一種出口帶旋流葉片的液化氣燃燒室的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種使用液化氣燃料的燃燒室，特別涉及一種出口帶旋流葉片的液化氣燃燒室
【背景技術】
[0002]單管燃燒室概念源自燃氣輪機燃燒室，以其結構簡單、燃燒穩定、燃燒效率高、點火范圍寬、易于操作、安全可靠等特點，在熱能工程、金屬冶金、科研實驗等領域有著廣泛的應用。特別地，單管燃燒室可以作為熱源，用以加熱蜂窩體蓄熱器、換熱管等換熱設備。
[0003]目前單管燃燒室一般采用燃燒室頭部和火焰筒的結構形式。燃燒室頭部通過旋流器、徑向孔等方式使進入燃燒室的空氣產生周向動量，并在這一過程中完成燃料與空氣的摻混。空氣在離心力的作用下作擴散流動，使燃燒室中心區域出現負壓梯度，該壓力梯度促使下游氣體產生向燃燒室進口流動的區域，從而形成中心回流區。回流作用將下游的高溫燃氣帶入回流區，起到穩定的點火源的作用。
[0004]盡管有頭部旋流器的存在，但經過燃燒的劇烈釋熱過程后，由于加熱膨脹過程，在燃燒室出口處的旋流強度已大幅減弱。現有單管燃燒室為了避免突出物受到火焰筒內高溫燃氣的熱沖擊，一般將火焰筒內壁設計為光滑且順流的型面。這種情況下，燃燒后的高溫燃氣以接近射流的方式從單管燃燒室排出，以較高的流速和集中的氣流，與燃燒室后換熱設備直接進行強烈的沖擊換熱，下游換熱設備將承受極高的熱負荷，換熱均勻程度也較差。
[0005]本發明立足工程實際應用，借鑒旋流器產生擴張氣流的思路，在燃燒室出口前設計了帶有氣膜冷卻的旋流葉片，用以使燃燒后的高溫燃氣產生合適的旋流，以便在燃燒室出口沿徑向作擴張流動，使高溫燃氣在大的徑向范圍均勻分布，避免出現射流，提高換熱均勻度，降低下游換熱設備熱負荷，提高設備壽命。同時，出口旋流和燃燒室頭部旋流器耦合，增強了火焰筒內的旋流強度，縮短火焰長度，使設備更加緊湊，節省空間。考慮到工程實際，本發明設計的液化氣噴嘴具有較好通用性，針對不同廠家液化氣成分不同，都可保持穩定燃燒。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是:克服現有單管燃燒室技術的不足，提供一種出口帶旋流葉片的液化氣燃燒室，通過與燃燒室軸向成一定夾角的旋流葉片，使燃燒后的高溫燃氣產生偏轉，并形成合適的旋流，在燃燒室出口形成擴張流動，從而避免了在燃燒室出口形成強烈的射流，減小了對下游換熱設備的熱沖擊。旋流葉片采用氣膜冷卻方式，與火焰筒冷卻結構耦合，保證了冷卻效果，提高葉片使用壽命。燃燒室設計了帶有防回火的斜向孔噴嘴，可適用于包含液化氣在內的氣態燃料，具有很寬的燃料擴展性。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種出口帶旋流葉片的液化氣燃燒室，采用單管圓筒燃燒室結構，由液化氣噴嘴、燃燒室機匣、火焰筒和旋流葉片構成；燃燒室空氣進口與燃燒室機匣采用焊接連接，用于引導空氣進入燃燒室；液化氣燃料通過噴嘴的斜向小孔進入燃燒室頭部；占總空氣量55?75%的空氣從內旋流器和外旋流器進入燃燒室直接參與燃燒，通過內旋流器產生的旋流完成與液化氣的摻混，通過外旋流器產生的旋流形成回流區以穩定火焰。采用沖擊壁-發散壁與葉片氣膜孔耦合的方法實現火焰筒和旋流葉片的冷卻。依靠電火花點火器點火，在火焰筒內完成燃燒。其中，外旋流器與燃燒室出口旋流葉片的旋向相同，旋流的耦合加強了火焰筒內旋流強度，縮短了火焰長度；燃燒所產生的高溫燃氣經過旋流葉片時產生較強的旋流流動，從燃燒室出口排出并形成擴張氣流，增大出口燃氣在空間上的徑向分布。
[0008]其中，所述旋流葉片的材料為不銹鋼，與火焰筒焊接連接，在火焰筒沿周向均勻分布6?15個，其與火焰筒軸向所成夾角為30?75°，其安裝位置距燃燒室出口的距離與火焰筒長度之間的比例為0.1?0.4。
[0009]其中，所述旋流葉片的基本形狀類似扇形，其外半徑與火焰筒直徑之間的比例為
0.53?0.6，內半徑與火焰筒直徑之間的比例為0.2?0.4，葉片型面夾角為30?60°。旋流葉片采用空心結構，壁厚為O?2_，壁面間距離與氣膜冷卻孔直徑之間的比例為I?5倍，葉片厚度與壁面間距離的比例為I?2。
[0010]其中，所述旋流葉片采用氣膜冷卻方式，氣膜孔直徑為0.4?2mm，同一排氣膜孔間距為直徑的2?4倍。其正對高溫燃氣的方向開有4?10個葉尖氣膜孔；高溫燃氣流經的一面開有4?10排正面氣膜孔，每排5?10個；另一面開有3?7背面氣膜孔；葉片底面開有4?10個氣膜孔。
[0011]其中，所述液化氣噴嘴的材料為不銹鋼，其錐面有12?20個直徑0.4?Imm的斜向孔，斜向孔張角為30?60°。液化氣從斜向孔噴射進入內旋流器。噴嘴前端開有I個吹掃孔，直徑0.4?2mmο
[0012]其中，采用旋流器作為火焰穩定結構，所述內旋流器和外旋流器的旋向相反。
[0013]其中，所述沖擊發散壁冷卻結構，沖擊壁開有15?25排沖擊孔，孔徑0.4?2mm，孔間距與孔徑的比例為5?10倍，孔排距與孔徑的比例為5?10倍，采用叉排排列。發散壁開有25?50排沖擊孔，孔徑0.4?2mm，孔間距與孔徑的比例為2?5倍，孔排距與孔徑的比例為2?5倍，采用叉排排列。沖擊壁與發散壁之間的間距與孔徑的比例為I?3倍。
[0014]其中，所述燃燒室頭部的空氣量占燃燒室總氣量的55?75%，其中內旋流器與外旋流器的空氣分配比例為0.15?0.4。
[0015]其中，所述沖擊-發散壁與葉片氣膜孔耦合的冷卻結構的空氣量占燃燒室總氣量的25?45%，其中沖擊-發散壁與葉片氣膜孔的空氣分配比例為I?1.5。
[0016]本發明的工作原理:在燃燒室出口前設計了一組旋流葉片，葉片與燃燒室軸向成一定夾角，燃燒后的高溫燃氣經過旋流葉片時產生偏轉，形成合適的旋流，在燃燒室出口形成擴張流動，從而避免了在燃燒室出口形成強烈的射流，減小了對下游換熱設備的熱沖擊。旋流葉片采用氣膜冷卻方式，在正對高溫燃氣沖擊的葉尖和葉片正面，布置了較多的葉尖氣膜孔。氣膜孔空氣從氣膜孔流出后在葉片表面形成冷卻氣膜，隔絕了高溫燃氣。旋流葉片氣膜冷卻與火焰筒冷卻結構耦合，保證了冷卻效果，提高葉片使用壽命。燃燒室設計了帶有防回火的斜向孔噴嘴，可適用于包含液化氣在內的氣態燃料，具有很寬的燃料擴展性。
[0017]本發明與現有技術相比具有的優點如下:
[0018](I)本發明的燃燒室采用旋流葉片引導燃燒后的高溫燃氣流動，能夠使燃氣流動發生偏轉并形成合適的旋流，在燃燒室出口形成擴張流動，從而降低了對下游換熱設備的熱沖擊；
[0019](2)燃燒室頭部外旋流器與燃燒室出口旋流葉片的旋向相同，旋流的耦合加強了火焰筒內旋流強度，縮短了火焰長度；
[0020](3)本發明采用帶有防回火的斜向孔噴嘴，該噴嘴結構簡單，維護方便，可適用于包含液化氣在內的氣態燃料，具有很寬的燃料擴展性。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的出口帶旋流葉片的液化氣燃燒室結構示意圖；
[0022]圖2為本發明的出口帶旋流葉片的燃燒室進氣方式示意圖；
[0023]圖3為本發明的出口帶旋流葉片的燃燒室火焰筒結構示意圖；
[0024]圖4為本發明的旋流葉片安裝示意圖；
[0025]圖5為本發明的旋流葉片結構示意圖，其中，圖(a)為旋流葉片正等軸測視圖，圖(b)為旋流葉片前視圖，圖(C)為旋流葉片后圖，圖(d)為旋流葉片俯視圖；
[0026]圖6為本發明的防回火氣體燃料噴嘴結構示意圖；
[0027]圖7為本發明的燃燒室頭部旋流器旋向示意圖；
[0028]圖中:I為液化氣供應路，2為液化氣供應路安裝法蘭，3為燃燒室機匣，4為液化氣噴嘴，5為燃燒室頭部，6為電火花點火器，7為火焰筒，8為旋流葉片，9為發散壁安裝法蘭，10為沖擊壁安裝法蘭，11為空氣供應路，12為頭部隔離段，13為外旋流器，14為頭部擋濺盤，15為發散壁，16為沖擊壁，17為點火器浮動套，18為沖擊孔，19為發散孔，20為內旋流器，21為旋流葉片氣膜孔，22為火焰筒內徑，23為沖擊壁與發散壁間距，24為火焰筒長度，25為旋流葉片距燃燒室出口距離，26為旋流葉片與火焰筒軸向夾角，27為葉尖氣膜孔，28為葉片正面氣膜孔，29為葉片外半徑，30為葉片內半徑，31為葉片背面氣膜孔，32為葉片型面夾角，33為葉片底部氣膜孔，34為葉片內壁面間距，35為葉片厚度，36為噴嘴斜向孔，37為噴組吹掃孔，38為噴嘴斜向孔張角。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖及【具體實施方式】詳細介紹本發明。
[0030]如圖1-7所示本實施例所述的一種出口帶旋流葉片的液化氣燃燒室，采用單管圓筒燃燒室結構，整體采用不銹鋼材料，由液化氣噴嘴4、燃燒室機匣3、火焰筒7和旋流葉片8構成。液化氣燃料通過噴嘴4的斜向小孔進入燃燒室頭部。空氣從燃燒室空氣進口 11進入燃燒室，一部分空氣從內旋流器20和外旋流器13進入燃燒室直接參與燃燒，通過內旋流器20產生的旋流完成與液化氣的摻混，通過外旋流器13產生的旋流形成回流區以穩定火焰。一部分空氣依次從沖擊壁16、發散壁15與葉片氣膜孔21進入火焰筒并進行冷卻。依靠電火花點火器6點火，在火焰筒7內完成燃燒。燃燒所產生的高溫燃氣經過旋流葉片8時產生較強的旋流