CN111043627A - 一种燃烧室结构及微型燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃烧室结构及微型燃气轮机。该燃烧室结构包括：燃气预混装置、火焰筒以及预混筒；预混筒连接于燃气预混装置和火焰筒之间以形成用于将燃气导入火焰筒内的预混通道；预混筒的周面设置有与预混通道连通的减振孔。本发明所提供的燃烧室结构通过巧妙的设计，在不增加成本的基础上，削弱燃气燃烧所可能产生的声能，防止声能引起燃烧振荡，保证燃烧的稳定性。将该燃烧室结构应用到如微型燃气轮机或其他类似设备中，能够有效提高燃烧效率，降低生产成本。
Description
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结构及微型燃气轮机。
背景技术
微型燃气轮机具有结构紧凑、重量轻，维护费用低等特点可以广泛用于分布式发电领域。
燃烧室是微型燃气轮机的三大部件之一(另两大部件为压气机和涡轮)，燃烧室整体性能的优劣与否直接影响微型燃气轮机的总体性能。目前对燃烧产生的污染物排放(主要是氮氧化物)要求越来越严格。为降低燃烧室污染物排，世界上主流的设计概念是预混燃烧，且燃烧温度控制在1600K-1900K，在这种燃烧情况下燃气轮机的燃烧室内很容易发生燃烧震荡。燃烧振荡是由于燃烧不稳定引起的压力脉动，当压力脉动足够大时就会引发机械震动破坏燃烧室及其附加设备。
目前控制燃烧振荡主要有主动控制方法和被动控制方法。主动控制方法一般是监控燃烧室内的压力，然后根据压力来调节燃料量，改变燃烧室内燃烧放热，进而控制燃烧振荡，这种方式需要压力测量装置和燃料流量调节阀门及控制系统。被动控制目前世界上在用的是在燃烧室上安装减振管，来吸收燃烧振荡产生的声能量，进而控制燃烧振荡，这种方式会增加设备尺寸和重量。以上两种方式都会增加设备成本以及工作复杂性，在实际生产中是退而求其次的方法。
发明内容
本发明公开了一种燃烧室结构及微型燃气轮机，用于削弱燃烧发热转换为声能以控制燃烧振荡，保证燃烧稳定。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种燃烧室结构，包括：燃气预混装置、火焰筒以及预混筒；
所述预混筒连接于所述燃气预混装置和所述火焰筒之间以形成用于将燃气导入所述火焰筒内的预混通道；
所述预混筒的周面设置有与所述预混通道连通的减振孔。
上述燃烧室结构中预混筒的周面设置的减振孔，减振孔与预混筒形成的预混通道连通。当燃烧放热转变的声波传递到减振孔，由于减振孔的结构，燃烧放热转变的声波的频率会部分发生变化，频率改变后的燃烧放热的波与声波相位不一致，相当于部分燃烧放热的波无法转换为声波，减小了燃烧放热转变为声能的“量”；而当其他燃烧放热的波频率未改变、转变为声波的波传递到减振孔，燃烧放热转变的声波与减振孔发生摩擦，部分燃烧放热转变的声波的声能被转换为流体的热能，削弱燃烧放热转变的声波的能量；此外，当预混筒内外的空气经过减振孔流通时，在减振孔的边缘会产生流体涡，在空气流体粘性耗散的作用下，燃烧放热所转变的声波会被卷入到上述流体涡中被转换为热能，进一步削弱了燃烧放热转变为声能的能量，在不增加成本的基础上，削弱燃气燃烧所可能产生的声能，防止声能引起燃烧振荡，保证燃烧的稳定性。
可选地，所述减振孔的数量为多个，多个所述减振孔以所述预混筒的轴心线为中心线均匀阵列。
可选地，所述减振孔的直径为0.8-2mm。
可选地，所述燃气预混装置包括与所述预混筒连通的径向旋流器；
所述径向旋流器背离所述预混筒的一侧设置有主级燃气组件和值班级燃气组件。
可选地，所述主级燃气组件包括主级燃气管、主级燃气结构以及主级燃气喷管；
所述主级燃气结构具有与所述径向旋流器共轴线的环形主级燃气腔；
所述主级燃气管设置于所述主级燃气结构远离所述径向旋流器一侧，用于向所述主级燃气腔内通入燃气；
所述主级燃气喷管数量为多个，多个所述主级燃气喷管环形阵列于所述主级燃气结构背离所述主级燃气管的一侧且环绕于所述径向旋流器的外周，用于将所述主级燃气腔内的燃气导入所述径向旋流器。
可选地，每个所述主级燃气喷管的轴线方向平行于所述径向旋流器的轴线方向，且每个所述主级燃气喷管朝向所述径向旋流器的一侧设置有喷管小孔。
可选地，所述值班级燃气组件包括与所述径向旋流器相连通的值班级燃气管。
可选地，所述火焰筒形成有与所述预混通道连通的燃烧室，所述火焰筒背离所述预混筒的一侧具有燃烧室出口。
可选地，所述火焰筒靠近所述燃烧室出口的一侧设置有与所述燃烧室的连通的掺混孔。
一种微型燃气轮机，包括如上述技术方案提供的任一种所述的燃烧室结构。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种燃烧结构的结构示意图；
图2为图1中A的局部放大图；
图3为本发明实施例提供的一种燃烧结构的预混筒的结构示意图。
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。
如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种燃烧室结构，该燃烧室结构包括燃气预混装置、火焰筒2以及预混筒3；预混筒3连接于燃气预混装置和火焰筒2之间以形成用于将燃气导入火焰筒2内的预混通道；预混筒3的周面设置有与预混通道连通的减振孔31。
其中，如图1所示，燃气预混装置和火焰筒2分别设置于预混筒3轴线方向的两端，燃气预混装置用于将燃气与空气进行初步预混，经过初步预混的燃气预混筒3形成的预混通道进入火焰筒2内燃烧。
其中，火焰筒2形成有与预混通道连通的燃烧室20，火焰筒2背离预混筒3的一侧具有燃烧室出口21，在燃烧室20内燃烧完成后的气体自燃烧室出口21排出。
燃气在火焰筒2内燃烧是等压燃烧，在燃烧过程中，燃烧放出的热能以波的形式传导，当燃烧放热与声波的相位接近，燃烧放出的热量会部分转变为声波，而声波导致火焰筒2内的压力振幅增大，引起火焰筒2的振荡。
本实施例中预混筒3的周面设置的减振孔31，减振孔31与预混筒3形成的预混通道连通。当燃烧放热转变的声波传递到减振孔31，由于减振孔31的结构，燃烧放热转变的声波的频率会部分发生变化，频率改变后的燃烧放热的波与声波相位不一致，相当于部分燃烧放热的波无法转换为声波，减小了燃烧放热转变为声能的“量”；而当其他燃烧放热的波频率未改变、转变为声波的波传递到减振孔31，燃烧放热转变的声波与减振孔31发生摩擦，部分燃烧放热转变的声波的声能被转换为流体的热能，削弱燃烧放热转变的声波的能量；此外，当预混筒3内外的空气经过减振孔31流通时，在减振孔31的边缘会产生流体涡，在空气流体粘性耗散的作用下，燃烧放热所转变的声波会被卷入到上述流体涡中被转换为热能，进一步削弱了燃烧放热转变为声能的能量。
因此，本发明实施例所提供的燃烧室结构通过巧妙的设计，在不增加成本的基础上，削弱燃气燃烧所可能产生的声能，防止声能引起燃烧振荡，保证燃烧的稳定性。将该燃烧室结构应用到如微型燃气轮机或其他类似设备中，能够有效提高燃烧效率，降低生产成本。
其中，减振孔31的数量为多个，多个减振孔31以预混筒3的轴心线为中心线均匀阵列。
如图3所示，一方面，减振孔31环绕预混筒3的周面均匀设置，每个减振孔31到达预混筒3轴心线的距离一致，且任意两个相邻的减振孔31与轴心线之间连线的夹角角度大小一致，方便外界空气自预混筒3的周面外能够均匀进入预混通道内；另一方面，位于同一个垂直于预混筒3轴心线方向的水平面上的减振孔31形成一个减振孔31环，上述多个减振孔31形成多个减振孔31环且多个减振孔31环沿预混通的轴心线方向阵列，这样的减振孔31分布方式使得进入减振孔31的外界空气可以逐步与预混筒3内的燃气混合，提高空气与燃气混合的均匀程度，进一步减少燃烧放热的不均匀性，从而减弱燃烧放热的波转变为声波的不稳定性，保证火焰筒2内燃烧的工作稳定性。
具体地，本发明实施例中的减振孔31的直径为0.8-2mm。
另外需要说明的是，本发明实施例中的自减振孔31进入预混筒3的空气比例不超过自燃气预混装置进入预混筒3的空气的百分之20％。在实际生产中，需要根据燃烧室结构的规格设计合适的减振孔31数量、尺寸以及分布规则，以满足上述空气比例要求。
其中，如图1和图2所示，本发明实施例中的燃气预混装置包括与预混筒3连通的径向旋流器11；径向旋流器11背离预混筒3的一侧设置有主级燃气组件和值班级燃气组件。
经过径向旋流器11的燃气与空气在进入火焰筒2的燃烧室20时会形成漩涡流动，能够稳定火焰，并促进燃料与空气的混合。
值班级燃气组件点火容易且燃烧稳定，当燃气轮机启动时，值班级燃气组件首先喷出燃气与空气混合，点火保持燃烧稳定。点火成功后，随着燃烧室20工作状态的增加，主燃级燃气组件逐渐打开，与空气混合燃烧，进行火力加载。
具体地，主级燃气组件包括主级燃气管121、主级燃气结构122以及主级燃气喷管123；主级燃气结构122具有与径向旋流器11共轴线的环形主级燃气腔1220；主级燃气管121设置于主级燃气结构122远离径向旋流器11一侧，用于向主级燃气腔1220内通入燃气；主级燃气喷管123数量为多个，多个主级燃气喷管123环形阵列于主级燃气结构122背离主级燃气管121的一侧且环绕于径向旋流器11的外周，用于将主级燃气腔1220内的燃气导入径向旋流器11。
如图1所示，主级燃气结构122为环形空心结构，形成环形的主级燃气腔1220，主级燃气自主级燃气管121进入主级燃气腔1220内，在环形的主级燃气腔1220内均匀分布，再经环绕径向旋流器11的多个主级燃气喷管123进入径向旋流器11内，使得主级燃气可以自径向旋流器11的外周均匀进入径向旋流器11。
需要说明的是，主级燃气管121设置于主级燃气结构122的环形结构的任一位置，其轴线方向平行于径向旋流器11的轴线方向且不共轴，因此，经主级燃气管121进入主级燃气腔1220的主级燃气会沿环形的主级燃气腔1220运动并充满整个主级燃气腔1220，最后均匀进入多个主级燃气喷管123。
其中，每个主级燃气喷管123的轴线方向平行于径向旋流器11的轴线方向，主级燃气喷管123朝向径向旋流器11的一侧设置有喷管小孔1231，主级燃气喷管123内的燃气从喷管小孔1231喷出到达径向旋流器11并进入径向旋流器11内。
优选地，如图2所示，每个主级燃气喷管123设置有多个喷管小孔1231，多个喷管小孔1231沿主级燃气喷管123的轴向方向均匀分布。每个主级燃气喷管123沿径向旋流器11外周延伸，多个喷管小孔1231进一步均匀了进入径向旋流器11的主级燃气，能够使得主级燃气与空气混合更均匀。
其中，值班级燃气组件包括与径向旋流器11相连通的值班级燃气管13。值班级燃气自该值班级燃气管13进入径向旋流器11内与空气混合，与主级燃气管121不同的是，由于值班级燃气先与空气混合并点燃，值班级燃气管13设置于径向旋流器11的中心，其轴线与径向旋流器11的轴线共轴，方便值班级燃气进入径向旋流器11时即位于径向旋流器11的轴心线位置，使得值班级燃气在径向旋流器11内的均匀分布，保证燃烧的稳定性。
进一步地，本实施例中火焰筒2靠近燃烧室出口21的一侧设置有与燃烧室20的连通的掺混孔22。在燃烧室20燃烧过程中可能存在燃烧温度分布不均匀导致产生的烟气温度不均匀，混杂孔的设置，能够调节燃烧室出口21位置烟气温度的分布，使得经燃烧室出口21排出的烟气温度保持均匀。
基于同样的发明思路，本发明实施例还提供一种微型燃气轮机，该微型燃气轮机包括上述实施例提供的任一种燃烧室结构，能够取得上述燃烧室结构所能取得的所有有益效果。
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 (10)
1.一种燃烧室结构，其特征在于，包括：燃气预混装置、火焰筒以及预混筒；
所述预混筒连接于所述燃气预混装置和所述火焰筒之间以形成用于将燃气导入所述火焰筒内的预混通道；
所述预混筒的周面设置有与所述预混通道连通的减振孔。
2.根据权利要求1所述的燃烧室结构，其特征在于，所述减振孔的数量为多个，多个所述减振孔以所述预混筒的轴心线为中心线均匀阵列。
3.根据权利要求2所述的燃烧室结构，其特征在于，所述减振孔的直径为0.8-2mm。
4.根据权利要求1所述的燃烧室结构，其特征在于，所述燃气预混装置包括与所述预混筒连通的径向旋流器；
所述径向旋流器背离所述预混筒的一侧设置有主级燃气组件和值班级燃气组件。
5.根据权利要求4所述的燃烧室结构，其特征在于，所述主级燃气组件包括主级燃气管、主级燃气结构以及主级燃气喷管；
所述主级燃气结构具有与所述径向旋流器共轴线的环形主级燃气腔；
所述主级燃气管设置于所述主级燃气结构远离所述径向旋流器一侧，用于向所述主级燃气腔内通入燃气；
所述主级燃气喷管数量为多个，多个所述主级燃气喷管环形阵列于所述主级燃气结构背离所述主级燃气管的一侧且环绕于所述径向旋流器的外周，用于将所述主级燃气腔内的燃气导入所述径向旋流器。
6.根据权利要求5所述的燃烧室结构，其特征在于，每个所述主级燃气喷管的轴线方向平行于所述径向旋流器的轴线方向，且每个所述主级燃气喷管朝向所述径向旋流器的一侧设置有喷管小孔。
7.根据权利要求4所述的燃烧室结构，其特征在于，所述值班级燃气组件包括与所述径向旋流器相连通的值班级燃气管。
8.根据权利要求1所述的燃烧室结构，其特征在于，所述火焰筒形成有与所述预混通道连通的燃烧室，所述火焰筒背离所述预混筒的一侧具有燃烧室出口。
9.根据权利要求8所述的燃烧室结构，其特征在于，所述火焰筒靠近所述燃烧室出口的一侧设置有与所述燃烧室的连通的掺混孔。
10.一种微型燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的燃烧室结构。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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