CN205279155U - 一种燃烧室焠熄孔结构 - Google Patents

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葛冰
毛荣海
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Abstract

本实用新型提供了一种燃烧室焠熄孔结构，其中，燃烧室包括外壳和火焰筒，焠熄孔开设在火焰筒壁面上；其中，所述火焰筒设置所述外壳内侧；所述外壳的内壁面和所述火焰筒的外壁面之间形成高压空气流动通道；所述火焰筒的内侧形成燃烧发生区域；所述火焰筒设置有贯穿火焰筒筒壁的多个焠熄掺混孔；所述焠熄掺混孔的纵向尺寸大于横向尺寸。所述焠熄掺混孔的纵向尺寸为横向尺寸4至8倍。本实用新型中焠熄掺混孔的纵向尺寸大于横向尺寸，能够使得在燃烧室内旋流状态下的主流与掺混射流形成更为均匀和快速的掺混，并且不对主回流区的结构和尺寸产生影响，进而不会影响到入口端富油区的燃烧状态。

Description

一种燃烧室焠熄孔结构
技术领域
本实用新型涉及燃气轮机技术，具体地，涉及一种燃烧室焠熄孔结构。
背景技术
燃气轮机在发电，动力提供和国家安全保证等领域发挥着重要作用，因此先进燃气轮机技术是未来能源利用中关键技术之一。随着机组的功率的提高和效率的提升，地面和航空燃气轮机燃烧室内工作压力和温度都大幅上升，燃烧室排气中污染物的含量也日益增多，因此燃气轮机引起的污染问题需要特别关注。燃气轮机尾气中氮氧化物、碳氧化物、碳氢颗粒是危害大、难处理的大气污染物。这些污染物中，氮氧化物(NOx)是最具危害性的，它不仅损害人体的呼吸系统，还会形成光化学烟雾和酸雨，另有研究表明NOx会破坏臭氧层，加剧温度效应。由于NOx的生成机理，它已经为现代燃气轮机排放中最难控制的污染物。世界各国对燃料燃烧污染物的排放尤其是NOx排放制定了一系列的标准。这些排放标准对燃气轮机低污染燃烧技术提出了更高的要求。
富油/焠熄/贫油(RQL)燃烧技术是将燃烧室分为富油区、焠熄区(或快速冷却区)和贫油区三部分，其降低NOx排放的原理是在NOx生成量低的富油区和贫油区进行燃烧反应，对于接近化学恰当比的NOx大量生成的区域，利用大量空气掺混使其焠熄，从而达到降低NOx排放的目的。目前(RQL)燃烧技术的应用仅限于航空发动机，美国通用电气(GE)的TechInsertion系列的发动机燃烧室，英国罗尔斯罗伊斯(RR)的TiledPhase5燃烧室以及美国普惠(P&W)公司研发的TALON燃烧室都是已研发出并应用成熟的RQL航空发动机燃烧室。而针对地面燃机尚无应用实例，但由于该燃烧技术具有较强燃料适应性，排放低，稳定性高等优点，因此对于地面机组尤其是煤气化整体联合循环(IGCC)机组而言一种应用前景较为广阔的低污染燃烧技术。
RQL燃烧室的一项关键技术是实现焠熄空气与富油区的产物快速均匀混合形成贫油环境。因此针对此关键技术的解决方案是对焠熄掺混结构形式进行优化，其中包括焠熄孔结合结构，焠熄孔排布方式等等。目前实际RQL燃烧室采用的焠熄孔结构多为均布的简单圆形掺混孔，该掺混孔结构下的掺混均匀性有限，并且由于燃烧室内的主流流动为旋流流动，其对于主流流动的阻力会很大，甚至会在一定程度上影响回流区的形状和尺寸，从而对头部富油区的流动组织和燃烧产生影响。
为了保证实现在旋流主流状态下射流的快速均匀掺混，同时考虑削弱焠熄射流对主回流区的流动影响，对焠熄孔进行了流线型设计，在保持穿透深度的同时增大了射流与主流的接触面积，掺混加剧，有利于掺混均匀。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种燃烧室焠熄孔结构。其中，焠熄掺混孔能够与主流实现快速有效均匀掺混，并且不对主回流区产生显著影响。
根据本实用新型提供的一种燃烧室焠熄孔结构，包括燃烧室，燃烧室包括外壳和火焰筒，焠熄孔开设在火焰筒壁面上；
其中，所述火焰筒设置所述外壳内侧；所述外壳的内壁面和所述火焰筒的外壁面之间形成高压空气流动通道；所述火焰筒的内侧形成燃烧发生区域；
所述火焰筒设置有贯穿火焰筒筒壁的多个焠熄掺混孔；所述焠熄掺混孔的纵向尺寸大于横向尺寸。
优选地，所述焠熄掺混孔的纵向尺寸为横向尺寸4至8倍。
优选地，所述焠熄掺混孔采用椭圆形焠熄孔、长圆型焠熄孔和水滴型焠熄孔。
优选地，所述焠熄掺混孔的长轴方向与火焰筒轴线方向之间呈复合角度；
所述复合角度为30°至60°。
优选地，所述水滴型焠熄孔包括顺次相连的第一圆弧面、第一平面、第二圆弧面以及第二平面；
所述第一圆弧面的半径小于所述第二圆弧面的半径。
优选地，所述外壳和所述火焰筒同轴设置。
优选地，所述火焰筒的壁面上开有多个冷却小孔。
优选地，多个所述焠熄掺混孔沿所述火焰筒的周向均匀分布。
优选地，所述焠熄掺混孔采用电火花打孔或激光打孔加工制成。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
1、本实用新型中焠熄掺混孔的纵向尺寸大于横向尺寸，能够使得在燃烧室内旋流状态下的主流与掺混射流形成更为均匀和快速的掺混，并且不对主回流区的结构和尺寸产生影响，进而不会影响到入口端富油区的燃烧状态；
2、本实用新型焠熄掺混孔能够增大主流与射流的接触面积，加剧掺混，且由于焠熄掺混孔具有一定的复合角，不会在主流和焠熄射流的相互影响区域下游形成随动流动；
3、本实用新型在保证冷气量恒定的时候提供最佳掺混，或者在保证最佳掺混状态时使用最少的焠熄空气量，从而对机组整体功率有所提高；
4、本实用新型中焠熄掺混孔采用电火花打孔或激光打孔加工制成，不存在工艺上难以实现的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的轴向截面图；
图3为本实用新型中火焰筒周向展开的示意图；
图4为本实用新型中椭圆形的焠熄孔的结构示意图；
图5为本实用新型中长圆孔形的焠熄孔的结构示意图；
图6为本实用新型中水滴形的焠熄孔的结构示意图。
图中：
1为外壳；
2为高压空气流动通道；
3为火焰筒；
41为椭圆形焠熄孔；
42为长圆型焠熄孔；
43为水滴型焠熄孔；
5为燃烧产物流；
6为火焰筒轴线；
7为射流长轴；
8为射流短轴。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
在本实施例中，本实用新型提供的燃烧室焠熄孔结构，包括燃烧室，燃烧室包括外壳1和火焰筒3，焠熄孔4开设在火焰筒壁面上；其中，所述火焰筒3设置所述外壳1内侧；所述外壳1的内壁面和所述火焰筒3的外壁面之间形成高压空气流动通道2；所述火焰筒3的内侧形成燃烧发生区域，从入口端预混好的空气及燃料的混合物经点火后燃烧，形成燃烧产物流5，该燃烧产物流5沿着火焰筒轴线方向的同时具有一定的旋流效应，即具有切向速度和径向速度；所述火焰筒3的出口端部设置有贯穿火焰筒壁的多个焠熄掺混孔，经过高压空气流动通道2的温度较低的空气经过焠熄掺混孔4注射进入燃烧室内的主流区域，即射流进入燃烧室内的主流区域，其与富油燃烧的未完全燃烧的产物流进行快速均匀掺混从而达到贫燃状态，由于此时温度依然较高，因此会在贫油状态二次燃烧，进而实现燃烧完全；所述焠熄掺混孔的纵向尺寸大于横向尺寸。所述高压空气流动通道2的高压空气，在火焰筒3外表面的过程中，起到对流冷却火焰筒3壁的效果，并提供火焰筒3壁气膜以及焠熄掺混的气流。
所述焠熄掺混孔的纵向尺寸为横向尺寸4至8倍。所述焠熄掺混孔采用椭圆形焠熄孔41、长圆型焠熄孔42和水滴型焠熄孔43。所述水滴型焠熄孔43包括顺次相连的第一圆弧面、第一平面、第二圆弧面以及第二平面；所述第一圆弧面的半径R1小于所述第二圆弧面的半径R2，能够避免流动分离。所述焠熄掺混孔的长轴方向与火焰筒轴线6方向之间呈复合角度；所述复合角度为30°至60°。燃烧产物流5的主流为旋流状态，而不是单纯轴向流动，因此焠熄掺混孔4的长轴方向与火焰筒轴线6方向保持一定的复合角度，其中复合角度与旋流强度相关。复合角的存在是为了保证射流长轴7的方向与主流的旋流流动方向一致，保证焠熄射流足够穿透深度的同时减小流动阻力，避免形成强烈的随动流动，随动流动会产生涡从而影响上游的主回流区的尺寸和结构，对富燃区的燃烧状态产生干扰。
在本实施例中，所述外壳1和所述火焰筒3同轴设置。所述火焰筒3的壁面上开有多个冷却小孔。多个所述焠熄掺混孔沿所述火焰筒3的周向均匀分布。所述焠熄掺混孔采用电火花打孔或激光打孔加工制成。
在本实施例中，本实用新型提供的燃烧室焠熄孔结构，其中，用于供应焠熄空气的焠熄掺混孔具有特定的横截面，并非简单圆形横截面，而是类似椭圆形状的结构，具有不同的纵向和横向尺寸，并且其中纵向尺寸大于横向尺寸。已经被证明的是，这种具有不同横向和纵向尺寸的椭圆形结构的焠熄掺混孔应用于此种掺混环境下掺混效果会更为均匀，并且流动阻力较小，不会对主流的回流区结构尺寸及位置产生影响。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (8)

1.一种燃烧室焠熄孔结构，其特征在于，包括燃烧室；所述燃烧室包括外壳和火
焰筒，焠熄孔开设在火焰筒壁面上；
其中，所述火焰筒设置所述外壳内侧；所述外壳的内壁面和所述火焰筒的外壁面之间形成高压空气流动通道；所述火焰筒的内侧形成燃烧发生区域；
所述火焰筒设置有贯穿火焰筒筒壁的多个焠熄掺混孔；所述焠熄掺混孔的纵向尺寸大于横向尺寸。
2.根据权利要求1所述的燃烧室焠熄孔结构，其特征在于，所述焠熄掺混孔的纵向尺寸为横向尺寸4至8倍。
3.根据权利要求1所述的燃烧室焠熄孔结构，其特征在于，所述焠熄掺混孔采用椭圆形焠熄孔、长圆型焠熄孔和水滴型焠熄孔；
所述水滴型焠熄孔包括顺次相连的第一圆弧面、第一平面、第二圆弧面以及第二平面；
所述第一圆弧面的半径小于所述第二圆弧面的半径。
4.根据权利要求1所述的燃烧室焠熄孔结构，其特征在于，所述焠熄掺混孔的长轴方向与火焰筒轴线方向之间呈复合角度；
所述复合角度为30°至60°。
5.根据权利要求1所述的燃烧室焠熄孔结构，其特征在于，所述外壳和所述火焰筒同轴设置。
6.根据权利要求1所述的燃烧室焠熄孔结构，其特征在于，所述火焰筒的壁面上开有多个冷却小孔。
7.根据权利要求1所述的燃烧室焠熄孔结构，其特征在于，多个所述焠熄掺混孔沿所述火焰筒的周向均匀分布。
8.根据权利要求1所述的燃烧室焠熄孔结构，其特征在于，所述焠熄掺混孔采用电火花打孔或激光打孔加工制成。
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