CN112815357A - 燃烧室的火焰筒结构及燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃烧室的火焰筒结构及燃烧室。该火焰筒结构包括：火焰筒本体，火焰筒本体由内侧壁、外侧壁、第一端壁和第二端壁构成，且在火焰筒本体的第一端壁上设有多个火焰筒头部单元，火焰筒头部单元包括喷嘴孔、多个进气孔和多个斜槽，进气孔设置于喷嘴孔的周向，斜槽设置于喷嘴孔的周向且位于进气孔的外侧以形成回流区。该燃烧室包括：边匣、喷嘴、点火电嘴和上述火焰筒结构。本发明通过布置于喷嘴孔周围的多个进气孔进气，使得空气与燃料充分接触掺混，保证燃烧充分，通过布置于进气孔外侧的斜槽对空气进行导向，在该区域产生回流区，稳定火焰，提高了燃烧效率和火焰筒的使用寿命，降低因燃烧不充分而产生的有害气体排放。

Description

燃烧室的火焰筒结构及燃烧室
技术领域
本发明涉及微型燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃烧室的火焰筒结构及燃烧室。
背景技术
单管燃烧室和环形燃烧室是微型燃气轮机经常采用的燃烧室类型。单管燃烧室发展历史比较悠久，目前已经形成相对成熟的技术。但单管燃烧室体积重量大，各燃烧室之间通过联焰管来传焰和均压，不利于微型燃气轮机的紧凑布局。此外，由于单管燃烧室在微型燃气轮机中的安装位置位于转动主轴外，气流转折次数多，容易造成较大流动损失。环形燃烧室中，机匣和火焰筒都是整体的环形结构，布局紧凑，迎风面积小，空间利用率高，比较便于与压气机出口气流匹配，减小压力损失，提高气动效率，增强燃烧效率，减少所需的冷却空气量，更符合微型燃气轮机未来发展的要求。
在气动布局方面，离心式微型燃气轮机燃烧室主要采用结构紧凑的回流燃烧室和折流燃烧室。在回流燃烧室中，从压气机流出的空气经过两次180°转弯后流到涡轮，火焰筒的面积因此大幅增加，燃烧室所需的冷却空气量也大幅攀升。而对于折流燃烧室，气流由压气机流出后，折成两路流入火焰筒，一般与甩油盘配合使用。向甩油盘中供油的密封问题是折流燃烧室最主要的难题。若甩油盘上的各处油孔油量不均匀，则涡轮工作叶片上会在部分区域出现固定高温点，使得涡轮叶片受热不均，极大影响涡轮叶片的使用寿命。因此，需要综合考虑燃烧室效率与冷却，采用适合离心压气机和向心涡轮的环形燃烧室。而如何进一步提高微型燃气轮机燃烧室的燃烧效率和冷却效果是亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明提供一种燃烧室的火焰筒结构及燃烧室，用以解决现有技术中微型燃气轮机燃烧室的燃烧效率低的缺陷。
本发明提供一种燃烧室的火焰筒结构，包括：火焰筒本体，所述火焰筒本体由内侧壁、外侧壁、第一端壁和第二端壁构成，且在所述第一端壁上设有多个火焰筒头部单元，所述火焰筒头部单元包括喷嘴孔、多个进气孔和多个斜槽，所述进气孔设置于所述喷嘴孔的周向，所述斜槽设置于所述喷嘴孔的周向且位于所述进气孔的外侧以形成回流区。
其中，在所述火焰筒本体的内侧壁、外侧壁和第一端壁的表面设置多排冷却通孔。
其中，位于所述内侧壁和所述外侧壁上的所述冷却通孔包括靠近于所述第一端壁设置的一排直孔以及远离于所述第一端壁设置的多排斜孔。
其中，所述斜孔的倾斜角度取值范围为20°～40°。
其中，所述内侧壁至少由一直面与一斜面连接构成，所述直面临近于所述第一端壁设置，所述斜面远离于所述第一端壁设置。
其中，所述进气孔与所述第一端壁的所述冷却通孔的总面积比例取值范围为1:7～1:8，所述第一端壁的所述冷却通孔与所述外侧壁的所述冷却通孔的总面积比例取值范围为1:2～1:3；所述第一端壁的所述冷却通孔与所述内侧壁的所述冷却通孔的总面积比例取值范围为1:1.5～1:2.5。
其中，在所述内侧壁和所述外侧壁靠近所述第二端壁的一端分别设有第一安装边和第二安装边，所述内侧壁和所述外侧壁分别通过所述第一安装边和所述第二安装边与所述第二端壁固定连接。
其中，所述火焰筒本体由筒状内侧壁、筒状外侧壁、第一端壁和第二端壁构成环形筒状结构。
其中，在所述外侧壁上还设有点火孔。
本发明实施例还提供一种燃烧室，包括：边匣、喷嘴、点火电嘴和根据本发明实施例的燃烧室的火焰筒结构，所述火焰筒本体安装于所述边匣内部，所述点火电嘴安装于所述边匣且所述点火电嘴的末端插入所述火焰筒本体内，所述喷嘴安装于所述喷嘴孔内。
本发明提供的一种燃烧室的火焰筒结构及燃烧室，通过布置于喷嘴孔周围的多个进气孔进气，使得空气与燃料充分接触掺混，保证燃烧充分，通过布置于进气孔外侧的斜槽对空气进行导向，在该区域产生回流区，稳定火焰，提高了燃烧效率和火焰筒的使用寿命，降低因燃烧不充分而产生的有害气体排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种燃烧室的火焰筒结构的主视图；
图2是图1中A-A的剖面图；
图3是本发明提供的火焰筒头部单元的主视图；
图4是图3中B-B的剖视图；
图5是本发明提供的火焰筒本体的第一端面的局部示意图；
图6是本发明提供的一种燃烧室的主视图；
图7是图6中C-C的剖视图。
附图标记：
1：火焰筒本体； 101：内侧壁； 102：外侧壁；
103：第一端壁； 104：第二端壁； 2：火焰筒头部单元；
201：喷嘴孔； 202：进气孔； 203：斜槽；
3：冷却通孔； 301：直孔； 302：斜孔；
4：第一安装边； 5：第二安装边； 6：边匣；
7：喷嘴； 8：点火电嘴； 9：安装座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
下面结合图1-图5描述本发明的一种燃烧室的火焰筒结构，包括：火焰筒本体1，火焰筒本体1由内侧壁101、外侧壁102、第一端壁103和第二端壁104构成，且在火焰筒本体1的第一端壁103上设有多个火焰筒头部单元2，火焰筒头部单元2包括喷嘴孔201、多个进气孔202和多个斜槽203，进气孔202设置于喷嘴孔201的周向，斜槽203设置于喷嘴孔201的周向且位于进气孔202的外侧以形成回流区。
具体地，如图1和图2所示，火焰筒本体1由筒状内侧壁101、筒状外侧壁102、第一端壁103和第二端壁104构成环形筒状结构，即火焰筒本体1的第一端壁103和第二端壁104均为环形，与内侧壁101和外侧壁102的筒状结构构成环形火焰筒结构。其中在第一端壁103上设置多个火焰筒头部单元2，相邻的火焰筒头部单元2为间隔均匀设置，如图1所示，火焰筒头部单元2沿第一端壁103周向设置20个。应当理解的是，根据实际情况和需要，可以在第一端壁103上设置其他数量的火焰筒头部单元2，本发明不局限于此。
进一步地，火焰筒头部单元2上的喷嘴孔201用于插入喷嘴7，空气由设置于喷嘴7周围的进气孔202进入，使得空气与燃料充分接触掺混，保证燃烧充分；斜槽203布置于进气孔202的外围，其对气流具有导向作用，在该区域产生回流区，提高燃烧室内温度均匀性，增大扩散火焰接触面积，提高燃烧强度，抵抗外因扰动对火焰的影响，从而起到稳定火焰的作用，应当理解的是，该斜槽的作用与旋流器类似。
更进一步地，如图3所示，每个火焰筒头部单元2包括1个喷嘴孔201，12个进气孔202和20个斜槽203，其中，进气孔202孔径为4mm，斜槽203槽宽2.7mm，槽深3mm，斜槽203与中心线夹角为47°。
本发明提供的一种燃烧室的火焰筒结构及燃烧室，采用环形火焰筒设计，受热和冷却均匀，提高了燃烧室的燃烧效率和冷却效果；通过布置于喷嘴孔201周围的多个进气孔202进气，使得空气与燃料充分接触掺混，保证燃烧充分，通过布置于进气孔202外侧的斜槽203对空气进行导向，在该区域产生回流区，稳定火焰，提高了燃烧效率和火焰筒的使用寿命，降低因燃烧不充分而产生的有害气体排放。
在其中一个实施例中，在火焰筒本体1的内侧壁101、外侧壁102和第一端壁103的表面设置多排冷却通孔3，通过冷却通孔3进气进行冷却。如图2和图5所示，在本实施例中，在第一端壁103、内侧壁101和外侧壁102分别构建五排冷却通孔3，其孔径为2mm，其中，第一端壁103的冷却通孔3第一排和第五排分别设置60个通孔，第二排至第四排分别设置20个通孔，共计180个；外侧壁102的冷却通孔3每排设置180个通孔，共计900个；内侧壁101的冷却通孔3每排设置120个通孔，共计600个。应当理解的是，如图5所示，位于第一端壁103上的冷却通孔3布置于相邻火焰筒头部单元2之间的间隙处，冷却通孔3的个数、排数以及孔径均可以根据实际需要进行设计，本发明不局限于此。
进一步地，如图2所示，位于内侧壁101和外侧壁102上的冷却通孔3包括靠近于第一端壁103设置的一排直孔301以及远离于第一端壁103设置的多排斜孔302。在本实施例中，位于内侧壁101和外侧壁102的冷却通孔3采用直孔301和斜孔302结合的方式，靠近第一端壁103的为直孔301，其余为斜孔302，设置五排冷却通孔3，其中第一排为直孔301，第二至第四排均为斜孔302。通过本实施例的斜孔302设置，可以增大孔的进气面积，使得更多空气进入进行冷却，该斜孔冷却方式提高了冷却效率。应当理解的是，位于第一端壁103的冷却通孔3均为直孔冷却。
更进一步地，斜孔302的倾斜角度取值范围为20°～40°，即斜孔302与内侧壁101或外侧壁102相应的接触面的垂线的夹角取值范围为20°-40°，也即斜孔302与相应位置的直孔301之间的夹角取值范围为20°-40°。优选地，斜孔302的倾斜角度可选为30°。应当理解的是，根据实际需要，该斜孔302的倾斜角度可调整设置，本发明不局限于此。
在其中一个实施例中，内侧壁101至少由一直面与一斜面连接构成，直面临近于第一端壁103设置，斜面远离于第一端壁103设置。在本例中，内壁由至少一直面和一斜面组合而成，斜面增大了表面积，可以增大冷却通孔3的面积和/或增多冷却通孔3的布置个数，从而增大进气量，提升冷却效果。
在其中一个实施例中，进气孔202与第一端壁103的冷却通孔3的总面积比例取值范围为1:7～1:8，第一端壁103的冷却通孔3与外侧壁102的冷却通孔3的总面积比例取值范围为1:2～1:3；第一端壁103的冷却通孔3与内侧壁101的冷却通孔3的总面积比例取值范围为1:1.5～1:2.5。应当理解的是，根据燃烧效率和冷却效果需要，可以相应调整进气孔202与内侧壁101、外侧壁102和第一端壁103的冷却通孔3的总面积比例。
在其中一个实施例中，在内侧壁101和外侧壁102靠近第二端壁104的一端分别设有第一安装边4和第二安装边5，内侧壁101和外侧壁102分别通过第一安装边4和第二安装边5与第二端壁104固定连接。在本实施例中，采用安装边将内侧壁101与外侧壁102分别固定安装于第二端壁104，形成具有一定机械强度的火焰筒结构。
在其中一个实施例中，在外侧壁102上还设有点火孔，用于安装喷嘴7并进行点火。
如图6和图7所示，本发明实施例还公开了一种燃烧室，包括：边匣6、喷嘴7、点火电嘴8和根据本发明上述实施例的燃烧室的火焰筒结构，火焰筒本体1安装于边匣6内部，点火电嘴8通过安装座9安装于边匣6且点火电嘴8的末端插入火焰筒本体1内，喷嘴7安装于喷嘴孔201内。
具体地，边匣6为燃烧室的外壳支撑，点火电嘴8进行点火启动，采用天然气作为燃料和扩散燃烧的方式，火焰由喷嘴7喷出。
进一步地，喷嘴7采用多孔式喷嘴7，其具有16个喷孔，喷孔直径为0.8mm。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，包括：火焰筒本体，所述火焰筒本体由内侧壁、外侧壁、第一端壁和第二端壁构成，且在所述第一端壁上设有多个火焰筒头部单元，所述火焰筒头部单元包括喷嘴孔、多个进气孔和多个斜槽，所述进气孔设置于所述喷嘴孔的周向，所述斜槽设置于所述喷嘴孔的周向且位于所述进气孔的外侧以形成回流区。
2.根据权利要求1所述的燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，在所述火焰筒本体的内侧壁、外侧壁和第一端壁的表面设置多排冷却通孔。
3.根据权利要求2所述的燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，位于所述内侧壁和所述外侧壁上的所述冷却通孔包括靠近于所述第一端壁设置的一排直孔以及远离于所述第一端壁设置的多排斜孔。
4.根据权利要求3所述的燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述斜孔的倾斜角度取值范围为20°～40°。
5.根据权利要求2所述的燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述内侧壁至少由一直面与一斜面连接构成，所述直面临近于所述第一端壁设置，所述斜面远离于所述第一端壁设置。
6.根据权利要求2所述的燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述进气孔与所述第一端壁的所述冷却通孔的总面积比例取值范围为1:7～1:8，所述第一端壁的所述冷却通孔与所述外侧壁的所述冷却通孔的总面积比例取值范围为1:2～1:3；所述第一端壁的所述冷却通孔与所述内侧壁的所述冷却通孔的总面积比例取值范围为1:1.5～1:2.5。
7.根据权利要求1所述的燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，在所述内侧壁和所述外侧壁靠近所述第二端壁的一端分别设有第一安装边和第二安装边，所述内侧壁和所述外侧壁分别通过所述第一安装边和所述第二安装边与所述第二端壁固定连接。
8.根据权利要求1所述的燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述火焰筒本体由筒状内侧壁、筒状外侧壁、第一端壁和第二端壁构成环形筒状结构。
9.根据权利要求1所述的燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，在所述外侧壁上还设有点火孔。
10.一种燃烧室，其特征在于，包括：边匣、喷嘴、点火电嘴和根据权利要求1-9中任意一项所述的燃烧室的火焰筒结构，所述火焰筒本体安装于所述边匣内部，所述点火电嘴安装于所述边匣且所述点火电嘴的末端插入所述火焰筒本体内，所述喷嘴安装于所述喷嘴孔内。
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