[發明專利]一種文丘里管流道壁面結構

有效

• 申請號: 201410069490.0
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103836647A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 胡斌;趙慶軍;項效镕;徐建中
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F23R3/42
• 分類號: F23R3/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及燃燒穩定性控制領域，是一種增強氣態旋流火焰穩定性的裝置，具體來說是一種增強雙軸向旋流器燃燒室火焰穩定性的文丘里管流道壁面結構。

背景技術

燃氣輪機燃燒室的一項主要需求是必須在較寬廣的工作范圍內保持穩定的燃燒，尤其對于航空燃氣輪機來講，有時必須工作在很低的溫度和壓力下，或者總體油氣比在燃料的可燃極限以外。一般而言，燃燒室的穩定工作范圍受到燃燒效率、出口溫度、總壓損失以及熄火邊界四個方面的限制。熄火邊界是燃燒室穩定工作范圍的下邊界，是燃氣輪機的最小穩定工作狀態。低工作狀態下的貧油熄火是航空燃氣輪機運行過程中十分重要的一點，這是因為燃氣輪機在降工況時是減燃料流量，轉子由于慣性，減速較慢，進而空氣流量也就降低較慢，這時燃燒室就會出現貧燃工況，如果此時燃燒室穩定性不好，燃/空比落在穩定工作范圍之外，就會出現熄火事故，即所謂的“空中熄火”，屬重大事故。

另一方面，隨著近些年來人們環保意識的日益增強，工業燃氣輪機的污染排放問題及相關控制技術越來越受到關注。降低污染排放的核心是控制溫度及溫度的均勻度，目前主流的燃氣輪機低污染燃燒室均是以此為根據達到低污染目地的。為了降低燃燒溫度，低污染燃燒室主燃區的平均油氣比目前已經降的極低，接近燃料的貧燃邊界。因此，如何保證低污染燃燒室在保持低NOx排放的同時并且穩定地工作是目前該類型燃燒室設計中比較棘手的問題。

針對上述問題，燃燒工程師有必要在現有燃燒室普遍采用的旋流穩焰結構的基礎上提出進一步提高燃燒穩定性的控制措施，最大限度的拓寬燃燒室的穩定工作邊界，提高燃氣輪機整機的可靠性。

發明內容

本發明的目的是提供一種文丘里管流道壁面結構，用以增強雙軸向旋流器燃燒室火焰穩定性，該壁面結構呈現條紋化的特點。通過該結構可以有效減弱旋流火焰根部的湍流脈動，增強旋流火焰的穩定性，拓寬雙軸向旋流器燃燒室的穩定工作邊界。

為實現上述技術目的，本發明的文丘里管流道壁面結構通過以下技術方案實現：

一種文丘里管流道壁面結構，用以增強雙軸向旋流器燃燒室的火焰穩定性，所述燃燒室采用氣態燃料；所述雙軸向旋流器包括第一、二級軸向旋流器，每級軸向旋流器中均設置有旋流葉片，第一、二級旋流葉片的旋轉方向相同，所述第一級軸向旋流器裝有氣態燃料噴嘴，所述文丘里管安裝于所述第一、二級軸向旋流器之間；其特征在于，所述文丘里管包括內流道壁面和外流道壁面，其中所述內流道壁面位于第一級軸向旋流器下游，所述外流道壁面位于第二級軸向旋流器下游；所述內、外流道壁面上均設置有條紋結構，所述條紋結構包括多個條紋，條紋形態沿壁面為螺旋狀，沿流道壁面均勻布置，條紋旋轉方向與流道上游旋流葉片旋轉方向相同，內流道壁面上的條紋結構起始于所述文丘里管內流道喉口截面或喉口截面下游一定距離的內流道壁面上，外流道壁面上的條紋結構起始于外流道入口或入口下游一定距離的外流道壁面上，內、外流道壁面上的條紋結構均終止于文丘里管出口；所述條紋結構在垂直于文丘里管流道中心線方向上的截面形狀為矩形波；所述文丘里管內、外流道流動工質均為氣體，且均為亞聲速流動；所述流動工質在文丘里管內、外流道壁面上形成邊界層。

優選地，所述條紋與文丘里管流道中心線的夾角α為：

α=arctan(1.5Sn1-(rR)21-(rR)3)---(1)]]>

其中，S_n為文丘里管內、外流道上游旋流器的旋流數，r和R分別為旋流器的內、外半徑。