[發明專利]一種水冷式燃氣取樣耙

有效

• 申請號: 202011367204.0
• 申請日: 2020-11-29
• 公開（公告）號: CN112378715B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 程嘉穎;宗超;朱彤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種水冷式燃氣取樣耙，用于直接測量高溫高壓內流場燃氣，取樣耙的取樣段包括測量段和楔形底部；測量耙為空心棱柱結構，截面近似為楔形；測量段內設有冷卻管路和多根取樣管。與圓柱形取樣段相比，本發明的取樣耙幾何結構為楔形，對流場后部結構破壞較小；多根取樣管可以避免異常點的干擾，通過冷卻管路可以快速冷卻取樣管中的高溫煙氣，借助測量段內壁上的凸塊、取樣管的管壁上的螺紋提升了換熱效率，對取樣耙的壁面進行過熱保護。

技術領域

本發明涉及燃氣取樣領域，尤其是涉及一種水冷式燃氣取樣耙。

背景技術

燃燒室是燃氣輪機三大核心部件之一，其功能是將燃料的化學能轉化為熱能以推動渦輪的高速旋轉，進而轉化為機械功。燃燒狀態下，燃燒室火焰筒內部為高溫高壓高速的多相湍流燃燒，其燃燒效果通常可以借助反應產物的成分分析得到。隨著國家對污染物排放濃度的要求日益嚴苛，需要對燃燒室出口的燃氣成分進行準確測量，現有的煙氣取樣設備多應用于出口處煙氣的成分測量。

由于煙氣成分測量環境的溫度、壓力、流速等要遠低于燃燒室的內流場，因此，煙氣成分采樣時需要注意以下問題：首先要確保進入取樣設備的煙氣中的燃燒化學反應迅速終止，能夠準確的反映取樣點真實的樣氣組分；其次，燃燒室內流場中溫度流速等參數遠高于出口，取樣設備在其中面臨嚴重的燒蝕風險，需要保護取樣設備。

公開號為CN108982744A的中國發明專利公開了一種適用于飛機發動機的燃氣取樣耙及燃氣分析系統和方法，能夠保證整個系統取樣及分析系統的穩定性、可靠性和安全性，其中的取樣耙設計帶有水冷回路，能減少燃燒室內高溫對取樣設備的損壞，使采集到的氣體迅速停止反應。

但是，在低污染燃燒技術中，對燃燒室內的流場形態和其中化學反應過程精細化控制的需求較高，與傳統燃燒設備不同，燃氣輪機燃燒室內流場的特征性較強，而現有技術中，煙氣取樣設備在流場中的取樣段外觀多為圓柱形或長方體，在取樣過程中取樣設備會影響流場的原有結構，干擾燃燒室內的反應過程，影響后續實驗測量的準確性，且取樣耙的冷卻效果仍有待提高。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種水冷式燃氣取樣耙，相較于現有技術中的圓柱形取樣段，本申請的取樣段包括截面為楔形的測量段和楔形底部，能夠避免形成不穩定的尾流擾亂后續流場，對流場結構破壞較小，不會干擾燃燒室內的反應過程，提高了后續實驗測量的準確性。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種水冷式燃氣取樣耙，包括：取樣段、冷卻管路、樣氣管路和安裝法蘭，所述取樣段上設有取樣孔，所述冷卻管路和樣氣管路與取樣段連接，所述安裝法蘭固定在取樣段上，所述取樣段包括測量段和與測量段的底部一體成型的楔形底部；

所述測量段為空心棱柱結構，包括迎風面、背風面和多個側面，所述取樣孔設于迎風面上，所述迎風面和相鄰兩個側面之間的夾角為鈍角，所述背風面和相鄰兩個側面之間的夾角為銳角，所述迎風面與背風面相互平行，所述迎風面的寬度大于所述背風面的寬度；

所述楔形底部為上端大下端小的棱臺結構，楔形底部的上底面與測量段的底部固定連接，所述上底面包括：迎風邊、兩個相交的背風邊和多個側邊，所述迎風邊與測量段的迎風面連接，所述兩個背風邊分別與測量段的背風面的兩個相鄰側面連接，所述多個側邊分別與測量段的其余側面連接。

進一步的，所述迎風面和相鄰兩個側面之間的夾角的角度為90°～135°。

進一步的，所述背風面和相鄰兩個側面之間的夾角的角度為15°～40°。

進一步的，所述取樣段還包括混合段，所述混合段為與測量段的頂部連接的圓柱體，安裝法蘭套設于混合段上，所述混合段的上底面設有通孔，通孔的尺寸與冷卻管路和樣氣管路相配合，所述混合段內設有與測量段的頂部連接的混合腔，樣氣管路的一端設于混合腔內。