CN107505137A - 一种燃烧室试验设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃烧室试验设备及系统。该燃烧室试验设备包括依次连接的燃烧室、测量段以及喷水降温段，所述燃烧室生成的烟气依次通过所述测量段和所述喷水降温段后排出；所述燃烧室设置有至少一个第一透明视窗，每个第一透明视窗用于使用户从所述燃烧室外侧能够观察到所述燃烧室内的工作状况。该燃烧室试验设备能够通过设置于燃烧室的第一透明视窗实现燃烧室试验过程的可视化，使试验人员在试验过程中能够通过第一透明视窗观察燃烧室内的工作状况。

Description

一种燃烧室试验设备及系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃烧室试验设备及系统。

背景技术

现有微型燃气轮机是由涡轮增压器发展形成的，也是以连续流动的气体为工质、将燃料的热能转换为机械功的内燃旋转式动力机械，并且微型燃气轮机因其安全可靠、灵活多变的电力供给方式、投资少、环境友好等诸多特点而得到迅速发展。

微型燃气轮机的三大部件为燃烧室、压气机和涡轮，燃烧室位于压气机与涡轮之间，燃烧室的性能会直接影响微型燃气轮机的总体性能。因此，在燃烧室的研制和调试过程中往往需要进行大量的试验，虽然目前数值仿真技术发展迅速，但仍无法取代试验在燃烧室研制和调试过程中的地位。

现有燃烧室试验设备包括燃烧室、测量段、连接燃烧室和测量段的连接件、以及用于为烟气喷水降温的喷水降温段。但是，现有燃烧室试验设备在试验中无法看到燃烧室内部的工作状况，导致在试验过程中无法对燃烧室的工作状况进行观察的问题。

因此，急需提供一种可视化的燃烧室试验设备，其能够方便观察燃烧室的工作状况。

发明内容

本发明提供了一种可视化的燃烧室试验设备及系统，其能够方便观察燃烧室的工作状况。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种燃烧室试验设备，包括依次连接的燃烧室、测量段以及喷水降温段，所述燃烧室生成的烟气依次通过所述测量段和所述喷水降温段后排出；

所述燃烧室设置有至少一个第一透明视窗，每个第一透明视窗用于使用户从所述燃烧室外侧能够观察到所述燃烧室内的工作状况。

上述燃烧室试验设备因在燃烧室设置有至少一个第一透明视窗，在采用上述燃烧室试验设备进行试验的过程中，试验人员能够通过设置在燃烧室的第一透明视窗观察燃烧室内的工作状况，如，燃烧室燃烧过程中的壁温情况、火焰颜色等，并能够根据实验过程中观察到的具体情况对燃烧室进行后续改进，以使燃烧室能够满足实际需要；因此，上述燃烧室试验设备通过第一透明视窗实现燃烧室试验过程的可视化，进而方便观察燃烧室的工作状况。

优选地，所述燃烧室设置有贯穿其壁厚、且与每个第一透明视窗一一对应的开孔，每个所述第一透明视窗包括围绕所述开孔设置的安装座、以及安装于所述安装座的第一透明元件。

优选地，所述喷水降温段通过四通管件与所述测量段连通。

优选地，所述四通管件包括互相连通的第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口，所述第一端口与所述第三端口相对设置、且所述第二端口和所述第四端口相对设置；

所述四通管件通过所述第一端口与所述测量段相连通，并通过所述第四端口与所述喷水降温段相连通；

在所述第二端口设置有第二透明视窗，用于使用户透过所述第二透明视窗观察所述喷水降温段的喷嘴的工作状况；

在所述第三端口设置有第三透明视窗，用于使用户透过所述第三透明视窗观察所述燃烧室的出口的工作状况。

优选地，所述第二透明视窗包括安装于所述第二端口的第二透明元件。

优选地，所述第三透明视窗包括第一管件以及第三透明元件，所述第一管件的一端与所述第三端口相连通、且另一端安装有所述第三透明元件。

优选地，所述第一管件的外表面设置有进气管、且内表面设置有与所述进气管连通的出气口，所述出气口位于所述第三透明视窗与所述第三端口之间；所述进气管连通气源时，所述出气口用于喷出气体以形成气帘。

优选地，所述出气口为设置于所述第一管件的内表面的环形缝。

优选地，所述第一管件设置有双层管壁，在所述双层管壁之间形成用于连通所述进气管和所述出气口的空气流道。

优选地，所述四通管件设置有冷却水套、与所述冷却水套相连通的进水管、以及与所述冷却水套相连通的至少一个出水管，所述冷却水套用于对所述四通管件进行热交换。

优选地，所述进水管设置于靠近所述第一端口的所述四通管件的外表面；所述至少一个出水管包括第一出水管和第二出水管，所述第一出水管设置于靠近所述第三端口的四通管件的外表面，所述第二出水管设置于靠近所述第四端口的四通管件的外表面。

优选地，所述测量段通过转接段与所述燃烧室连通。

优选地，所述转接段设置有贯穿其壁厚、且沿周向分布的多个第一测量孔。

优选地，所述测量段设置有贯穿其壁厚的多个第二测量孔。

另外，本发明还提供了一种燃烧室试验系统，该燃烧室试验系统包括上述技术方案提供的任意一种燃烧室试验设备。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种可视化的燃烧室试验设备及系统，该燃烧室试验设备能够通过设置于燃烧室的第一透明视窗实现燃烧室试验过程的可视化，使试验人员在试验过程中能够通过第一透明视窗观察燃烧室内的工作状况。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种燃烧室试验设备的整体结构示意图；

图2为图1提供的燃烧室试验设备的半剖结构示意图；

图3为图1提供的燃烧室试验设备中燃烧室的半剖结构示意图；

图4为图1提供的燃烧室试验设备中四通管件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种可视化的燃烧室试验设备及系统，该燃烧室试验设备能够通过设置于燃烧室的第一透明视窗实现燃烧室试验过程的可视化，使试验人员在试验过程中能够通过第一透明视窗观察燃烧室内的工作状况。上述燃烧室试验设备可以用于工厂对燃烧室进行检验，或用在实验室中进行燃烧室的燃烧模拟实验，还可以用于各种需要的场合。

其中，请参考图1、图2以及图3，本发明实施例提供的一种燃烧室试验设备1，包括依次连接的燃烧室11、测量段13以及喷水降温段15，燃烧室11生成的烟气依次通过测量段13和喷水降温段15后排出；如图1结构所示，燃烧室11和测量段13之间可以通过转接段12连接，也可以直接相连；测量段13和喷水降温段15之间可以通过四通管件14连接，也可以直接相连；因此，燃烧室试验设备1可以包括依次相连的燃烧室11、测量段13以及喷水降温段15，也可以包括依次相连的燃烧室11、转接段12、测量段13以及喷水降温段15，还可以包括依次相连的燃烧室11、测量段13、四通管件14以及喷水降温段15，同时，还可以包括依次连接的燃烧室11、转接段12、测量段13、四通管件14以及喷水降温段15；

当采用上述燃烧室试验设备1对燃烧室11进行试验时，天然气等燃料可以通过燃料喷嘴113进入燃烧室11的燃烧腔体115内，空气等混合气体可以通过燃烧室机匣114进入燃烧室11的燃烧腔体115内，燃料和空气在燃烧腔体115内进行充分混合，借助点火器116发出的能量产生高温燃气，高温燃气依次通过测量段13以及喷水降温段15后排出；在试验过程中，可以通过在测量段13设置测量仪器对形成的高温燃气的温度、压力等参数进行测量，还可以通过测量段13进行取样；喷水降温段15设置有与外界水源连接的喷水管151，并通过与喷水管151连接且设置在喷水降温端15内部的喷嘴152对高温燃气进行喷水降温；

燃烧室11设置有至少一个第一透明视窗112，每个第一透明视窗112用于使用户从燃烧室11外侧能够观察到燃烧室11内的工作状况。如图1结构所示，燃烧室11设置有一个第一透明视窗112，也可以根据燃烧室11的实际情况和试验需要，设置两个、三个或更多个第一透明视窗112，以便通过第一透明视窗112能够实时观测燃烧室11内的工作状况；当设置多个第一透明视窗112时，多个第一透明视窗112可以沿周向分布，也可以沿燃烧室11的轴向分布，还可以根据需要随机分布在燃烧室11的外周面上。

上述燃烧室试验设备1因在燃烧室11设置有至少一个第一透明视窗112，并且第一透明视窗112能够使用户从燃烧室11外侧能够观察到燃烧室11内的工作状况；因此，在采用上述燃烧室试验设备1进行试验的过程中，试验人员能够通过设置在燃烧室11的第一透明视窗112观察燃烧室11内的工作状况，如，燃烧室11燃烧过程中的壁温情况、火焰颜色等，并能够根据实验过程中观察到的具体情况对燃烧室11进行后续改进，以使燃烧室11能够满足实际需要；因此，上述燃烧室试验设备1通过第一透明视窗112实现燃烧室11试验过程的可视化，进而方便观察燃烧室11的工作状况。

一种具体的实施方式中，如图1和图3结构所示，燃烧室11设置有贯穿其壁厚、且与每个第一透明视窗112一一对应的开孔，每个第一透明视窗112包括围绕开孔设置的安装座1121、以及安装于安装座1121的第一透明元件1122。如图3结构所示，燃烧室11的本体111上设置有贯穿壁厚的开孔，安装座1121围绕开孔设置，并通过盖板1123将第一透明元件1122固定在安装座1121上。盖板1123可以通过螺栓等连接件固定连接于安装座1121，此时，由于连接件可以拆卸，因此，采用安装座1121和盖板1123固定第一透明元件1122的固定方式，方便对第一透明元件1122进行安装、更换和清洁。第一透明元件1122可以为石英玻璃。

具体地，如图1和图2结构所示，喷水降温段15可以通过四通管件14与测量段13连通，同理，喷水降温段15还可以通过三通管件与测量段13连通。

采用四通管件14或者三通管件使喷水降温段15与测量段13相连通，有利于在四通管件14或者三通管件的其它端部设置其它需要的部件，如可以安装测量仪器或者透明视窗，方便对高温燃气的检测或对燃烧室试验设备1进行检查。

当采用四通管件14连通喷水降温段15和测量段13时，如图1、图2和图4结构所示，四通管件14包括互相连通的第一端口1411、第二端口1421、第三端口1431以及第四端口1441，第一端口1411与第三端口1431相对设置、且第二端口1421和第四端口1441相对设置；四通管件14包括四个端部，分别为设置有第一端口1411的第一端部141、设置有第二端口1421的第二端部142、设置有第三端口1431的第三端部1431以及设置有第四端口1441的第三端部144，其中，第一端部141与第三端部143相对设置，并且第二端部142与第四端部144相对设置；四通管件14在四个端部均可设置有法兰，并分别通过法兰与对应的部件连接；

四通管件14通过第一端口1411与测量段13相连通，并通过第四端口1441与喷水降温段15相连通；

在第二端口1421设置有第二透明视窗145，用于使用户透过第二透明视窗145观察喷水降温段15的喷嘴152的工作状况；

在第三端口1431设置有第三透明视窗146，用于使试验人员透过第三透明视窗146观察燃烧室11的出口的工作状况。

通过设置在喷水降温段15与测量段13之间的四通管件14，由于四通管件14设置有相对设置的第一端口1411与第三端口1431、以及第二端口1421和第四端口1441，因此，四通管件14不仅可以将喷水降温段15与测量段13连通起来，而且可以安装与燃烧室11相对的第三透明视窗146、以及与喷水降温段15相对的第二透明视窗145，使试验人员能够通过第二透明视窗145观察到喷水降温段15的工作状态、且能够通过第三透明视窗146观察到燃烧室11和测量段13的工作状态，如，各个喷嘴152的工作状态、燃烧室11的出口火焰情况、测量仪器的布置位置是否达标等，通过设置的第二透明视窗145能够实现喷嘴152的工作可视化，使试验人员能够根据观察到的喷嘴152的工作状态对喷嘴152的设置位置、分布形式、具体结构进行调整，不断优化燃烧室试验设备1；同时，通过设置的第三透明视窗146能够实现测量段13的可视化，并进一步提高燃烧室11的可视化，尤其是燃烧室11的轴向的可视化，还可以作为光学仪器的可视窗口进行光学测量。

因此，通过设置在喷水降温段15与测量段13之间的四通管件14，不仅进一步提高了燃烧室试验设备1的工作可视化，还有利于对燃烧室试验设备1进行优化，增强燃烧室试验设备1的试验功能。

如图1、图2和图4结构所示，第二透明视窗145可以包括安装于第二端口1421的第二透明元件1451。第二透明元件1451可以由固定到第二端口1421的固定板1452安装在第二端口1421上，通过第二透明元件1451实现对喷水降温段15的可视化。第二透明元件1451可以为石英玻璃。

如图1、图2和图4结构所示，第三透明视窗146可以包括第一管件1461以及第三透明元件1462，同理，第三透明视窗146也可以将第三透明元件1462直接安装到第三端口1431来实现；第一管件1461的一端与第三端口1431相连通、且另一端安装有第三透明元件1462。第三透明元件1462可以通过与第一管件1461固定连接的压板1463实现安装，并通过第三透明元件1462实现燃烧室11和测量段13的轴向可视化。第三透明元件1462可以为石英玻璃。

为了保护第三透明视窗146且提高第三透明视窗146的可视效果，如图1、图2和图4结构所示，第一管件1461的外表面设置有进气管14611、且内表面设置有与进气管14611连通的出气口14612，出气口14612位于第三透明视窗146与第三端口1431之间；进气管14611连通气源时，出气口14612用于喷出气体以形成气帘。

在试验过程中，第一管件1461的进气管14611可以连接气源，气源可以为压缩空气、高压空气等冷却气体，气源中的冷却气体通过进气管14611进入第一管件1461，并通过出气口14612排出，在第三透明视窗146与第三端口1431之间形成气帘，使气帘在对燃烧室11排出的高温燃气进行冷却降温的同时阻挡高温燃气进入第一管件1461，以对第三透明视窗146的进行保护，以免第三透明视窗146被高温燃气损坏。

如图2结构中，为了进一步提高气帘对第三透明视窗146的保护作用，出气口14612可以为设置于第一管件1461的内表面的环形缝。当出气口14612为环形缝时，冷却气体能够通过环形缝排出，并形成从一圈沿径向从外向圆心流动的冷却气体，通过气帘形成密封，提高对第三透明视窗146的保护效果。

为了实现进气管14611和出气口14612的连通，如图2结构所示，第一管件1461设置有双层管壁，在双层管壁之间形成用于连通进气管14611和出气口14612的空气流道14613。

由于空气流道14613设置在第一管件1461的双层管壁之间，因此，在冷却气体从进气管14611进入出气口14612时，冷却空气在空气流道14613内流动时，冷却空气还能对第一管件1461进行降温冷却，防止高温燃气对第一管件1461的侵蚀，延长第一管件1461的使用寿命。

当然，进气管14611和出气口14612也可以直接连通，即，进气管14611设置在与出气口14612相对应的第一管件1461的外表面，使进气管14611和出气口14612直接连通，这样有利于降低第一管件1461的制作难度和制作成本，进而降低燃烧室试验设备1的制作成本。

为了延长四通管件14的使用寿命，如图1、图2和图4结构所示，四通管件14设置有冷却水套、与冷却水套相连通的进水管147、以及与冷却水套相连通的至少一个出水管，冷却水套用于对四通管件14进行热交换。冷却水套可以由设置于四通管件14的双层管壁之间的腔体实现，冷却水套内的冷却介质可以为水、油等导热介质。

通过设置于四通管件14的冷却水套，能够对被高温燃气加热的四通管件14进行冷却降温，同时，还能对安装于四通管件14的第二透明视窗145和第三透明视窗146进行冷却降温，在延长四通管件14的使用寿命的同时，还能延长第二透明视窗145和第三透明视窗146的使用寿命，进而降低燃烧室试验设备1的试验成本。

上述四通管件14中，如图1、图2和图4结构所示，进水管147可以设置于靠近第一端口1411的四通管件14的外表面；至少一个出水管包括第一出水管148和第二出水管149，第一出水管148设置于靠近第三端口1431的四通管件14的外表面，第二出水管149设置于靠近第四端口1441的四通管件14的外表面。至少一个出水管可以包括第一出水管148和第二出水管149，也可以包括多个出水管，除第一出水管148和第二出水管149以外，还可以包括设置在四通管件14其他位置的出水管，如，在四通管件14的第二端142也可以设置一个出水管，并且各出水管可分别设置在四通管件14的法兰上，以便对法兰进行冷却降温。

如图1和图2结构所示，测量段13可以通过转接段12与燃烧室11连通，测量段13也可以直接与燃烧室11连通。在测量段13与燃烧室11之间设置有转接段12时，转接段12可以设置有贯穿其壁厚、且沿周向分布的多个第一测量孔121，通过设置于多个第一测量孔121中的测量仪器可以测量燃烧室11出口处的高温燃气的温度、压力等参数，还可以通过第一测量孔121对高温燃气进行取样。

如图1和图2结构所示，为了方便测量，测量段13设置有贯穿其壁厚的多个第二测量孔131，多个第二测量孔可以包括直径较大且测量准确度高的大直径测量孔1311、以及直径较小且可以对测量仪器进行冷却的小直径测量孔1312；由于大直径测量孔1311的孔径较大，因此测量仪器置于其中时，测量仪器能够被高温燃气包围，测量仪器能够测量真实的高温燃气的温度和压力等参数；而小直径测量孔1312的孔径较小，因此，测量仪器置于其中时，尤其当测量段13设置有水冷却系统时，孔壁在水冷却的作用下，测量仪器由于距离孔壁较近，受孔壁的温度影响较大，实际测量值可能比实际值偏低，但是具有能够通过孔壁的温降来保护测量仪器、防止测量仪器损坏的特点。

同时，如图1和图2结构所示，测量段13的一端可以通过第一法兰132与转接段12法兰连接、且另一端可以通过第二法兰133与四通管件14法兰连接，当然，测量段13与转接段12和四通管件14之间的连接方式不限于法兰连接，也可以采用其他的连接方式进行连接；为了对测量段13进行降温冷却，还可以在测量段13的一端设置有进水口134，并在另一端设置有出水口135，通过进水口134和出水口135使冷却水等液体冷却介质对测量段13进行热交换以对测量段13进行冷却降温，防止测量段13因高温而损坏；在测量段13的外周面设置有与大直径测量孔1311同轴的大凸台136以及与小直径测量孔1312同轴的小凸台137，并且可以在大凸台136和小凸台137的顶部设置盖板用于封闭大直径测量孔1311和小直径测量孔1312，以方便设置测量仪器。

另外，本发明实施例还提供了一种燃烧室试验系统，该燃烧室试验系统包括上述实施例提供的任意一种燃烧室试验设备1。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种可视化的燃烧室试验设备1及系统，该燃烧室试验设备1能够通过设置于燃烧室11的第一透明视窗112实现燃烧室11试验过程的可视化，使试验人员在试验过程中能够通过第一透明视窗112观察燃烧室11内的工作状况。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种燃烧室试验设备，包括依次连接的燃烧室、测量段以及喷水降温段，所述燃烧室生成的烟气依次通过所述测量段和所述喷水降温段后排出；其特征在于，

所述燃烧室设置有至少一个第一透明视窗，每个第一透明视窗用于使用户从所述燃烧室外侧能够观察到所述燃烧室内的工作状况。

2.根据权利要求1所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述燃烧室设置有贯穿其壁厚、且与每个第一透明视窗一一对应的开孔，每个所述第一透明视窗包括围绕所述开孔设置的安装座、以及安装于所述安装座的第一透明元件。

3.根据权利要求1所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述喷水降温段通过四通管件与所述测量段连通。

4.根据权利要求3所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述四通管件包括互相连通的第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口，所述第一端口与所述第三端口相对设置、且所述第二端口和所述第四端口相对设置；

所述四通管件通过所述第一端口与所述测量段相连通，并通过所述第四端口与所述喷水降温段相连通；

在所述第二端口设置有第二透明视窗，用于使用户透过所述第二透明视窗观察所述喷水降温段的喷嘴的工作状况；

在所述第三端口设置有第三透明视窗，用于使用户透过所述第三透明视窗观察所述燃烧室的出口的工作状况。

5.根据权利要求4所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述第二透明视窗包括安装于所述第二端口的第二透明元件。

6.根据权利要求4所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述第三透明视窗包括第一管件以及第三透明元件，所述第一管件的一端与所述第三端口相连通、且另一端安装有所述第三透明元件。

7.根据权利要求6所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述第一管件的外表面设置有进气管、且内表面设置有与所述进气管连通的出气口，所述出气口位于所述第三透明视窗与所述第三端口之间；所述进气管连通气源时，所述出气口用于喷出气体以形成气帘。

8.根据权利要求7所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述出气口为设置于所述第一管件的内表面的环形缝。

9.根据权利要求7所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述第一管件设置有双层管壁，在所述双层管壁之间形成用于连通所述进气管和所述出气口的空气流道。

10.根据权利要求4所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述四通管件设置有冷却水套、与所述冷却水套相连通的进水管、以及与所述冷却水套相连通的至少一个出水管，所述冷却水套用于对所述四通管件进行热交换。

11.根据权利要求10所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述进水管设置于靠近所述第一端口的所述四通管件的外表面；所述至少一个出水管包括第一出水管和第二出水管，所述第一出水管设置于靠近所述第三端口的四通管件的外表面，所述第二出水管设置于靠近所述第四端口的四通管件的外表面。

12.根据权利要求1所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述测量段通过转接段与所述燃烧室连通。

13.根据权利要求12所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述转接段设置有贯穿其壁厚、且沿周向分布的多个第一测量孔。

14.根据权利要求1所述的燃烧室试验设备，其特征在于，所述测量段设置有贯穿其壁厚、且孔径不同的多个第二测量孔。

15.一种燃烧室试验系统，其特征在于，包括如权利要求1-14任一项所述的燃烧室试验设备。