CN107178794A - 一种单凹腔驻涡环形燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种单凹腔驻涡环形燃烧室。包括带有空气进口、燃气出口的外机匣(1)，还包括位于外机匣中的火焰筒，所述火焰筒上有一个单凹腔结构，单凹腔结构的前部设置帽罩，火焰筒前方进气口设置挡焰板和钝体，火焰筒壁面上开有壁面掺混孔和壁面冷却孔，单凹腔结构的前壁上开有凹腔前壁冷却孔、凹腔前壁进气槽，单凹腔结构的后壁上开有凹腔后壁进气槽，油路进口位于单凹腔结构处。本发明可作为间冷先进循环燃气轮机燃烧室，增加火焰筒体积的同时，提高了燃烧室容积热强度，燃烧室燃烧流场组织结构的简化减小了自身重量。

Description

一种单凹腔驻涡环形燃烧室
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机燃烧室，具体地说是一种基于布雷顿循环传统简单循环燃气轮机燃烧室。
背景技术
燃气轮机具有单机功率大、体积小、重量轻、起动加速性好、操作维护简单、运转平稳、保养方便和工作可靠性好等优点，是其他几种发动机所不能相比的。经过几十年的发展，无论是低排放燃烧技术还是燃烧室设计方法均获得了极大的发展与进步，但在日益严格的污染物限排法规作用下，燃烧室污染物排放水平继续面临逐步降低的要求。低排放燃烧技术逐渐成为发动机燃烧技术的中心课题之一，针对这一问题已经研发了比如分级燃烧、富油-淬熄-贫油(RQL)、双旋预混旋流(TAPS)、贫油预混预蒸发(LPP)、贫油多点喷射(LDI)、驻涡燃烧(TVC)等技术。这些技术已能满足目前国际民航组织对排放的需要。目前，驻涡燃烧技术(Trapped-vortex Combustor，TVC)经历了四代更新，作为现有低排放燃烧技术中的杰出代表，具有分级燃烧、分区供油，驻涡区内可完成点火和火焰稳定等优点，并且燃料与空气以特定的方式流入驻涡区，以次形成了用于稳定火焰的回流区。因此，它可以设计成低污染燃烧室，实行高效低排放燃烧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够满足燃气轮机标准工况和增容工况下稳定工作的同时降低燃烧室燃烧流场组织结构的复杂程度，减少自重的单凹腔驻涡环形燃烧室。
本发明的目的是这样实现的：
包括带有空气进口12、燃气出口13的外机匣1，还包括位于外机匣1中的火焰筒2，所述火焰筒2上有一个单凹腔结构11，单凹腔结构11的前部设置帽罩3，火焰筒2前方进气口设置挡焰板5和钝体4，火焰筒壁面上开有壁面掺混孔6和壁面冷却孔7，单凹腔结构11的前壁上开有凹腔前壁冷却孔8、凹腔前壁进气槽9，单凹腔结构11的后壁上开有凹腔后壁进气槽10，油路进口14位于单凹腔结构11处。
本发明还可以包括：
1、帽罩3上设置椭圆形孔。
2、凹腔前壁进气槽9为两个，上、下分布，上凹槽与水平方向成30°以内，下凹槽与上凹槽对称。
为了克服燃气轮机燃烧室本身重量大、结构复杂等问题，本发明设计了一种不带旋流器、加工难度低的单凹腔驻涡燃烧流场组织结构。能够满足燃气轮机标准工况和增容工况下稳定工作的同时降低燃烧室燃烧流场组织结构的复杂程度，并减少自重。
本发明的有益效果是：帽罩的使用使得来流气体一部分进入主燃区作为氧化剂，另一部分作为冷却气；凹腔前壁进气槽和凹腔后壁进气槽的共同作用是在凹腔内形成稳定的回流区，包括主涡和较小的副涡，二者的相互作用可增加燃料在驻涡区的驻留时间；为防止凹腔主燃区的火焰回流设置了挡焰板；凹腔壁面的冷却孔对壁面起到冷却作用，防止产生局部高温。此发明扩大了燃烧室火焰筒有效体积容量，进一步提高燃气轮机燃烧室容积热负荷，可应用到间冷循环燃气轮机燃烧室。
附图说明
图1为本发明的单凹腔驻涡环形燃烧室示意图。
图2a-图2d为帽罩的结构示意图。
图3为凹腔壁面凹槽结构放大图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步描述。
结合图1，本发明的单凹腔驻涡环形燃烧室包括外机匣1、火焰筒2、帽罩3、钝体4、火焰筒前方进气口设置挡焰板5、火焰筒壁面掺混孔6、火焰筒壁面冷却孔7、凹腔前壁冷却孔8、凹腔前壁进气槽9、凹腔后壁进气槽10，火焰筒上有一个单凹腔结构11。来流气体进入燃烧室后被帽罩分成两部分，一部分作为冷却剂，另一部分作为氧化剂，帽罩上设置椭圆形孔，可加大凹腔前壁面的冷却气流量。空气进口12、燃气出口13、油路进口14。凹腔前壁上、下各有凹槽，上凹槽与水平方向成30°以内，下凹槽与之对称，凹腔后壁和前壁一样设置一个凹槽，三者共同作用使凹腔内形成两个驻涡结构，一个驻涡和一个副涡，一方面可以加速燃料和空气的快速掺混，另一方面可以稳定凹腔内的火焰，凹腔占据了大部分主燃区。4钝体放置在火焰筒前下方，一部分空气加速经过挡焰板5，另一部分作为火焰筒2下壁面的冷却气，钝体4和挡焰板5共同作用使得火焰不会发生回火。火焰筒壁面掺混孔有两个作用，一是减小火焰长度，二是使燃烧室出口温度分布更均匀。
本发明的单凹腔驻涡环形燃烧室结构较为简单，没有旋流器，帽罩安装在凹腔前壁，采用椭圆结构，在保证分流的同时可以进一步增加凹腔前壁的冷却气。
凹腔前壁、后壁的进气槽与水平方向角度为0-30°，凹腔前壁下部的凹槽与水平方向角度为-30-0°，三者共同作用使得凹腔内形成两个驻涡，包括驻涡和副涡，用于加速燃料和氧化剂的快速掺混以及稳定火焰。
凹腔前壁进气槽偏下处均匀设置两个喷嘴，两点喷方式的优势是一方面加快燃料和空气快速掺混，另一方面可提高燃烧室出口温度分布均匀性。
钝体前端为圆角，挡焰板阵列一定数目的小孔，二者共同作用是为防止主燃区火焰回火。
火焰筒壁面上的掺混孔大致位于靠近凹腔五分之一处，以达到减小火焰长度、提高燃烧室出口温度分布均匀度的作用。
由上述工作过程可知，本发明的单凹腔环形驻涡燃烧室的工作过程中，带有间冷先进循环的燃气轮机在标准工况和增容工况下，燃料在燃气轮机燃烧室内稳定燃烧，提高了燃气轮机燃烧室容积热强度。同时该燃烧器燃烧流场组织结构比较简单，降低了自身的重量。

Claims (9)

1.一种单凹腔驻涡环形燃烧室，包括带有空气进口(12)、燃气出口(13)的外机匣(1)，还包括位于外机匣(1)中的火焰筒(2)，其特征是：所述火焰筒(2)上有一个单凹腔结构(11)，单凹腔结构(11)的前部设置帽罩(3)，火焰筒(2)前方进气口设置挡焰板(5)和钝体(4)，火焰筒壁面上开有壁面掺混孔(6)和壁面冷却孔(7)，单凹腔结构(11)的前壁上开有凹腔前壁冷却孔(8)、凹腔前壁进气槽(9)，单凹腔结构(11)的后壁上开有凹腔后壁进气槽(10)，油路进口(14)位于单凹腔结构(11)处。
2.根据权利要求1所述的单凹腔驻涡环形燃烧室，其特征是：帽罩(3)上设置椭圆形孔。
3.根据权利要求1或2所述的单凹腔驻涡环形燃烧室，其特征是：凹腔前壁进气槽(9)为两个，上、下分布，上凹槽与水平方向成30°以内，下凹槽与上凹槽对称。
4.根据权利要求1或2所述的单凹腔驻涡环形燃烧室，其特征是：凹腔前壁进气槽(9)处设置喷嘴。
5.根据权利要求3所述的单凹腔驻涡环形燃烧室，其特征是：凹腔前壁进气槽(9)处设置喷嘴。
6.根据权利要求1或2所述的单凹腔驻涡环形燃烧室，其特征是：钝体前端为圆角。
7.根据权利要求3所述的单凹腔驻涡环形燃烧室，其特征是：钝体前端为圆角。
8.根据权利要求4所述的单凹腔驻涡环形燃烧室，其特征是：钝体前端为圆角。
9.根据权利要求5所述的单凹腔驻涡环形燃烧室，其特征是：钝体前端为圆角。
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