一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109654531A(43)申请公布日2019.04.19(21)申请号201811476322.8(22)申请日2018.12.05(71)申请人中国科学院工程热物理研究所地址100190北京市海淀区北四环西路11号(72)发明人杨旸(51)Int.Cl.F23R3/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构(57)摘要本发明公开了一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，其半预混通道的上游设置为收敛通道，采用外环收敛内环扩张的形式，该结构形式可对来流进行加速从而减少燃烧室回火危险；半预混通道的下游设置为下游外环扩张结构，可保证火焰面外扩留给回流区足够空间；中心体设置为轴向扩张形式可降低回火危险；在扩张的中心体端头采用内凹的曲面形状来保证不会产生向下游发展的回流区，而只有在火焰和椭圆形之间的一个回流区。CN109654531ACN109654531A权利要求书1/1页1.一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，包括设置在预混燃烧室火焰前头部区域且沿轴向延伸的一燃烧室头部外环壁，所述燃烧室头部外环壁的中心处同轴设置一中心体，所述燃烧室头部外环壁与中心体之间的空间形成进入预混燃烧室的燃料的半预混通道，其特征在于，所述燃烧室头部外环壁沿其轴向长度方向分为上游收敛段和下游扩张段，所述上游收敛段的半径沿轴向进气的方向逐渐减小，所述下游扩张段的半径沿轴向进气的方向逐渐增大，且所述上游收敛段的轴向长度大于所述下游扩张段的轴向长度；所述中心体的半径沿轴向进气的方向逐渐增大，且所述中心体的与所述预混燃烧室交界处的末端形成一内凹的曲面端头。2.根据上述权利要求所述的预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，其特征在于，所述燃烧室头部外环壁的上游收敛段与所述中心体之间的空间形成所述半预混通道的上游收敛通道。3.根据上述权利要求所述的预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，其特征在于，所述燃烧室头部外环壁的下游扩张段与所述中心体之间的空间形成所述半预混通道的下游外环扩张段。4.根据上述权利要求所述的预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，其特征在于，所述中心体的起始端的端头形状至少基本呈流线型以降低对来流造成的扰动。5.根据上述权利要求所述的预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，其特征在于，所述中心体的起始端的端头外围设置有旋流器。6.一种预混燃烧室，其特征在于，所述预混燃烧室的火焰前头部设置本发明上述任一项权利要求所述的半预混通道结构。2CN109654531A说明书1/3页一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构技术领域[0001]本发明属于燃气轮机的燃烧室技术领域，涉及一种火焰前头部半预混通道结构，尤其涉及一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构。背景技术[0002]在重型低污染燃气轮机的燃烧室设计，经常使用贫油(主要为天然气燃料)半预混燃烧的形式来降低火焰温度从而降低NOx有害气体的排放和污染。此类燃烧室在高压试验中会出现由于火焰不稳定性引起的热声振荡、贫油熄火以及由于燃料多样性(例如有氢气，乙烷，丙烷等活泼燃料)引起的回火现象。现有技术主要通过采用收敛通道形状的收敛外环来对半预混通道内气体加速从而减少回火危险(如图1、2所示)，图1中半预混通道的中心体20的半径沿轴向进气的方向逐渐减小，且半预混通道的燃烧室头部外环壁10的半径沿轴向进气的方向逐渐减小，从而使半预混通道整体呈收敛通道形状，图2中半预混通道的中心体20的半径沿轴向进气的方向保持不变，而半预混通道的燃烧室头部外环壁10的半径沿轴向进气的方向先减小或增大，从而使半预混通道整体呈收敛通道形状。上述半预混通道的收敛通道形状见于西屋燃烧室、通用电气公司燃烧室。现有技术为减少回火危险，还通过采用收敛通道形状的扩张内环来对半预混通道内气体加速从而减少回火危险(如图3所示)，半预混通道的中心体20的半径沿轴向进气的方向逐渐增加，而半预混通道的燃烧室头部外环壁10的半径沿轴向进气的方向先减小或增大，从而使半预混通道整体呈收敛通道形状。上述半预混通道的收敛通道形状见于阿尔斯通(现安萨尔多)燃烧室。图2、3所示的收敛形半预混通道，其掺混区都采用了扩张的张角与燃烧室相连，此举还进一步地有利于降低总压损失。[0003]虽然图1、2、3所示的现有半预混通道的设计形状，虽然其出发点都是为了减少回火危险，但是三种结构设计都存在缺陷和不足：对于图1所示的收敛形半预混通道而言，如图4所示，其外环收敛形状并未完全防止回火现象，在靠近中心体尖头的地方仍有高温区存在，虽然一般可借助冷气吹扫方式消除该高温区，然而该形状的问题在于，掺混通道内速度较高，在靠近燃烧室的掺混段没有扩张角，