CN215296667U - 一种气体燃料喷嘴测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了提供了一种气体燃料喷嘴测试系统，包括：被测喷嘴子系统，包括空气进气口和燃料进气口；燃烧室，与所述被测喷嘴子系统连接；点火子系统，设置在燃烧室内；排烟子系统，设置在所述燃烧室上方；安装座，用于将排烟子系统安装在燃烧室上；数据采集与分析子系统，与所述燃烧室、所述点火子系统和所述排烟子系统连接；以及控制子系统。本实用新型所提供的系统通过控制子系统控制了整个测试系统的工作，通过调整被测喷嘴子系统的空气进气口和燃料进气口所进入的气体流量，可以获得喷嘴在不同流量和当量比条件下的燃烧特性和污染物排放水平，以实现在不同燃料种类和不同工况下对喷嘴结构设计和特性的整体性评估。

Description

一种气体燃料喷嘴测试系统

技术领域

本实用新型属于可燃气体燃料喷嘴测试领域，具体涉及一种气体燃料喷嘴测试系统。

背景技术

喷嘴是燃气轮机燃烧室的重要工作部件，工作过程中燃料便是通过喷嘴供入燃气轮机燃烧室，并实现与燃烧室内空气混合和燃烧。在气体燃料喷嘴的设计过程中，需要不断改进设计方案和构型，以获得更稳定可靠、性能良好的产品。在此过程中，需要对不同结构和种类的燃料喷嘴性能进行检测，以获得其燃烧特性和污染物排放水平等关键参数，为改型设计提供参考。

相比于煤、石油等固液体燃料，气体燃料不仅燃烧更加充分完全，保证能源的最大化利用，而且燃烧产生的污染物也比较少，对环境的影响更低。在国家节能减排的政策下，气体燃料发挥着越来越重要的作用。目前，气体燃料在动力驱动、发电供热、石油化工、建筑建材、机械加工和食品工业等领域都有广泛的应用。气体燃料一般通过喷嘴供入燃烧室燃烧，燃料在喷嘴内经过掺混和整流过程，在出口处形成均匀预混气，从而实现完全燃烧和低污染物排放量。

但是，现有技术中没有针对气体燃料喷嘴的性能测试装置，在进行气体燃料喷嘴的设计与改型时，主要依靠对喷嘴进行燃烧试验和数值模拟的方式测试其性能。虽然该方式比较方便可行，但是模拟的过程受到各种因素的影响，误差较大，无法得到较为精确的结果，只能作为辅助研究手段，需要与燃烧试验获得的数据进行对比才能有更高的可信度；而通过燃烧试验的方法，虽然可以获得喷嘴的部分燃烧特性，但是结果准确性依赖于所采用的试验装置和测量仪器的精度，受环境因素和偶然误差的影响较大，同时每次试验均需要反复拆装，耗时耗力，难以全面的了解喷嘴的燃烧性能。

因此，需提供一种结构简单，操作方便，结果可靠的气体燃料喷嘴测试系统。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型目的在于提供气体燃料喷嘴测试系统，该系统具有结构简单、操作方便、结果精确、可靠性高的特点。通过该系统实现了对喷嘴入口参数的精确调节，从而对火焰温度、压力和污染物排放量等参数进行实时监控与调整。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

提供了一种气体燃料喷嘴测试系统，所述系统包括：

被测喷嘴子系统，包括空气进气口和燃料进气口，用于模拟不同工况下喷嘴的燃烧情况；

燃烧室，与所述被测喷嘴子系统连接，用于提供被测喷嘴子系统所喷出的气体燃料的燃烧环境；

点火子系统，设置在燃烧室内，用于点火；

排烟子系统，设置在所述燃烧室上方，用于将燃烧室内燃烧后的废气排出；

安装座，用于将排烟子系统安装在燃烧室上；

数据采集与分析子系统，与所述燃烧室、所述点火子系统和所述排烟子系统连接，用于采集所述燃烧室、所述点火子系统和所述排烟子系统的工作数据；

控制子系统，与所述燃烧室、所述点火子系统、所述排烟子系统以及所述数据采集与分析子系统连接，用于接受所述数据采集与分析子系统的数据并控制所述燃烧室、所述点火子系统、所述排烟子系统以及所述数据采集与分析子系统的工作。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述空气进气口通过空气进气管道与冷冻干燥机和空气压缩机依次连接，所述空气进气口设有减压阀和第一质量流量控制计。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述燃料进气口与甲烷气罐连接，所述燃料进气口设有第二质量流量控制计。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述燃烧室设有火焰观察窗、火焰温度传感器、动态压力传感器和点火孔。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述火焰观察窗上镶嵌石英玻璃。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述火焰温度传感器设置在燃烧室一侧侧壁上，所述火焰温度传感器为非等间距布置的多个传感器。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述火焰温度传感器为4个或5个，所述火焰温度传感器之间的间距为20-40mm。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述动态压力传感器设置在燃烧室另一侧侧壁上，所述动态压力传感器为非等间距布置的多个传感器。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述动态压力传感器为3个，所述动态压力传感器之间的间距为60-80mm。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述点火孔还设有用于盖住点火孔的堵头。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述测试系统还包括套设在燃烧室和排烟子系统上的冷却水套，所述冷却水套通过水泵与蓄水罐连接。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述排烟子系统还设有用于分析废气成分的烟气分析仪。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统，还具有这样的特征，所述数据分析与收集系统采用基于NI Compact DAQ系统和LabVIEW平台自主研发的多数据采集方法和便携式数据采集箱。

有益效果：

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统通过控制子系统控制了整个测试系统的工作，通过调整被测喷嘴子系统的空气进气口和燃料进气口所进入的气体流量，可以获得喷嘴在不同流量和当量比条件下的燃烧特性和污染物排放水平，以实现在不同燃料种类和不同工况下对喷嘴结构设计和特性的整体性评估。

本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统可以通过节流阀和流量计控制空气和气体燃料的流量，通过设备上安装的温度传感器、动态压力传感器和烟气分析装置，使得测试系统安全方便、数据记录详实可靠，解决了现有技术中对气体喷嘴的测试问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例所提供的气体燃料喷嘴测试系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的气体燃料喷嘴测试系统的组成原理图；

其中：1、燃烧室2、控制子系统3、点火子系统4、数据采集与分析子系统5、排烟子系统6、安装座7、被测喷嘴子系统8、火焰观察窗9、点火孔10燃料进气口11、空气进气口12、空气压缩机13、冷冻干燥机14、减压阀15、第一质量流量计16、甲烷气瓶17、第二质量流量计18、冷却水套19、水泵20、烟气分析仪21、排气管22、火焰温度传感器23、动态压力传感器24、蓄水罐。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型所提供的气体燃料喷嘴测试系统作具体阐述。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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创造和简化描述，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创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。

如图1-2所示，提供了一种气体燃料喷嘴测试系统。该系统包括被测喷嘴子系统7，包括空气进气口11和燃料进气口10，用于模拟不同工况下喷嘴的燃烧情况；燃烧室1，与所述被测喷嘴子系统7连接，用于提供被测喷嘴子系统7所喷出的气体燃料的燃烧环境；点火子系统3，设置在燃烧室1内，用于点火；排烟子系统5，设置在所述燃烧室1上方，用于将燃烧室1内燃烧后的废气排出；安装座6，用于将排烟子系统5安装在燃烧室1上；数据采集与分析子系统4，与所述燃烧室1、所述点火子系统3和所述排烟子系统5连接，用于采集所述燃烧室1、所述点火子系统3和所述排烟子系统5的工作数据；控制子系统2，与所述燃烧室1、所述点火子系统3、所述排烟子系统5以及所述数据采集与分析子系统4连接，用于接受所述数据采集与分析子系统4的数据并控制所述燃烧室1、所述点火子系统3、所述排烟子系统5以及所述数据采集与分析子系统4的工作。

上述实施例所提供的气体燃料喷嘴测试系统中，被测喷嘴子系统7设置了空气进气口11和燃料进气口10，分别通入空气压缩机12产生的高压空气和可燃气体。空气和燃气在喷嘴内形成均匀的旋流预混气，通过点火器点燃在燃烧室中实现稳定燃烧。并且该系统通过控制子系统2控制了整个测试系统的工作，通过调整被测喷嘴子系统7的空气进气口11和燃料进气口10所进入的气体流量，可以获得喷嘴在不同流量和当量比条件下的燃烧特性和污染物排放水平，以实现在不同燃料种类和不同工况下对喷嘴结构设计和特性的整体性评估。数据采集与分析模块4同时将接收到的数据传输至作为数据终端的信号处理软件中，可以实现燃烧室1内瞬态火焰温度、动态压力波动和烟气成分的实时记录和动态显示。

在部分实施例中，所述空气进气口11通过空气进气管道与冷冻干燥机13和空气压缩机12依次连接，所述空气进气口11设有减压阀14和第一质量流量控制计15。第一质量流量控制计15为大量程质量流量控制计，用于精确调节空气流量。

在部分实施例中，所述燃料进气口10与甲烷气罐16连接，所述燃料进气口10设有第二质量流量控制计18。第二质量流量控制计18为小量程质量流量控制计，用于精确调节气体燃料的流量。

在部分实施例中，所述燃烧室1设有火焰观察窗8、火焰温度传感器22、动态压力传感器23和点火孔9。

在部分实施例中，所述火焰观察窗8上镶嵌石英玻璃。以便于观察燃烧室状况。

在部分实施例中，所述火焰温度传感器22设置在燃烧室1一侧侧壁上，所述火焰温度传感器22为非等间距布置的多个传感器。火焰温度传感器22用于获取燃烧室1内温度分布。

在部分实施例中，所述火焰温度传感器22为4个或5个，所述火焰温度传感器22之间的间距为20-40mm。

在部分实施例中，所述动态压力传感器设置23在燃烧室1另一侧侧壁上，所述动态压力传感器23为非等间距布置的多个传感器。动态压力传感器23用于获取燃烧室1内的动态压力波动特征。

在部分实施例中，所述动态压力传感器23为3个，所述动态压力传感器23之间的间距为60-80mm。

在部分实施例中，所述点火孔9还设有用于盖住点火孔的堵头。堵头点火成功后封闭燃烧室1，防止火焰冒出。试验前，先接入燃料和空气冷吹一段时间，待燃烧室1内燃料分布均匀后，将点火电嘴伸入点火孔9内点火，点火后使用堵头盖上点火孔9，防止火焰冒出。

在部分实施例中，所述测试系统还包括套设在燃烧室1和排烟子系统上5的冷却水套18，所述冷却水套18通过水泵19与蓄水罐24连接。冷却水套18可以防止火焰温度过高引起排烟子系统5的排烟管21形变，同时还可以降低燃气温度防止烟气分析仪20在高温下工作降低性能和损坏精度。

在部分实施例中，所述排烟子系统5还设有用于分析废气成分的烟气分析仪20。烟气分析仪20安装在排烟子系统5中的排烟管21尾部，用于分析排放烟气中Nox、CO和碳烟颗粒的排放量。

在部分实施例中，所述数据分析与收集系统采用基于NI Compact DAQ系统和LabVIEW平台自主研发的多数据采集方法和便携式数据采集箱。

综上所述，本实用新型提供的气体燃料喷嘴性能测试系统，在测试时，通过调节不同的燃料和空气流量可以模拟喷嘴的不同工况，在单个工况下可探究喷嘴的燃烧特性。燃烧特性的研究包括，喷嘴在不同的出口空气流速和不同当量比条件下的点火边界、熄火边界及火焰稳定情况、火焰温度和污染物排放量。实现了在不同燃料种类和不同工况下对喷嘴结构设计和特性的整体性评估，做到了设备安全方便，数据记录详实可靠，解决了气体喷嘴测试领域的相关需求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述系统包括：

被测喷嘴子系统，包括空气进气口和燃料进气口，用于模拟不同工况下喷嘴的燃烧情况；

燃烧室，与所述被测喷嘴子系统连接，用于提供被测喷嘴子系统所喷出的气体燃料的燃烧环境；

点火子系统，设置在燃烧室内，用于点火；

排烟子系统，设置在所述燃烧室上方，用于将燃烧室内燃烧后的废气排出；

安装座，用于将排烟子系统安装在燃烧室上；

数据采集与分析子系统，与所述燃烧室、所述点火子系统和所述排烟子系统连接，用于采集所述燃烧室、所述点火子系统和所述排烟子系统的工作数据；

控制子系统，与所述燃烧室、所述点火子系统、所述排烟子系统以及所述数据采集与分析子系统连接，用于接受所述数据采集与分析子系统的数据并控制所述燃烧室、所述点火子系统、所述排烟子系统以及所述数据采集与分析子系统的工作。

2.根据权利要求1所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述空气进气口通过空气进气管道与冷冻干燥机和空气压缩机依次连接，所述空气进气口设有减压阀和第一质量流量控制计。

3.根据权利要求1所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述燃料进气口与甲烷气罐连接，所述燃料进气口设有第二质量流量控制计。

4.根据权利要求1所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述燃烧室设有火焰观察窗、火焰温度传感器、动态压力传感器和点火孔。

5.根据权利要求4所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述火焰观察窗上镶嵌石英玻璃。

6.根据权利要求4所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述火焰温度传感器设置在燃烧室一侧侧壁上，所述火焰温度传感器为非等间距布置的多个传感器。

7.根据权利要求6所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述火焰温度传感器为4个或5个，所述火焰温度传感器之间的间距为20-40mm。

8.根据权利要求4所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述动态压力传感器设置在燃烧室另一侧侧壁上，所述动态压力传感器为非等间距布置的多个传感器。

9.根据权利要求8所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述动态压力传感器为3个，所述动态压力传感器之间的间距为60-80mm。

10.根据权利要求4所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述点火孔还设有用于盖住点火孔的堵头。

11.根据权利要求1所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括套设在燃烧室和排烟子系统上的冷却水套，所述冷却水套通过水泵与蓄水罐连接。

12.根据权利要求1所述的气体燃料喷嘴测试系统，其特征在于，所述排烟子系统还设有用于分析废气成分的烟气分析仪。

Images