CN113137631A - 一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室 - Google Patents

一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室 Download PDF

Info

Publication number
CN113137631A
CN113137631A CN202110456601.3A CN202110456601A CN113137631A CN 113137631 A CN113137631 A CN 113137631A CN 202110456601 A CN202110456601 A CN 202110456601A CN 113137631 A CN113137631 A CN 113137631A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flame tube
axial vortex
fuel
hydrogen
axial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110456601.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113137631B (zh
Inventor
杨旸
余志健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Original Assignee
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Engineering Thermophysics of CAS filed Critical Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority to CN202110456601.3A priority Critical patent/CN113137631B/zh
Publication of CN113137631A publication Critical patent/CN113137631A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113137631B publication Critical patent/CN113137631B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/36—Supply of different fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/58—Cyclone or vortex type combustion chambers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

本公开提供了一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，包括：火焰筒，火焰筒包括外圈和内圈；外机匣，与火焰筒的外圈围成空气流通外通道；内机匣，固连于外机匣内部，内机匣与火焰筒的内圈围成空气流通内通道；至少两个轴向涡发生器，轴向涡发生器为一四面体空腔，轴向涡发生器分别固连于火焰筒的外圈和内圈上，适用于提供轴向涡使燃料掺混燃烧。本公开中的基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，提出了轴向涡与微小切向射流相结合的设计方案，采用四面体结构产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，可有效的燃烧纯氢，克服了回火、自点火及燃烧不稳定问题。

Description

一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室
技术领域
本公开涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室。
背景技术
随着国际和国内对能源低碳、清洁的要求逐渐提高，碳排放压力日益加剧，氢气作为未来低碳、清洁能源的代表，研究氢能热转化利用具有战略意义。氢气为低碳清洁能源，采用燃气轮机燃烧氢气是一种典型的氢能利用方式，相对于天然气燃料，氢气火焰传播速度极快且火焰面更容易发生皱曲，容易发生热声振荡和回火，进而导致现有基于贫预混加旋流的低污染燃机燃烧室难以燃用纯氢气或高浓度氢。
现有技术中的富氢燃料燃烧室主要采用贫预混低污染燃烧室局部改造以适应适量浓度的掺氢燃烧或者采用稀释扩散燃烧技术。纯氢燃烧室方面有干低微混合燃烧室，有贫油直喷燃烧室和基于混合燃料和空气的小尺寸横流冲击射流的燃烧室。其中微混合燃烧室基本原理类似液体火箭，将空气与氢气分别储藏于各自腔室中，在燃烧室中开有很多的空气“窗户”，而天然气切向射于空气中，利用剪切层进行掺混并稳定火焰，火焰稳定在下游两个回流区之间。
现有低污染燃气轮机主要采用干式低污染燃烧室，该种燃烧室采用贫预混和旋流燃烧。基于该种燃烧技术改造而来的低污染燃烧室只能掺烧部分氢气，难以燃用高浓度氢和纯氢。同时改造后的干低燃烧室，结构更加复杂，设计与试验成本高，大量修改燃烧室将会引起整机布局改变，研发成本增大。此外，现有纯氢燃烧室采用贫油直喷技术，其燃烧温度高，污染物排放高；横向射流微混合燃烧室结构复杂，加工造价成本高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提出了一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，以至少解决上述现有技术中存在的问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本公开提供了一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，包括：火焰筒，所述火焰筒包括外圈和内圈；外机匣，与所述火焰筒的所述外圈围成空气流通外通道；内机匣，固连于所述外机匣内部，所述内机匣与所述火焰筒的内圈围成空气流通内通道；至少两个轴向涡发生器，所述轴向涡发生器为一四面体空腔，所述轴向涡发生器分别固连于所述火焰筒的所述外圈和所述内圈上，适用于提供轴向涡使燃料掺混燃烧。
在本公开的一些实施例中，所述轴向涡发生器包括：两个侧面；斜坡面，位于所述两个侧面之间，与所述两个侧面相连；尾缘，与所述斜坡面、所述两个侧面相连，所述尾缘为一矩形平面。
在本公开的一些实施例中，所述尾缘包括：至少一个燃料孔，所述燃料孔的轴线与所述尾缘所在平面的夹角为0°～45°，所述燃料孔轴线的倾斜方向与所述斜坡面的倾斜方向一致，所述燃料孔与所述火焰筒的空气出口端相对，所述燃料孔适用于将所述氢燃烧室内的燃料形成射流，并将所述射流输出至所述火焰筒内。
在本公开的一些实施例中，所述轴向涡发生器与所述火焰筒被构造成一体化成型，所述轴向涡发生器与所述火焰筒的所述外圈围成一腔体，所述腔体被构造成氢燃料仓，所述燃料仓连有燃料管，所述燃料管穿过外机匣至所述氢燃烧室外。
在本公开的一些实施例中，所述轴向涡发生器在火焰筒的外圈和内圈上的布置方式均为周向对列布置。
在本公开的一些实施例中，所述周向对列布置包括：正对列布置，所述正对列布置为所述火焰筒外圈上的轴向涡发生器与所述火焰筒内圈上的轴向涡发生器相对布置。
在本公开的一些实施例中，所述周向对列布置还包括：错对列布置，所述错对列布置为所述火焰筒外圈上的轴向涡发生器与所述火焰筒内圈上的轴向涡发生器相交错布置。
在本公开的一些实施例中，所述轴向涡发生器的周向对列布置间距与所述轴向涡发生器中斜坡面的第一边的宽度之比为0.3～1.5，所述第一边为与所述尾缘相对的边。
在本公开的一些实施例中，所述火焰筒为筒状结构；所述火焰筒的所述外圈包括：一次扩展段，为喇叭形，所述一次扩展段的喇叭形窄口端配置为所述火焰筒的气体进口端；二次扩展段，为喇叭形，所述二次扩展段设于所述一次扩展段与所述收缩段之间，且所述二次扩展段的喇叭形窄口端指向所述火焰筒的气体进口端；第一连接段，为筒形，所述第一连接段设于所述一次扩展段与所述二次扩展段之间，且与所述一次扩展段与所述二次扩展段连接；收缩段，为喇叭形，所述收缩段的喇叭形窄口端配置为所述火焰筒的气体出口端；第二连接段，为筒形，所述第二连接段设于所述二次扩展段与所述收缩段之间，且与所述二次扩展段与所述收缩段连接。
在本公开的一些实施例中，所述火焰筒外圈还包括：助燃孔，设于所述二次扩展段上，所述助燃孔为至少两排；冷却孔，设于所述第二连接段上，所述冷却孔轴线与火焰筒轴线夹角为0～90°，所述冷却孔的入口端与所述火焰筒的气体出口端的距离大于所述冷却孔的出口端与所述火焰筒的气体出口端的距离，所述冷却孔适用于引入外机匣的冷却气体至火焰筒内，以冷却高温燃气；其中，所述冷却孔的入口端位于所述外机匣内，所述冷却孔的出口端位于所述火焰筒内。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开的基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)本公开中的基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，提出了轴向涡与微小切向射流相结合的设计方案，采用四面体结构产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，可有效的燃烧纯氢，克服了回火、自点火及燃烧不稳定问题。
(2)本公开中的基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，结构简单，且该结构与燃料仓和燃料孔集成在一起，简化了燃烧室结构。四面体涡发生器的对列布置方式，增强了整体掺混效果，提高了燃烧室单位体积燃烧功率。
(3)本公开中的基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，应用选择性激光熔融打印技术，使四面体涡发生器和火焰筒一体化成型，相对于机械加工，简化了加工工艺，加工速度快且复杂几何造型便宜，提高了燃烧室耐温能力。
附图说明
图1是本公开实施例中氢燃烧室的立体图；
图2是本公开实施例中氢燃烧室的主视图；
图3是图2中沿A-A方向的剖视图；
图4是图3中助燃孔的局部放大图；
图5是图3中冷却孔的局部放大图；
图6是轴向涡发生器的立体图；
图7是轴向涡发生器形成空气轴向涡的示意图；
图8是图7的俯视图；
图9是图7中沿A-A方向的剖视图；
图10是空气轴向涡和氢燃料的掺混示意图；
图11是正对列布置时的氢燃烧室左视图；
图12是正对列布置时的图2中沿B-B方向的剖视图；
图13是正对列布置时的图2中沿C-C方向的剖视图；
图14是错对列布置时的氢燃烧室左视图；
图15是错对列布置时的图2中沿B-B方向的剖视图；
图16是错对列布置时的图2中沿C-C方向的剖视图；
图17是正对列布置时的掺混示意图；
图18是错对列布置时的掺混示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
10-外机匣空气进口；
20-外机匣；
30-内机匣；
40-燃料管；
50-火焰筒；
51-空气进口端；
52-一次扩展段；
53-二次扩展段；
54-收缩段；
60-轴向涡发生器；
61-斜坡面；
62-尾缘；
63-燃料孔；
64-侧面；
65-第一边；
70-助燃孔；
80-冷却孔。
具体实施方式
本公开提供了一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，包括火焰筒、外机匣、内机匣和至少两个轴向涡发生器。火焰筒火焰筒包括外圈和内圈；外机匣与火焰筒的外圈形成空气流通外通道；内机匣固连于外机匣内部，内机匣与火焰筒的内圈形成空气流通内通道。轴向涡发生器为一四面体空腔，轴向涡发生器分别固连于火焰筒的外圈和内圈上，适用于产生轴向涡使氢燃料能有效掺混燃烧且避免吹熄、回火等问题。本公开中的基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，提出了轴向涡与微小切向射流相结合的设计方案，采用四面体结构产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，可有效的燃烧纯氢，克服了回火、自点火及燃烧不稳定问题。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。但是，本公开能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本公开的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
本公开提供了一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，如图1至图3所示，包括：火焰筒50、外机匣20、内机匣30和至少两个轴向涡发生器60。外机匣20适用于与火焰筒50的外圈围成空气流动外通道，包括外机匣空气进口10；内机匣30固连于外机匣20内部，适用于与火焰筒50的内圈围成空气流动内通道；火焰筒50固连于外机匣20和内机匣30之间，火焰筒50包括外圈和内圈；轴向涡发生器60为一四面体空腔(如图6所示)，轴向涡发生器60分别固连于火焰筒50的外圈和内圈上，适用于产生轴向涡使氢燃料有效掺混燃烧。如图3所示，轴向涡发生器60与火焰筒50壁面围成的腔体可作为氢气燃料储仓，并可连接燃料管40，燃料管40穿过外机匣20至氢燃烧室外。
如图3所示，火焰筒50的外圈包括：一次扩展段52、二次扩展段53、第一连接段、收缩段54和第二连接段，其中，一次扩展段52、二次扩展段53和收缩段54均为喇叭形，第一连接段和第二连接段均为筒形。
一次扩展段52的喇叭形窄口端配置为火焰筒50的气体进口端；二次扩展段53设于一次扩展段52与收缩段54之间，且二次扩展段53的喇叭形窄口端指向火焰筒50的气体进口端；第一连接段设于一次扩展段52与二次扩展段53之间，且与一次扩展段52与二次扩展段53连接；收缩段54的喇叭形窄口端配置为火焰筒50的气体出口端；第二连接段设于二次扩展段53与收缩段54之间，且与二次扩展段53与收缩段54连接。
如图3至图5所示，火焰筒50的外圈还包括助燃孔70和冷却孔80，助燃孔70设于二次扩展段53上，该助燃孔70为至少两排；冷却孔80，设于第二连接段上，冷却孔80的轴线与火焰筒50的轴线夹角为0～90°，冷却孔80的入口端与火焰筒50的气体出口端的距离大于冷却孔80的出口端与火焰筒50的气体出口端的距离。冷却孔80适用于引入外机匣20的冷却气体至火焰筒50内，以冷却高温燃气。其中，冷却孔80的入口端位于外机匣20内，冷却孔80的出口端位于火焰筒50内。
上述收缩段54提升了火焰筒50内的燃气流速，进而将加速的燃气由该氢燃烧室排向高压涡轮；同时冷却孔80降低了燃气的温度，降低了污染物的排放。如图6至图9所示，轴向涡发生器60为一四面体空腔。具体地，如图7所示，该轴向涡发生器60包括：两个侧面64、斜坡面61和尾缘62。斜坡面61位于两个侧面64之间，且与两个侧面64相连。尾缘62，与所述斜坡面61、所述两个侧面64相连，所述尾缘62为一矩形平面，该尾缘62减弱了燃料卷吸进空气轴向涡的阻力，并增加了尾缘62处的横向涡。
上述尾缘62包括至少一个燃料孔63，如图9所示，燃料孔63的轴线与尾缘62所在平面的夹角为0°～45°，燃料孔63的轴线倾斜方向与斜坡面61的倾斜方向一致，燃料孔63与火焰筒50的空气出口端相对，燃料孔63适用于将所述氢燃烧室内的燃料形成射流，并将射流输出至所述火焰筒50内。
如图7中夹流空气的流动方向所示，夹流空气由火焰筒50的空气进口端51(如图3所示)内通入的空气形成。该夹流空气流经斜坡面61，在两个侧面64上分别形成空气轴向涡，该空气轴向涡向尾缘62发展；与此同时，燃料管40通入的氢燃料至轴向涡发生器60内，该氢燃料经轴向涡发生器60的燃料孔63形成射流，并由该燃料孔63输出至火焰筒50内。如图10所示，上述空气轴向涡卷起该射流氢燃料，二者实现掺混燃烧并在火焰筒50内形成火焰。
上述轴向涡发生器60使空气轴向涡与射流氢燃料进行局部掺混，实现扩散燃烧。该扩散燃烧方式，在减少大尺度涡出现的同时(因为大尺度涡将引起自点火和回火)，使用小尺度涡进行局部掺混，避免产生高火焰温度从而降低了NOx的排放量，有效地降低了污染物的排放。该轴向涡发生器60适用于提供轴向涡使氢燃料掺混燃烧，同时减少回流区和低速区产生，减少自点火和回火发生。
为了提高本公开的氢燃烧室的耐温能力，可采用选择性激光熔融打印技术将上述轴向涡发生器60与火焰筒50一体化成型，该方法相对于机械加工，简化了加工工艺，加工速度快且可在满足经济性的前提下实现复杂几何造型。
如图11至图16所示，轴向涡发生器60在火焰筒50的外圈和内圈上的布置方式可采用周向对列布置的形式。上述周向对列布置包括：正对列布置(如图11至图13所示)和错对列布置(如图14至图16所示)。
如图12和图13所示，正对列布置为火焰筒50的外圈上的轴向涡发生器60与火焰筒50的内圈上的轴向涡发生器60相对布置。图17示出了轴向涡发生器60正对列布置时，空气轴向涡与射流氢燃料的掺混原理。
如图15和图16所示，错对列布置为火焰筒50的外圈上的轴向涡发生器60与火焰筒50的内圈上的轴向涡发生器60相交错布置。图18示出了轴向涡发生器60正对列布置时，空气轴向涡与射流氢燃料的掺混原理。
上述周向对列布置的形式，增强了掺混效果，提高了单位体积燃烧功率，进一步降低了能源消耗。
以下公开了基于上述方案的具体设计实施例：
如图11至图16所示，火焰筒50的外圈和内圈上分别布置了18个轴向涡发生器60，轴向涡发生器60的周向对列布置间距与轴向涡发生器60中斜坡面61的第一边65的宽度之比为0.3～1.5，第一边65为与尾缘62相对的边(如图7所示)。
以燃料管40内氢燃料的喷射速度为70m/s为例，对本公开的氢燃烧室进行如下具体设计。
当量比为1的情况下(即燃料为100％氢气)，燃料孔63直径取2.5mm，其数目为2个。此时，所需空气量为2.1×10-3kg/s，取空气流速为40m/s，可得单个四面体轴向涡发生器60进气截面积为3.25×10-5m2。
以最大轴向涡强度和最小压降为设计准则，确定轴向涡发生器60的尺寸。经过计算流体力学分析，轴向涡发生器60的空间尺寸为长50mm，宽60mm，高28mm时，其产生的轴向涡与燃气掺混充分。其中，尾缘62的宽度取15mm，尾缘62上开设两个燃料孔63。火焰筒50的外圈上的各个轴向涡发生器60间的中心间距为70mm，火焰筒50的内圈上的各个轴向涡发生器60间的中心间距为60mm，各个轴向涡发生器60中尾缘62平面的中间空隙为20mm。火焰筒50的二次扩展段53上开有两排助燃孔70和两排斜切的冷却孔80，以使火焰筒50内的燃气充分燃烧，降低污染物的排放。
本公开中的基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，提出了轴向涡与微小切向射流相结合的设计方案，采用四面体结构产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，可有效的燃烧纯氢，克服了回火、自点火及燃烧不稳定问题；上述氢燃烧室结构简单，其中，轴向涡发生器60的对列布置方式，增强了整体掺混效果，提高了燃烧室单位体积燃烧功率。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，包括：
火焰筒，所述火焰筒包括外圈和内圈；
外机匣，与所述火焰筒的所述外圈围成空气流通外通道；
内机匣，固连于所述外机匣内部，所述内机匣与所述火焰筒的内圈围成空气流通内通道；
至少两个轴向涡发生器，所述轴向涡发生器为一四面体空腔，所述轴向涡发生器分别固连于所述火焰筒的所述外圈和所述内圈上，适用于提供轴向涡使燃料掺混燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述轴向涡发生器包括：
两个侧面；
斜坡面，位于所述两个侧面之间，与所述两个侧面相连；
尾缘，与所述斜坡面、所述两个侧面相连，所述尾缘为一矩形平面。
3.根据权利要求2所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述尾缘包括：
至少一个燃料孔，所述燃料孔的轴线与所述尾缘所在平面的夹角为0°～45°，所述燃料孔轴线的倾斜方向与所述斜坡面的倾斜方向一致，所述燃料孔与所述火焰筒的空气出口端相对，所述燃料孔适用于将所述氢燃烧室内的燃料形成射流，并将所述射流输出至所述火焰筒内。
4.根据权利要求1所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述轴向涡发生器与所述火焰筒被构造成一体化成型，所述轴向涡发生器与所述火焰筒的所述外圈围成一腔体，所述腔体被构造成氢燃料仓，所述燃料仓连有燃料管，所述燃料管穿过外机匣至所述氢燃烧室外。
5.根据权利要求2所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述轴向涡发生器在火焰筒的外圈和内圈上的布置方式均为周向对列布置。
6.根据权利要求5所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述周向对列布置包括：
正对列布置，所述正对列布置为所述火焰筒外圈上的轴向涡发生器与所述火焰筒内圈上的轴向涡发生器相对布置。
7.根据权利要求5所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述周向对列布置还包括：
错对列布置，所述错对列布置为所述火焰筒外圈上的轴向涡发生器与所述火焰筒内圈上的轴向涡发生器相交错布置。
8.根据权利要求5所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述轴向涡发生器的周向对列布置间距与所述轴向涡发生器中斜坡面的第一边的宽度之比为0.3～1.5，所述第一边为与所述尾缘相对的边。
9.根据权利要求1所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述火焰筒为筒状结构；所述火焰筒的所述外圈包括：
一次扩展段，为喇叭形，所述一次扩展段的喇叭形窄口端配置为所述火焰筒的气体进口端；
二次扩展段，为喇叭形，所述二次扩展段设于所述一次扩展段与所述收缩段之间，且所述二次扩展段的喇叭形窄口端指向所述火焰筒的气体进口端；
第一连接段，为筒形，所述第一连接段设于所述一次扩展段与所述二次扩展段之间，且与所述一次扩展段与所述二次扩展段连接；
收缩段，为喇叭形，所述收缩段的喇叭形窄口端配置为所述火焰筒的气体出口端；
第二连接段，为筒形，所述第二连接段设于所述二次扩展段与所述收缩段之间，且与所述二次扩展段与所述收缩段连接。
10.根据权利要求9所述的一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，其中，所述火焰筒外圈还包括：
助燃孔，设于所述二次扩展段上，所述助燃孔为至少两排；
冷却孔，设于所述第二连接段上，所述冷却孔轴线与火焰筒轴线夹角为0～90°，所述冷却孔的入口端与所述火焰筒的气体出口端的距离大于所述冷却孔的出口端与所述火焰筒的气体出口端的距离，所述冷却孔适用于引入外机匣的冷却气体至火焰筒内，以冷却高温燃气；
其中，所述冷却孔的入口端位于所述外机匣内，所述冷却孔的出口端位于所述火焰筒内。
CN202110456601.3A 2021-04-26 2021-04-26 一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室 Active CN113137631B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110456601.3A CN113137631B (zh) 2021-04-26 2021-04-26 一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110456601.3A CN113137631B (zh) 2021-04-26 2021-04-26 一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113137631A true CN113137631A (zh) 2021-07-20
CN113137631B CN113137631B (zh) 2022-05-31

Family

ID=76812334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110456601.3A Active CN113137631B (zh) 2021-04-26 2021-04-26 一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113137631B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183772A (zh) * 2021-11-30 2022-03-15 哈尔滨工程大学 一种氢气预混的高效低排放燃烧室头部
CN115355537A (zh) * 2022-08-09 2022-11-18 中国航发沈阳发动机研究所 一种氢燃料回流型燃烧室
CN116293818A (zh) * 2023-03-21 2023-06-23 北京航空航天大学 燃烧室的火焰筒、燃烧室及燃气轮机

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59153028A (ja) * 1983-02-18 1984-08-31 Hitachi Ltd ガスタ−ビンの燃焼器
CN101307916A (zh) * 2008-06-24 2008-11-19 北京航空航天大学 一种燃用乙醇燃料的燃气轮机燃烧室
US20140182294A1 (en) * 2011-09-05 2014-07-03 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Gas turbine combustor
US20160245525A1 (en) * 2013-10-24 2016-08-25 United Technologies Corporation Circumferentially and axially staged annular combustor for gas turbine engine
CN107559882A (zh) * 2017-07-24 2018-01-09 西北工业大学 一种轴向分级低污染燃烧室
CN110686275A (zh) * 2019-09-23 2020-01-14 中国科学院工程热物理研究所 一种强化掺混与火焰传播的燃烧室火焰稳定结构
CN111442266A (zh) * 2020-05-08 2020-07-24 中国科学院工程热物理研究所 一体化设计的富氢燃烧室头部

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59153028A (ja) * 1983-02-18 1984-08-31 Hitachi Ltd ガスタ−ビンの燃焼器
CN101307916A (zh) * 2008-06-24 2008-11-19 北京航空航天大学 一种燃用乙醇燃料的燃气轮机燃烧室
US20140182294A1 (en) * 2011-09-05 2014-07-03 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Gas turbine combustor
US20160245525A1 (en) * 2013-10-24 2016-08-25 United Technologies Corporation Circumferentially and axially staged annular combustor for gas turbine engine
CN107559882A (zh) * 2017-07-24 2018-01-09 西北工业大学 一种轴向分级低污染燃烧室
CN110686275A (zh) * 2019-09-23 2020-01-14 中国科学院工程热物理研究所 一种强化掺混与火焰传播的燃烧室火焰稳定结构
CN111442266A (zh) * 2020-05-08 2020-07-24 中国科学院工程热物理研究所 一体化设计的富氢燃烧室头部

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183772A (zh) * 2021-11-30 2022-03-15 哈尔滨工程大学 一种氢气预混的高效低排放燃烧室头部
CN115355537A (zh) * 2022-08-09 2022-11-18 中国航发沈阳发动机研究所 一种氢燃料回流型燃烧室
CN115355537B (zh) * 2022-08-09 2023-09-22 中国航发沈阳发动机研究所 一种氢燃料回流型燃烧室
CN116293818A (zh) * 2023-03-21 2023-06-23 北京航空航天大学 燃烧室的火焰筒、燃烧室及燃气轮机

Also Published As

Publication number Publication date
CN113137631B (zh) 2022-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113137631B (zh) 一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室
EP2500641B1 (en) Recirculating product injection nozzle
JP5638613B2 (ja) 燃焼装置用の入口予混合器
JP4906689B2 (ja) バーナ，燃焼装置及び燃焼装置の改造方法
CA2902809C (en) Lean azimuthal flame combustor
EP2163819B1 (en) Gas turbine combustor
US6360776B1 (en) Apparatus for premixing in a gas turbine engine
JP2008122067A (ja) 予混合装置内の混合を促進するための方法及び装置
JPH07280223A (ja) 予混合式バーナー
CN111765491B (zh) 应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室
JP2005351616A (ja) ガスタービンエンジンにおいて空気及びガスを混合するためのバーナチューブ及び方法
GB2293001A (en) Dual fuel mixer for gas turbine combustor
JP2009047415A (ja) タービンエンジン燃料送給装置及びシステム
CN109654537B (zh) 一种中心燃料喷嘴
CN115451432B (zh) 一种燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴组件及系统
JP2006017381A (ja) 同軸噴流方式燃焼器
Xing et al. Research on combustion performance of a micro-mixing combustor for methane-fueled gas turbine
CN106524225A (zh) 适用于先进低污染涡轮发动机的三涡系组织燃烧的火焰筒
CN106247408B (zh) 一种拓宽回火裕度的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器
US20050126755A1 (en) Method and apparatus for improved flame stabilization
KR102586498B1 (ko) 수소연료 역화를 방지할 수 있는 보일러용 부분 예혼합형 버너
JP2011075173A (ja) 燃焼器
CN104048325A (zh) 一种双凹腔无焰燃烧器
CN107525096B (zh) 多管延迟贫喷射器
Bruno et al. The trapped vortex combustor: an advanced combustion technology for aerospace and gas turbine applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant