CN107588434A - 一种喷水降温结构及燃烧室试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微型燃气轮机领域，公开了一种喷水降温结构及燃烧室试验装置，该喷水降温结构包括：用于输送高温燃气的管道以及设置在管道上的多个喷嘴组件，其中，每个喷嘴组件包括喷嘴，喷嘴用于向流经管道的高温燃气喷洒冷却水；管道上设有与每个喷嘴组件一一对应的通孔，对于每个喷嘴组件，喷嘴插设在与该喷嘴组件对应的通孔中，喷嘴的头部朝向管道的内腔，且喷嘴的头部位于该通孔内。上述实施例中，每个喷嘴组件中，喷嘴插设在相对应的通孔中，且喷嘴的头部朝向管道的内腔，喷嘴向流经管道的高温燃气喷洒冷却水使其温度降低，并且由于喷嘴的头部位于通孔中，使得喷嘴免受高温燃气的冲刷，对喷嘴起到保护作用，延长了喷嘴的使用寿命。

Description

一种喷水降温结构及燃烧室试验装置

技术领域

本发明涉及微型燃气轮机领域，尤其涉及一种喷水降温结构及燃烧室试验装置。

背景技术

微型燃气轮机由涡轮增压器发展形成，是一类新型的以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械能的内燃旋转式动力机械。如今微型燃气轮机因其安全可靠、灵活多变的电力供给方式、投资小、环境友好型等诸多特点而发展迅速。

燃烧室位于压气机与涡轮之间，是燃气轮机三大部件之一。燃烧室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，但仍然无法取代试验在燃烧室研制和调试过程中的地位。

燃烧室试验装置一般由进口转接段、进口参数测量段、燃烧室试验件、出口测量段、出口转接段组成，天然气与空气在燃烧室进行混合，借助点火器发出的能量产生高温燃气，高温燃气的温度通常都在1000℃以上，然而不锈钢管道承受的温度往往不超过740℃，故在试验研制过程中通常采用喷洒冷却水的方式对高温燃气进行降温，而现有技术中对高温燃气进行喷水降温的喷嘴一般裸露在管道内，长期受到高温燃气的冲刷，大大降低了喷嘴的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种喷水降温结构及燃烧室试验装置，用以解决现有技术中喷嘴易受高温燃气的冲刷，使用寿命低的问题。

本发明实施例提供了一种喷水降温结构，该喷水降温结构包括：用于输送高温燃气的管道；以及设置在所述管道上的多个喷嘴组件，其中，

每个喷嘴组件包括喷嘴，所述喷嘴用于向流经所述管道的高温燃气喷洒冷却水；

所述管道上设有与所述每个喷嘴组件一一对应的通孔，对于每个喷嘴组件，所述喷嘴插设在与该喷嘴组件对应的通孔中，所述喷嘴的头部朝向所述管道的内腔，且所述喷嘴的头部位于该通孔内。

上述实施例中，每个喷嘴组件中，喷嘴插设在相对应的通孔中，且喷嘴的头部朝向管道的内腔，喷嘴向流经管道的高温燃气喷洒冷却水使其温度降低，并且由于喷嘴的头部位于通孔中，使得喷嘴免受高温燃气的冲刷，对喷嘴起到保护作用，延长了喷嘴的使用寿命。

在一个具体的实施例中，所述每个喷嘴组件还包括套筒，所述套筒与所述管道的外壁固定连接，且所述套筒的内腔与所述通孔连通，所述喷嘴插设在所述套筒中并与所述套筒固定连接。

在另一个具体的实施例中，所述每个喷嘴组件还包括套筒，所述套筒插设在所述通孔中，所述套筒的内腔与所述管道的内腔连通，且所述套筒靠近所述管道内腔的一端位于所述通孔内，所述套筒与所述管道固定连接；所述喷嘴插设在所述套筒中并与所述套筒固定连接。

上述两个实施例中，所述套筒包括筒体和端盖，所述筒体和所述端盖可拆卸固定连接；

所述端盖上设有螺纹孔，所述喷嘴上设有与所述螺纹孔相配合的螺纹，所述喷嘴与所述端盖螺纹连接并插设在所述筒体中。便于喷嘴的更换，提高了喷嘴降温结构的适应性与灵活性。

优选的，所述管道的侧壁中设有环形的水冷通道。冷却水在水冷通道内流通，使得管道侧壁温度降低，避免管道受局部高温的影响。

优选的，所述喷嘴与高压水主管道连通，且所述喷嘴上设有手动阀门。通过手动阀门的开闭控制喷嘴的使用率，使得高温燃气在经喷水降温后满足不同的排出工况，提高了喷水降温结构的适应性与灵活性。

优选的，所述喷嘴组件的个数为8个，平均分为两组，每组喷嘴组件沿圆周均匀分布。

优选的，所述两组喷嘴组件交错设置。每组喷嘴沿圆周均匀分布，并且两组喷嘴交错设置，这样设置有利于冷却水与高温燃气充分混合，有效降低了高温燃气的温度。

优选的，还包括第一连接法兰和第二连接法兰，所述第一连接法兰和所述第二连接法兰分别与所述管道固定连接。

本发明实施例还提供了一种燃烧室试验装置，包括上述任一项所述的喷水降温结构。该喷水降温结构用于对燃烧室产生的高温燃气进行降温，以满足排出条件，并且，该喷水降温结构中管道的侧壁上设有与每个喷嘴组件相对应的通孔，喷嘴的头部位于通孔内，使得喷嘴免受高温燃气的冲刷，延长了喷嘴的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的喷水降温结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的喷水降温结构的剖视图；

图3为本发明实施例提供的喷嘴与端盖的装配图；

图4为本发明实施例提供的燃烧室试验装置的结构示意图。

附图标记：

10-喷水降温结构

11-管道 12-喷嘴组件 121-喷嘴 122-筒体 123-端盖

13-第一连接法兰 14-第二连接法兰

20-试验件段 30-转接段 40-后测量段

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，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喷水降温结构，该喷水降温结构包括：用于输送高温燃气的管道以及设置在管道上的多个喷嘴组件，其中，

每个喷嘴组件包括喷嘴，喷嘴用于向流经管道的高温燃气喷洒冷却水；

管道上设有与每个喷嘴组件一一对应的通孔，对于每个喷嘴组件，喷嘴插设在与该喷嘴组件对应的通孔中，喷嘴的头部朝向管道的内腔，且喷嘴的头部位于该通孔内。

上述实施例中，每个喷嘴组件中，喷嘴插设在相对应的通孔中，且喷嘴的头部朝向管道的内腔，喷嘴向流经管道的高温燃气喷洒冷却水使其温度降低，并且由于喷嘴的头部位于通孔中，使得喷嘴免受高温燃气的冲刷，对喷嘴起到保护作用，延长了喷嘴的使用寿命。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的喷水降温结构的具体结构，现结合附图进行详细的描述。

如图1所示，该喷水降温结构10包括用于输送高温燃气的管道11、第一连接法兰13以及第二连接法兰14，第一连接法兰13和第二连接法兰14分别与管道11固定连接，起连接作用，如第一连接法兰13和第二连接法兰14通过焊接固定在管道11的两端，使得该喷水降温结构10能够与燃烧室及其它工艺部件连通；由于燃烧室出口处的燃气温度通常都在1000℃以上，而不锈钢管道11承受的温度往往不超过740℃，因此在试验研制过程中需要对高温燃气进行降温，本申请中，该喷水降温结构10还包括设置在管道11上的多个喷嘴组件12，每个喷嘴组件12包括喷嘴121，喷嘴121用于向流经管道11的高温燃气喷洒冷却水，具体的，管道11上设有与每个喷嘴组件12一一对应的通孔，并且对于每个喷嘴组件12，喷嘴121插设在与该喷嘴组件12相对应的通孔中，喷嘴121的头部朝向管道11的内腔，燃烧室产生的高温燃气通过管道11时，喷嘴121向管道11内喷洒冷却水，使高温燃气经喷水降温后满足排放要求，或满足回热器等工艺部件的入口试验要求。为避免喷嘴121受到高温燃气流的冲刷，喷嘴121的头部应位于通孔内，即保证喷嘴121的头部没有伸到通孔以外，以免喷嘴121暴露在管道11的内腔中而受到高温燃气流的冲刷，并且需要注意的是，在这个前提下，还应考虑喷嘴121插入通孔的深度，以保证喷嘴121喷出的冷却水在进入管道11的内腔时不会受到阻碍。

在一个具体的实施例中，如图2所示，每个喷嘴组件12还包括套筒，套筒插设在通孔中，套筒的内腔与管道11的内腔连通，且套筒靠近管道11内腔的一端位于通孔内，即保证套筒插入通孔的一端没有伸到通孔以外，以免套筒暴露在管道11的内腔中而受到高温燃气流的冲刷；套筒与管道11固定连接，如套筒与管道11通过焊接固定；喷嘴121插设在套筒中并与套筒固定连接，为了便于喷嘴121的更换，具体的，套筒包括筒体122和端盖123，且筒体122和端盖123可拆卸固定连接，如筒体122和端盖123通过螺栓、螺钉等可拆卸固定连接，端盖123上设有螺纹孔，喷嘴121上设有与螺纹孔相配合的螺纹，喷嘴121与端盖123螺纹连接并插设在筒体122中。一并参考图1、图3，其中，端盖123通过六颗螺栓固定在筒体122上，螺栓沿圆周均匀分布，螺纹孔设置在端盖123的中央位置，喷嘴121插设在螺纹孔中，通过螺纹连接与端盖123固定。在需要更换喷嘴121时，若新旧喷嘴121型号相同，则替换后重新组装即可，若新旧喷嘴121型号不同，则还需要同时替换端盖123，以保证端盖123上的螺纹孔与喷嘴121上的螺纹能够相匹配。该喷水降温结构10应用范围广，能够满足多种型号的喷嘴121的装配要求。

另外，还可以将套筒与管道11的外壁固定连接，如将套筒焊接在管道11的外壁上，且使套筒的内腔与通孔连通；喷嘴121插设在套筒中并向通孔延伸，且喷嘴121的头部位于通孔内，喷嘴121与套筒固定连接。具体的，套筒包括筒体122和端盖123，筒体122和端盖123可拆卸固定连接，如筒体122和端盖123通过螺栓、螺钉等可拆卸固定连接，端盖123上设有螺纹孔，喷嘴121上设有与螺纹孔相配合的螺纹，喷嘴121与端盖123螺纹连接并插设在筒体122中，其中，具体的连接方式可以参考图2示出的结构，在此不再详细赘述。

该喷水降温结构10中，喷嘴121与高压水主管道11连通，高压水主管道11还带有压力表及流量计进行检测，控制喷嘴121前压力为1.5bar以上，使得冷却水经喷嘴121射出时能够形成雾化锥角，还应根据雾化锥角的范围合理设置通孔的截面大小、筒体122的截面大小、以及喷嘴121伸入通孔的深度或伸入筒体122的深度等，保证喷嘴121喷出的冷却水在进入管道11的内腔时不会受到阻碍。为达到最佳的降温效果，还应合理设置喷嘴121的数量以及喷嘴121的布局，在一个具体的实施例中，如图1所示，该喷水降温结构10包括8个喷嘴组件12，8个喷嘴组件12平均分为两组，两组喷嘴组件12并排排列；具体的，每组中四个喷嘴组件12沿圆周均匀分布，即每组喷嘴组件12中，相邻的两个喷嘴组件12之间的夹角为45°，并且为了避免在管道11内出现雾化死角，两组喷嘴组件12交错设置，通过两组喷嘴组件12的配合，进一步提高了冷却水对高温燃气的降温效果。对于每个喷嘴组件12，喷嘴121上都设有手动阀门，可以通过控制手动阀门的开闭来调节喷嘴121的使用率，使得高温燃气经喷水降温后能够满足不同的试验需求，以提高喷水降温结构10的适应性与灵活性。

本发明实施例还提供了一种燃烧室试验装置，包括上述喷水降温结构10，在一个具体的实施例中，如图4所示，该燃烧室试验装置还包括试验件段20、转接段30以及后测量段40，其中，试验件段20包括燃料喷嘴、燃烧室机匣、燃烧室，转接段30位于试验件段20以及后测量段40之间，起连接作用，转接段30与后测量段40之间设有挡板，以阻挡空气直接从燃烧室机匣流向后测量段40，后测量段40与喷水降温结构10连通。

该燃烧室试验装置中，天然气从燃料喷嘴喷入，外界空气流入燃烧室机匣，天然气与空气在燃烧室进行混合，借助点火器发出的能量产生高温燃气，高温燃气流向后测量段40，后测量段40布置的温度、压力、取样等参数测量仪对高温燃气进行测量，高温燃气经后测量段40流向喷水降温结构10，高温燃气在进入管道11时，管道11靠近后测量段的侧壁容易出现局部高温，为了降低管道侧壁的温度，本实施例中，管道11的侧壁中设有环形的水冷通道，冷却水在水冷通道内流通，使得管道侧壁温度降低，避免管道11受局部高温的影响；高温燃气经喷水降温后，最终排向大气或其它工艺部件。

通过以上描述可以看出，该喷水降温结构10中，每个喷嘴121都插设在管道11上一个对应设置的通孔中，且喷嘴121的头部朝向管道11的内腔，喷嘴121向流经管道11的高温燃气喷洒冷却水使其温度降低，并且由于喷嘴121的头部位于通孔中，使得喷嘴121免受高温燃气的冲刷，对喷嘴121起到保护作用，延长了喷嘴121的使用寿命。

显然，本领域的技术人员可以对本发明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 (10)

1.一种喷水降温结构，其特征在于，包括：用于输送高温燃气的管道以及设置在所述管道上的多个喷嘴组件，其中，

每个喷嘴组件包括喷嘴，所述喷嘴用于向流经所述管道的高温燃气喷洒冷却水；

所述管道上设有与所述每个喷嘴组件一一对应的通孔，对于每个喷嘴组件，所述喷嘴插设在与该喷嘴组件对应的通孔中，所述喷嘴的头部朝向所述管道的内腔，且所述喷嘴的头部位于该通孔内。

2.如权利要求1所述的喷水降温结构，其特征在于，所述每个喷嘴组件还包括套筒，所述套筒与所述管道的外壁固定连接，且所述套筒的内腔与所述通孔连通，所述喷嘴插设在所述套筒中并与所述套筒固定连接。

3.如权利要求1所述的喷水降温结构，其特征在于，所述每个喷嘴组件还包括套筒，所述套筒插设在所述通孔中，所述套筒的内腔与所述管道的内腔连通，且所述套筒靠近所述管道内腔的一端位于所述通孔内，所述套筒与所述管道固定连接；所述喷嘴插设在所述套筒中并与所述套筒固定连接。

4.如权利要求2或3任一项所述的喷水降温结构，其特征在于，所述套筒包括筒体和端盖，所述筒体和所述端盖可拆卸固定连接；

所述端盖上设有螺纹孔，所述喷嘴上设有与所述螺纹孔相配合的螺纹，所述喷嘴与所述端盖螺纹连接并插设在所述筒体中。

5.如权利要求1所述的喷水降温结构，其特征在于，所述管道的侧壁中设有环形的水冷通道。

6.如权利要求1所述的喷水降温结构，其特征在于，所述喷嘴与高压水主管道连通，且所述喷嘴上设有手动阀门。

7.如权利要求1所述的喷水降温结构，其特征在于，所述喷嘴组件的个数为8个，平均分为两组，每组喷嘴组件沿圆周均匀分布。

8.如权利要求7所述的喷水降温结构，其特征在于，所述两组喷嘴组件交错设置。

9.如权利要求1所述的喷水降温结构，其特征在于，还包括第一连接法兰和第二连接法兰，所述第一连接法兰和所述第二连接法兰分别与所述管道固定连接。

10.一种燃烧室试验装置，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的喷水降温结构。