CN111059573A - 燃气轮机燃烧室及燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃气轮机燃烧室及燃气轮机，该燃气轮机燃烧室包括一个火焰筒以及一个预混装置，其中预混装置用于将燃气与空气混合后送入到火焰筒中燃烧。火焰筒与预混装置之间通过一个可调的预混通道连通。该可调的预混通道包括两部分，分别为与火焰筒连接的接口通道以及与预混装置连接的出口通道；在装配时，接口通道与出口通道嵌套在一起，从而使得火焰筒与预混装置连通。在具体可调时，采用接口通道与出口通道可相对滑动的方式，通过调节出口通道插入到接口通道的深度来调节预混通道的长度，从而调节燃气和空气混合气体进入火焰筒的时间，改变了混合气燃烧放热的时间，并且改变了燃烧放热与火焰筒内压力脉动的相对频率，使得燃烧稳定下来。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及到一种燃气轮机燃烧室及燃气轮机。
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)，燃烧室整体性能的好坏直接影响微型燃气轮机的总体性能。目前政府部门对燃烧产生的污染物排放要求越来越严格。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，这种燃烧情况下很容易发生燃烧震荡。燃烧振荡由于燃烧不稳定引起的压力脉动，燃烧放热与火焰筒内压力脉动的相对频率在-90度到90度时，燃烧放热的能量会促进压力脉动，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。
目前世界上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。被动控制目前世界上在用的是在燃烧室上安装减震管，来吸收燃烧振荡产生的声能量，进而控制燃烧振荡。这两种在用的方法都需要在燃烧室上安装其他设备，成本增加，设备也更为笨重。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种燃气轮机燃烧室及燃气轮机，用以改善燃烧室的燃烧振荡，提高燃烧室的安全性。
第一方面，提供了一种燃气轮机燃烧室，该燃气轮机燃烧室包括一个火焰筒以及一个预混装置，其中预混装置用于将燃气与空气混合后送入到火焰筒中燃烧。在具体连接时，火焰筒与预混装置之间通过一个可调的预混通道连通。该可调的预混通道包括两部分，分别为：与所述火焰筒连接的接口通道，以及与所述预混装置连接的出口通道；在装配时，接口通道与出口通道嵌套在一起，从而使得火焰筒与预混装置连通。在具体可调时，采用接口通道与出口通道可相对滑动的方式，通过调节出口通道插入到接口通道的深度来调节预混通道的长度，从而调节燃气和空气混合气体进入火焰筒的时间，从而改变了混合气燃烧放热的时间，并且改变了燃烧放热与火焰筒内压力脉动的相对频率，使得燃烧稳定下来。
在一个具体的可实施方案中，该燃气轮机燃烧室还包括壳体，所述火焰筒位于所述壳体内，且所述火焰筒与所述壳体固定连接；所述预混装置至少部分位于所述壳体内，且所述预混装置与所述壳体滑动连接并可锁定在设定位置。通过设置的壳体作为承载结构。
在一个具体的可实施方案中，所述预混装置包括：与所述出口通道连接的径向旋流器，以及与所述径向旋流器连接并用于向所述径向旋流器供燃气的燃气管；其中，所述径向旋流器位于所述壳体内；所述燃气管与所述壳体滑动连接并可锁定在设定位置。
在一个具体的可实施方案中，所述壳体上设置有与每个燃气管配合的通孔，每个燃气管一一对应滑动装配在对应的通孔内；每个燃气管位于对应的通孔的两侧分别螺旋设置有用于将所述燃气管锁紧在所述壳体的锁紧螺母。
在一个具体的可实施方案中，所述壳体包括筒体以及盖体，其中，所述筒体与所述盖体可拆卸的固定连接，所述通孔设置在所述盖体上。
在一个具体的可实施方案中，所述燃气管包括：给所述径向旋流器底部供燃气的第一燃气管，以及给所述径向旋流器侧部供燃气的第二燃气管。
在一个具体的可实施方案中，所述第二燃气管通过燃气腔与所述径向旋流器的侧部连通。
在一个具体的可实施方案中，所述出口通道的长度大于所述接口通道的长度。
在一个具体的可实施方案中，所述出口通道的长度与所述接口通道的长度的差值介于1～3mm。
此外，还提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括上述的任一项所述的燃气轮机燃烧室。通过调节出口通道插入到接口通道的深度来调节预混通道的长度，从而调节燃气和空气混合气体进入火焰筒的时间，从而改变了混合气燃烧放热的时间，并且改变了燃烧放热与火焰筒内压力脉动的相对频率，使得燃烧稳定下来。
附图说明
图1为本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室的结构示意图；
图2为火焰筒与预混装置之间的相对位置关系图；
图3为火焰筒与预混装置之间的相对位置关系图。
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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了方便理解本申请实施例提供的燃气轮机燃烧室，首先说明一下其应用场景，该燃气轮机燃烧室应用于燃气轮机中，而现有技术中的燃气轮机在使用时，在火焰筒中的燃烧放热与火焰筒内压力脉动的相对频率在-90度到90度时，燃烧放热的能量会促进压力脉动，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。因此在本申请实施例提供了一种燃气轮机燃烧室，下面结合附图来详细说明一下该燃气轮机燃烧室的结构及其原理。
首先参考图1，图1示出了本申请实施例提供的燃气轮机燃烧室的结构示意图。本申请实施例提供的燃气轮机燃烧室包括两部分：火焰筒20以及预混装置30，其中，预混装置30用于将燃气送入到火焰筒20中燃烧。此外，还包括一个壳体10，该壳体10作为一个承载装置，上述的火焰筒20及预混装置30均至少部分设置在壳体10中。当然在本申请实施例中的壳体10仅为一个承载装置，还可以采用其他的方式来承载上述的火焰筒20以及预混装置30。为了方便描述，下面以壳体10作为承载装置为例进行说明。
继续参考图1，在具体设置预混装置30时包含两部分，分别为径向旋流器31以及与径向旋流器31连接并用于向径向旋流器31供燃气的燃气管。其中，径向旋流器31用于将燃气与空气混合，且混合后的气体可供给到火焰筒20中。继续参考图1，在图1中示出了径向旋流器31的剖视图，由图1可以看出，该径向旋流器31具有一个用于混合气体的腔体，并且腔体的相对的两侧中一侧用于供气，另一侧用于出气。其中在进气侧中，通过设置的燃气管向径向旋流器31中的腔体供燃气。在图1中示例出了两个燃气管，为了方便描述将其分别命名为第一燃气管33以及第二燃气管32。其中，第一燃气管33与径向旋流器31的底部连接，并可以给径向旋流器31底部供燃气；继续参考图1，第一燃烧管与径向旋流器31底部的中心位置的连接，并且第一燃气管33插入到径向旋流器31的一端具有朝向径向旋流器31的腔体内喷射燃气的喷口，此时第一燃气管33为燃烧室的值班级燃气管。此外，对于第二燃气管32，该第二燃气管32用于给径向旋流器31侧部供燃气。在具体连接时，如图1及图2中所示，径向旋流器31的底部的边沿设置有燃气腔34，该燃气腔34为环形且沿径向旋流器31的边沿设置，此外，该燃气腔34延伸到径向旋流器31的侧壁上，并且该燃气腔连通有多个喷气管35，设置的喷气管35插入到径向旋流器31的腔室中，而设置的第二燃气管32如图2中所示与燃气腔34连通。在使用时，燃气通过第二燃气管32进入到燃气腔并通过喷气管从径向旋流器31的侧部喷入到腔室中，此时的第二燃气管32作为燃烧室的主级燃气喷管。
在将预混装置30设置在壳体10内时，如图1中所示，预混装置30至少部分位于壳体10内，且预混装置30与壳体10滑动连接并可锁定在设定位置。具体到预混装置30的具体结构中时，预混装置30的径向旋流器31位于壳体10内，而燃气管与壳体10滑动连接并可锁定在设定位置。如图1中所示，壳体10上设置有与每个燃气管配合的通孔，每个燃气管一一对应滑动装配在对应的通孔内，并且每个燃气管部分位于壳体10外，部分位于壳体10内；其中，每个燃气管位于壳体10外的部分用于与其他设备连通，位于壳体10内的部分直接与径向旋流器31连通。此外，在实现将燃气管锁紧时，如图1中所示，每个燃气管位于对应的通孔的两侧分别螺旋设置有用于将燃气管锁紧在壳体10的锁紧螺母50。在使用时，当需要调整燃气管的位置时，旋松锁紧螺母50后可以调整燃气管的位置，在调整好后将锁紧螺母50锁紧，从而可以调整燃气管插入到壳体10内的部分的长度，由于径向旋流器31与燃气管固定连接，因此在调整燃气管时也可以调整径向旋流器31的位置。此外，在采用其他的结构来承载预混装置30时，上述径向旋流器31的设置方式也可以适用，当然或者采用现有的其他方式实现可调也可以应用，在此对具体的滑动方式不做限定。
此外，由上述描述可以看出，在调整燃气管时，需要松开位于通孔两侧的锁紧螺母50，为了方便松动或者旋紧该锁紧螺母50，在设置壳体10时采用分体结构，此时壳体10包括筒体以及盖体11，其中，筒体与盖体11可拆卸的固定连接，在具体实现时，可以通过卡扣或者螺栓等连接件实现可拆卸的固定连接。而上述的通孔设置在盖体11上。在需要调节时，可以将盖体11取下，之后调整燃气管插入到壳体10内的尺寸。应当理解的是，在具体实现锁定时，除了上述的锁紧螺母50外，还可以采用其他的已知的锁紧结构来实现对燃气管的锁紧。
在上述预混装置30的结构中，通过设置的第一燃气管33与第二燃气管32可以向径向旋流器31的腔室中喷射燃气，当然应当理解的是上述第一燃气管33及第二燃气管32仅仅为一个示例，在本申请实施例提供的燃气管还可以采用其他的方式设置。此外，在径向旋流器31中，除了上述燃气外，通过壳体10的进气口12进入的空气也会进入到径向旋流器31中并与燃气混合，混合后的气体通过径向旋流器31的出气侧流出。如图1中所示，径向旋流器31的出气侧连通了一个预混通道40，通过该预混通道40可以将混合后的气体送入到火焰筒20中。
继续参考图1，在设置火焰筒20时，该火焰筒20一端为进气口(与径向旋流器31的出气侧相对)，另一端为出气口22。在图1中所示的火焰筒20为一个圆柱的筒状结构，此外，火焰筒20的侧壁上还设置了一圈沿火焰筒20的筒壁设置的掺混孔21，且设置的掺混孔21靠近火焰筒20的出气的一侧。在使用时，混合气体在火焰筒20内进行燃烧，且燃烧生成的高温烟气与从掺混孔21进入的空气混合，最后从燃烧室的出气口22流出。
在具体设置该火焰筒20时，如图1中所示，该火焰筒20固定在了壳体10内，且火焰筒20的筒壁与壳体10固定连接，其出气口22伸出到壳体10外。
继续参考图1，在预混装置30与火焰筒20连接时，通过上述的预混通道40来连通，预混装置30中的混合气体通过预混通道40流入到火焰筒20中。在具体设置本申请实施例提供的预混通道40时，该预混通道40采用可调的方式设置，其具体包含了两部分：与火焰筒20连接的接口通道42，以及与预混装置30连接的出口通道41；继续参考图1中所示，其中接口通道42连接在火焰筒20的进气侧，而出口通道41连接在径向旋流器31的出气侧。在连接时，接口通道42与出口通道41嵌套在一起，从而使得火焰筒20与预混装置30连通。在具体嵌套时，可以接口通道42位于外侧而出口通道41嵌套在接口通道42内，也可以采用出口通道41位于外侧而接口通道42嵌套在出口通道41内。在图1中所示的嵌套方式中采用的出口通道41位于接口通道42内的方式实现嵌套的。在实现可调节时采用接口通道42与出口通道41可相对滑动的方式，即通过调节出口通道41插入到接口通道42的深度来调节预混通道40的长度，参考预混装置30的设置方式，该预混装置30与壳体10之间可相对滑动，而火焰筒20相对壳体10固定，因此在预混装置30滑动时可以带动出口通道41相对接口通道42滑动以实现调节预混通道40的长度。
继续参考图1，在具体设置接口通道42以及出口通道41时，出口通道41的长度大于接口通道42的长度。如图1中所示，其中接口通道42的长度为b，出口通道41的长度为a，此时，a＞b。在具体设置时两者的差值介于1～3mm，即1mm＜a-b＜3mm；具体的可以为1.5mm、2mm、2.5mm等不同的差值。
一并参考图2及图3中所示，在实际实验或运行时，若没有发生燃烧振荡，可以采用如图2中所示的方式，此时预混通道40的长度近似等于出口通道41的长度b；若发生燃烧振荡，可以通过调节出口通道4110插入接口通道429的深度来调节预混通道40的长度，如图3中所示，此时预混通道40的长度为a+b-c，其中c为出口通道41与接口通道42之间重叠的长度。此时，预混通道40的长度增大，燃气和空气混合气体通过预混通道40进入火焰筒20的时间增长，从而延缓了混合气体进入到火焰筒20的时间，即改变了混合气燃烧放热的时间，进而改变了燃烧放热与火焰筒20内压力脉动的相对频率，通过调整预混通道40的长度，使得燃烧放热与火焰筒20内压力脉动的频率在90度到270度时，两者不再偶和，也就是燃烧放热的能量不会促进压力脉动，使得燃烧稳定下来。从而改善了燃烧室的燃烧稳定性。从而调节燃气和空气混合气体进入火焰筒20的时间，从而改变了混合气燃烧放热的时间，并且改变了燃烧放热与火焰筒20内压力脉动的相对频率，使得燃烧稳定下来。
本申请实施例还提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括上述的任一项的燃气轮机燃烧室。通过调节出口通道41插入到接口通道42的深度来调节预混通道40的长度，从而调节燃气和空气混合气体进入火焰筒20的时间，从而改变了混合气燃烧放热的时间，并且改变了燃烧放热与火焰筒20内压力脉动的相对频率，使得燃烧稳定下来。
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)
1.一种燃气轮机燃烧室，其特征在于，包括：火焰筒以及预混装置；还包括用于连通所述火焰筒及所述预混装置的可调的预混通道；其中，
所述可调的预混通道包括：与所述火焰筒连接的接口通道，以及与所述预混装置连接的出口通道；其中，所述接口通道与所述出口通道至少部分嵌套并可相对滑动。
2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，还包括壳体，所述火焰筒位于所述壳体内，且所述火焰筒与所述壳体固定连接；所述预混装置至少部分位于所述壳体内，且所述预混装置与所述壳体滑动连接并可锁定在设定位置。
3.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述预混装置包括：与所述出口通道连接的径向旋流器，以及与所述径向旋流器连接并用于向所述径向旋流器供燃气的燃气管；其中，
所述径向旋流器位于所述壳体内；所述燃气管与所述壳体滑动连接并可锁定在设定位置。
4.如权利要求3所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述壳体上设置有与每个燃气管配合的通孔，每个燃气管一一对应滑动装配在对应的通孔内；
每个燃气管位于对应的通孔的两侧分别螺旋设置有用于将所述燃气管锁紧在所述壳体的锁紧螺母。
5.如权利要求4所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述壳体包括筒体以及盖体，其中，所述筒体与所述盖体可拆卸的固定连接，所述通孔设置在所述盖体上。
6.如权利要求3所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述燃气管包括：给所述径向旋流器底部供燃气的第一燃气管，以及给所述径向旋流器侧部供燃气的第二燃气管。
7.如权利要求4所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述第二燃气管通过燃气腔与所述径向旋流器的侧部连通。
8.如权利要求1～7任一项所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述出口通道的长度大于所述接口通道的长度。
9.如权利要求8所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述出口通道的长度与所述接口通道的长度的差值介于1～3mm。
10.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的燃气轮机燃烧室。
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| CN109099461A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-28 | 新奥能源动力科技（上海）有限公司 | 燃烧室的头部装置、燃烧室及燃气轮机 |
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