CN105864826B - 一种文丘里管尾缘结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种文丘里管尾缘结构，用以减小旋流火焰根部脉动尺度，增加湍流火焰传播速度，提高燃烧稳定性。本发明的文丘里管具有多孔环形尾缘结构。其中，环形尾缘结构开有整流孔；整流孔形状为圆形，沿文丘里管出口周向均布，并沿环形尾缘横截面周向顺排或插排布置。本发明可以在文丘里管出口建立大湍流强度、小湍流尺度的局部流动，有效减弱文丘里管出口旋流火焰根部的脉动尺度、增加湍流火焰传播速度，达到增强旋流火焰稳定性，拓宽燃烧室稳定工作边界的目的。

Description

一种文丘里管尾缘结构
技术领域
本发明涉及燃烧领域，是一种增强旋流火焰燃烧稳定性的装置，具体来说是一种应用于燃气轮机燃烧室的文丘里管尾缘结构。
背景技术
目前，燃烧系统稳定工作边界的控制方法主要是分级技术，即根据发动机功率的变化改变燃料流量或者参与燃烧的空气流量。其中燃料分级技术具体包括三种类型：周向分级、轴向分级（串联）、径向分级（并联）。燃料分级技术拓宽燃烧室稳定边界的关键是根据不同的整机工作状态，开启或关闭喷嘴的燃料供应来保证燃烧区油气比在合适的范围内，提高燃烧的稳定性。在实际的工程应用中，燃料分级还存在一些问题，比如：周向分级在低功率时，不供燃料的喷嘴下游的低温区“冻结”了化学反应，降低了燃烧效率；此外，轴向、径向分级会增大燃烧室的尺寸以及使结构复杂化等。
空气分级技术是通过手动（或其他机构，比如热敏元件、液压驱动装置、气动阀门等）控制燃烧系统的燃烧空气量，进而达到增强燃烧室火焰稳定性，拓宽燃烧室稳定工作边界的目的。近年来，美国已开始研制手动控制的变几何燃烧室结构，并在一定程度上拓宽了燃烧室的稳定工作边界。该技术目前还不能实现气量的无级调节，并且在拓宽燃烧室稳定工作边界的同时大大增加燃烧室结构的复杂程度，给燃烧室的设计加工以及日后的运行和维护带来困难；此外燃烧室零部件的增多也会增大燃烧室的故障率，降低动力系统整机的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种文丘里管尾缘结构，用以减小旋流火焰根部脉动尺度、增加湍流火焰传播速度，该结构的特点是具有多孔环形结构。通过该结构可以有效增强旋流火焰稳定性，拓宽燃烧室稳定工作边界。
为实现上述技术目的，本发明的文丘里管尾缘结构通过以下技术方案实现：
一种文丘里管尾缘结构，用以减弱双径向旋流器燃烧室旋流火焰根部脉动尺度，增加湍流火焰传播速度，提高燃烧稳定性，所述双径向旋流器包括第一、二级径向旋流器，每级径向旋流器中均设置有旋流叶片，第一、二级旋流叶片的旋转方向相反，所述第一级径向旋流器装有燃料喷嘴，所述文丘里管安装于所述第一、二级轴向旋流器之间；其特征在于，所述文丘里管具有多孔环形尾缘结构，所述环形尾缘上开有整流孔；所述整流孔形状为圆形，其沿文丘里管出口周向均布，并沿环形尾缘横截面周向顺排或插排布置。本发明可以在文丘里管出口建立大湍流强度、小湍流尺度的局部流动，有效减弱文丘里管出口旋流火焰根部的脉动尺度、增加湍流火焰传播速度，达到增强旋流火焰稳定性，拓宽燃烧室稳定工作边界的目的。
优选地，所述多孔环形尾缘结构外直径do≤3mm，内直径di≤2.5mm；
优选地，所述整流孔直径dh≤1mm，整流孔开孔方向为环形尾缘外表面法向，整流孔沿文丘里管出口周向夹角α1≤10°，不同排的整流孔沿环形尾缘横截面周向夹角α2≥20°
本发明的文丘里管尾缘结构相比于现有技术具有显著的技术效果，能够有效减小旋流火焰根部脉动尺度、增加湍流火焰传播速度，增强旋流火焰稳定性，拓宽燃烧室稳定工作边界。
附图说明
图1为某型燃气轮机燃烧室双级旋流装置示意图，图中的文丘里管4为常规文丘里管；
图2为本发明的文丘里管与常规文丘里管的对比示意图，(A)为常规文丘里管，(B)为本发明的具有多孔环形尾缘结构的文丘里管；
图3为本发明的具有多孔环形尾缘结构的文丘里管的截面示意图，其中（A）为文丘里管的正、侧视图，（B）为A-A向剖面图；
图4为装有本发明的具有多孔环形尾缘结构文丘里管的双级径向旋流器及某型燃烧室的三维模型，(A)为双级径向旋流器侧面剖视图，(B)为双级径向旋流器45度斜视图，(C)为双级径向旋流器正视图，(D)为装有具有多孔环形尾缘结构的文丘里管的某型燃烧室。
图中符号说明如下：
1、燃料喷嘴；2、第一级径向旋流器；3、第二级径向旋流器；4、文丘里管；5、套筒；6、常规尾缘；7、多孔环形尾缘。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图1为某型燃气轮机燃烧室双级径向旋流装置示意图，其中的文丘里管4为常规文丘里管。两级旋流器2、3均为径向旋流器，气流旋转方向相反，为右手方向；第一级轴向旋流器2装有燃料喷嘴1，文丘里管4安装于第一、二级轴向旋流器2、3之间。第一级轴向旋流器2的旋流数Sn=1.05；第二级轴向旋流器3的旋流数Sn=0.95；两级旋流器旋流叶片个数各为12个；文丘里管4的喉道直径dv=18mm。
图2为本发明的具有多孔环形尾缘结构的文丘里管与常规文丘里管的对比示意图，其中图2（A）为常规文丘里管，图2（B）为具有多孔环形尾缘结构的文丘里管。常规文丘里管，如图2（A）所示，其尾缘无多孔环形结构。本发明的文丘里管，如图2（B）所示：文丘里管尾缘具有多孔环形结构。其中，多孔环形尾缘外直径do＝2mm，内直径di＝1mm；整流孔为圆形，直径dh＝0.1mm，顺排布置；整流孔开孔方向为环形尾缘外表面法向，整流孔沿文丘里管尾缘周向夹角α1＝2°，不同排的整流孔沿环形尾缘横截面周向夹角α2＝30°。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种文丘里管尾缘结构，用以减弱双径向旋流器燃烧室旋流火焰根部脉动尺度，增加湍流火焰传播速度，提高燃烧稳定性，所述双径向旋流器包括第一级径向旋流器和第二级径向旋流器，每级径向旋流器中均设置有旋流叶片，第一级径向旋流器中的旋流叶片与第二级径向旋流器中的旋流叶片的旋转方向相反，所述第一级径向旋流器装有燃料喷嘴，所述文丘里管安装于所述第一级径向旋流器和所述第二级径向旋流器之间；其特征在于，所述文丘里管具有多孔环形尾缘结构，环形尾缘上开有整流孔；所述整流孔的形状为圆形，其沿文丘里管出口周向均布，并沿环形尾缘横截面周向顺排或插排布置。
2.如权利要求1所述的文丘里管尾缘结构，其特征是：多孔环形尾缘外直径do≤3mm，内直径di≤2.5mm。
3.如权利要求1所述的文丘里管尾缘结构，其特征是：整流孔直径d≤1mm，整流孔开孔方向为环形尾缘外表面法向，整流孔沿文丘里管出口周向夹角α 1≤10°，不同排的整流孔沿环形尾缘横截面周向夹角α2≥20°。
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