CN206310539U - 一种燃烧室的火焰监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃气轮机的辅助设备，尤其涉及一种燃烧室的火焰监测装置。该火焰监测装置位于燃烧室的外部，其包括摄像机、观察窗、光学管道、光纤和主动冷却管道；摄像机设于光学管道的始端，观察窗设于光学管道的末端，光纤轴向设置于光学管道内部，且一端连接摄像机，另一端连接观察窗；光学管道外侧设有主动冷却管道，且主动冷却管道和光学管道之间的区域填充有流动的冷却介质；燃烧室的侧壁开设有通孔，观察窗通过通孔观察燃烧室内的火焰情况，并将得到的光学数据经由光纤传至摄像机。本实用新型便于根据需要调整观察范围，增加了冷却控制手段，适用于更宽温度范围的工作范围，同时易于更换配件，节省制造和拆卸成本。

Description

一种燃烧室的火焰监测装置

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机的辅助设备，尤其涉及一种燃烧室的火焰监测装置。

背景技术

燃气轮机首先通过压气机将常压空气加压，然后将压缩空气输入燃烧室，在燃烧室内压缩空气与燃料的混合物燃烧产生热的燃烧气体推动涡轮做功。新一代燃烧室多在头部设置多个燃烧器，并将燃烧器分为3～4组，通过分级燃烧燃烧室可以从未燃过渡到燃烧器正常工作状态。同时在燃烧室正常过程中，不同分组的燃烧器可能会出现异常，如熄火、回火、火焰超温、火焰振荡等等现象，这会导致污染物增加，甚至损坏燃气轮机整体设备，因此，需要增加燃烧室火焰可视化设备。然而这种设备为了更好地观察到火焰现象就需要深入到火焰区域，其安装、冷却等问题至关重要。

现有技术公开了一种设置于光学管道底端的火焰检测器，摄像机直接与火焰接触，对摄像机的安装及冷却非常困难，且高温摄像是一种精密的设备，一旦烧毁，经济损失较大，且不易修复及替换，尽管其提出了冷却方案，但远远比不上主动冷却经济效率。现有技术中的摄像机相对于观察窗可旋转，在高温条件下有复杂的机械运动势必带来加工及冷却的不便。现有技术的火焰监测装置采用注入式冷却管道，冷却效果固定不可调节，如果采用较小的冷却介质注入，当燃烧室内火焰监测装置安装位置发生超温时极易被烧毁，而采用较大冷却介质注入浪费冷却介质且造成燃烧室流场改变，影响燃烧室性能。因此需要提出一种结构简单，易于安装更换且具有更高冷却效果的用于在燃烧过程中监视火焰的设备。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃烧室的火焰监测装置，所述火焰监测装置位于燃烧室的外部，该装置包括摄像机、观察窗、光学管道、光纤和主动冷却管道；

所述摄像机设于所述光学管道的始端，所述观察窗设于所述光学管道的末端，所述光纤轴向设置于所述光学管道内部，且一端连接所述摄像机，另一端连接所述观察窗；

所述光学管道外侧设有所述主动冷却管道，且所述主动冷却管道和光学管道之间的区域填充有流动的冷却介质；

所述燃烧室的侧壁开设有通孔，所述观察窗通过所述通孔观察燃烧室内的火焰情况，并将得到的光学数据经由所述光纤传至摄像机。

本实用新型所述的火焰监测装置，用于监测燃气轮机燃烧室内的燃烧状况，所述装置位于燃烧室外部，其观察窗从燃烧室侧壁的通孔处观察燃烧室内的火焰状况，避免了现有技术中拍摄装置与火焰直接接触的情况，从而减轻了高温火焰对拍摄装置的直接损害。

优选的，所述观察窗的两侧设有辅助冷却装置，所述辅助冷却装置与主动冷却管道的末端相连，所述主动冷却管道的末端端壁设置开孔，以使所述冷却介质从所述开孔流向所述辅助冷却装置，所述开孔的面积占主动冷却管道的末端端壁面积的0.5％～5％，确保进入燃烧室内的冷却量非常低，使得调整主动冷却管道内冷却介质的量对燃烧室内部的影响最小。

优选的，所述主动冷却管道的轴向侧壁分别设有冷却介质入口和冷却介质出口，从所述冷却介质入口注入的冷却介质流入主动冷却管道内，其一部分流入所述辅助冷却装置，另一部分充满整个主动冷却管道后经所述冷却介质出口排出。

本装置采用主动冷却管道，冷却介质从冷却介质入口进入，沿光学管道外壁流动对其进行冷却，然后从冷却介质出口流出，由于冷却介质的进口和出口均不涉及燃烧室内部，可以通过外部设备调节冷却介质物理性质，流量，流速，因此可以根据火焰状态及时作出调节，增加冷却效率；因而，这种开放式的主动冷却管道既可根据燃烧室内的燃烧情况对光学管道和摄像机进行灵活降温，增加了冷却效率，同时又能灵活调整冷却介质的用量，避免了冷却介质的不足或浪费。

优选的，所述辅助冷却装置的末端端壁设有多个发散冷却孔,冷却介质不断由该发散冷却孔流出，孔上会有冷水或冷气不断附着在该末端端壁表面，从而更利于该末端端壁及观察窗的降温，同时观察窗上的积碳也会被吹走，使设备更有效的观察火焰情况。

更优选的，所述发散冷却孔与所述辅助冷却装置的末端端壁成30°～45°角，以保证对端壁的有效吹扫。

优选的，所述辅助冷却装置的末端内壁设有肋片,设置的肋片增大了辅助冷却装置末端内壁的换热面积，从而更利于对观察窗及该辅助冷却装置本身进行降温，减轻了高温对观察窗的损坏，确保了观察窗的高效运作。

优选的，所述辅助冷却装置与所述主动冷却管道一体成型或可拆卸地连通。一旦发生火焰烧蚀，这种可拆卸的连接方式可以只更换辅助冷却通道，而不损失主动冷却通道和始端的摄像机，减少了拆装和更换的成本。

优选的，所述观察窗固定设置在所述光学管道上，且所述光学管道可带动观察窗在与所述火焰监测装置的轴线方向呈0°～35°(优选为0°～15°)的锥角范围内摆动，使得观察窗可在较大观察范围内观察燃烧室内的火焰情况。本实用新型的火焰监测装置用于径向分级燃烧室，其朝向燃烧室的前端且与燃烧室侧壁呈一定夹角，只需要拍摄燃烧室三分之一的火焰情况即可得到全部分级情况下的火焰情况，因此所述火焰监测装置在结构上设置更为简单，只要其拍摄范围达到60°即可覆盖150°燃烧室空间的火焰情况，达到观察燃烧室系统火焰的目的。

本实用新型所述的火焰监测装置，所述冷却介质为低温流体，优选为冷水或冷气。

本实用新型所述的火焰监测装置，所述观察窗与光学管道固定连接。

本实用新型所述的火焰监测装置，所述冷却介质为低温流体；优选的，所述冷却介质为冷气。

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型的火焰监测装置，结构简单，所述光学管道位于燃烧室外部，对观察窗和摄像机的安装更换都极为方便；其观察窗从燃烧室侧壁的通孔处观察燃烧室内的火焰状况，避免了现有技术中拍摄装置与火焰直接接触的情况，从而减轻了高温火焰对拍摄装置的损害。而主动冷却管道可以对光学管道进行降温，辅助冷却装置可以对观察窗进行降温，从而确保了光学管道和观察窗的安全运行。

2、本实用新型所述的主动冷却管道内的冷却介质的进出均不涉及燃烧室内部，而辅助冷却管道内的冷却介质的量很小，因此可通过外部设备调节冷却介质的类型及物理性质的方式灵活调节冷却效果，增加了冷却效率，同时又能灵活调整冷却介质的用量，避免了冷却介质的不足或浪费；而且冷却介质入口和冷却介质出口均位于燃烧室的外部，从而更便于添加和排放冷却介质。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所述火焰监测装置与燃烧室的位置关系示意图；

图2为本实用新型实施例1所述火焰监测装置的结构示意图；

图3为图2中A部的放大图；

图4为本实用新型实施例2所述火焰监测装置的结构示意图；

图5为图4中B部的放大图；

其中，1、火焰监测装置；2、摄像机；3、光学管道；31、光学管道的始端；32、光学管道的末端；4、光纤；5、观察窗；6、主动冷却管道；62、主动冷却管道的末端；63、主动冷却管道的末端端壁；64、开孔；7、燃烧室；71、燃烧室的侧壁；72、燃烧室的前端；8、冷却介质入口；9、冷却介质出口；10、辅助冷却装置；101、肋片；102、发散冷却孔；103、辅助冷却装置的末端端壁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“始端”、“末端”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1～3所示，本实施例提供了一种燃烧室的火焰监测装置1，所述火焰监测装置1位于燃烧室的外部，其包括摄像机2、观察窗5、光学管道3、光纤4和主动冷却管道6；摄像机2设于光学管道的始端31，观察窗5设于光学管道的末端32；光纤4轴向设置于光学管道内部，且一端连接摄像机2，另一端连接观察窗5，光学管道外侧设有主动冷却管道6，且主动冷却管道6和光学管道3之间的区域填充有流动的冷却介质，本实施例中的冷却介质为冷水。燃烧室的侧壁71开设有通孔，观察窗5通过通孔观察燃烧室内的火焰情况，并将得到的光学数据经由光纤4传至摄像机2，摄像机2再经过数据传输输出燃烧室内火焰的实时影像。

观察窗的侧壁设有辅助冷却装置10，主动冷却管道的末端62与辅助冷却装置10相连，主动冷却管道的末端端壁63设置开孔64，以使冷却介质从开孔64流向辅助冷却装置10；主动冷却管道6的轴向侧壁分别设有冷却介质入口8和冷却介质出口9，从冷却介质入口8注入的冷却介质流入主动冷却管道6内，一部分流入所述辅助冷却装置10，另一部分充满整个主动冷却管道6后经所述冷却介质出口9排出。辅助冷却装置的末端端壁103不超出观察窗5的观察面，且该端壁设有多个发散冷却孔102，发散冷却孔102与辅助冷却装置的末端端壁103成40°角。本实施例中辅助冷却装置10与主动冷却管道6可拆卸，以螺纹形式连接。

本实施例的观察窗5固定设置在光学管道3上，且光学管道3可带动观察窗5在与火焰监测装置轴线方向(即图1中A-A方向)呈15°的锥角范围内摆动，使得观察窗5可在较大观察范围内观察燃烧室内的火焰情况。本实施例的火焰监测装置1用于径向分级燃烧室7，其朝向燃烧室的前端72且与燃烧室侧壁呈一定夹角，只需要拍摄燃烧室7三分之一的火焰情况即可得到全部分级情况下的火焰情况，因此本火焰监测装置在结构上设置更为简单，只要其拍摄范围达到60°即可覆盖150°燃烧室空间的火焰情况，达到观察燃烧室系统内部火焰的目的。

实施例2如图1、4和5所示，本实施例提供了所述燃烧室的另一种火焰监测装置，其与实施例1的火焰监测装置基本相同，区别之处仅在于：所述辅助冷却装置的末端内壁设有肋片101，但无实施例1所述的发散冷却孔102。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种燃烧室的火焰监测装置，其特征在于，所述火焰监测装置位于燃烧室的外部，该装置包括摄像机、观察窗、光学管道、光纤和主动冷却管道；

所述摄像机设于所述光学管道的始端，所述观察窗设于所述光学管道的末端，所述光纤轴向设置于所述光学管道内部，且一端连接所述摄像机，另一端连接所述观察窗；

所述光学管道外侧设有所述主动冷却管道，且所述主动冷却管道和光学管道之间的区域填充有流动的冷却介质；

所述燃烧室的侧壁开设有通孔，所述观察窗通过所述通孔观察燃烧室内的火焰情况，并将得到的光学数据经由所述光纤传至摄像机。

2.根据权利要求1所述的火焰监测装置，其特征在于，所述观察窗的两侧设有辅助冷却装置，所述辅助冷却装置与主动冷却管道的末端相连，所述主动冷却管道的末端端壁设置开孔，以使所述冷却介质从所述开孔流向所述辅助冷却装置，所述开孔的面积占主动冷却管道的末端端壁面积的0.5％～5％。

3.根据权利要求2所述的火焰监测装置，其特征在于，所述主动冷却管道的轴向侧壁分别设有冷却介质入口和冷却介质出口，从所述冷却介质入口注入的冷却介质流入主动冷却管道内，其一部分流入所述辅助冷却装置，另一部分充满整个主动冷却管道后经所述冷却介质出口排出。

4.根据权利要求3所述的火焰监测装置，其特征在于，所述辅助冷却装置的末端端壁设有多个发散冷却孔。

5.根据权利要求4所述的火焰监测装置，其特征在于，所述发散冷却孔与所述辅助冷却装置的末端端壁成30°～45°角。

6.根据权利要求3所述的火焰监测装置，其特征在于，所述辅助冷却装置的末端内壁设有肋片。

7.根据权利要求2～6任一项所述的火焰监测装置，其特征在于，所述辅助冷却装置与所述主动冷却管道一体成型或可拆卸地连通。

8.根据权利要求1所述的火焰监测装置，其特征在于，所述观察窗固定设置在所述光学管道上，且所述光学管道可带动观察窗在与所述火焰监测装置的轴线方向呈0°～35°的锥角范围内摆动。

9.根据权利要求1～6或8任一项所述的火焰监测装置，其特征在于，所述冷却介质为低温流体。

10.根据权利要求9所述的火焰监测装置，其特征在于，所述冷却介质为冷水或冷气。