为简单的规则结构，也可以是符合强化换热特点的复杂曲线结构。
6.根据权利要求5所述的燃油冷却式蒸发管结构，其特征在于，所述蒸发管外套与蒸发管内套隔板之间可以保持微小间隙，也可紧贴。
7.根据权利要求1所述的燃油冷却式蒸发管结构，其特征在于，所述燃油进口管、蒸发管内套、蒸发管外套采用分段加工和焊接方式进行成型和密封，保证燃油顺利通过燃油冷却腔到达燃油喷嘴。
8.根据权利要求1所述的燃油冷却式蒸发管结构，其特征在于，所述蒸发管内套外表面上的沟槽采用机加工或化学蚀刻等方式去除材料，形成所需流道形状。
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