一体化设计的富氢燃烧室头部制造技术

本公开提供了一种一体化设计的富氢燃烧室头部，包括：喷嘴和多个掺混器，喷嘴第一端与所述燃烧室相连，多个掺混器分别嵌设于喷嘴的第一端，且多个所述掺混器均匀分布；掺混器包括：尾缘、两个第一侧面、第二侧面和前缘，尾缘设有至少一个喷射孔；两个第一侧面的第一端分别与所述尾缘相连呈翼型结构；前缘与侧面的第二端相连；两个第一侧面和第二侧面围成的腔体可作为燃料集气室或布置液体燃料喷嘴管路进行多燃料掺混。本公开喷嘴与掺混器组成的一体化结构能够在掺混区域产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，确保燃料与空气完全混合前无自点火和回火发生。

【技术实现步骤摘要】
一体化设计的富氢燃烧室头部
本公开涉及先进燃机领域，尤其涉及一种一体化设计的富氢燃烧室头部。
技术介绍
富氢燃料根据其来源可以分为三类：焦炉煤气、炼厂气和合成气。焦炉煤气含有氢气与氮气。炼厂气的氢气体积分数含量可以高达90％。合成气氢气体积分数含量可高达50％。由于各地小工厂中的炼厂气与合成气来源很多，焦炉煤气需要进行处理后再利用，所以研究富氢燃机燃烧室具有战略意义，可以对资源进行再次利用降低运营成本。但目前用于氢气的燃烧室还存在很多的问题，如没有一个径向和/或轴向旋流器可以在不掺天然气的情况下稳定运行。这基本意味着从现有贫预混燃烧室改造之路存在大量隐患，同时由于掺入气体的来源，也可能造成高成本。再比如，燃烧室结构复杂，设计与试验成本高，大量修改燃烧室将会引起整机布局改变，但重头设计燃烧室不现实。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种一体化设计的富氢燃烧室头部，从化学机理出发，通过设计火焰位置，在不修改整机布局的基础上修改燃烧室，调整氢气燃烧室的气动燃烧布局以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种一体化设计的富氢燃烧室头部，包括：喷嘴，所述喷嘴第一端与所述燃烧室相连；多个掺混器，分别嵌设于喷嘴的第一端，且多个所述掺混器均匀分布；相邻两个掺混器间为来流空气与氢气的掺混区域，所述掺混器包括：尾缘，设有至少一个喷射孔；至少两个第一侧面，两个所述第一侧面的第一端分别与所述尾缘相连呈翼型结构；前缘，与所述侧面的第二端相连。在本公开的一些实施例中，所述掺混器还包括：第二侧面，同时与所述第一侧面、所述尾缘和所述前缘相连，且所述第二侧面与所述喷嘴外壁相贴合。两个第一侧面和第二侧面围成的腔体作为燃料集气室或布置液体燃料喷嘴管路进行多燃料掺混。在本公开的一些实施例中，所述第一侧面为三角形结构，以减弱燃料卷吸进空气轴向涡的阻力，并增加了尾缘处横向涡。在本公开的一些实施例中，所述尾缘为矩形，且所述尾缘与水平面呈一夹角，可减弱燃料卷吸进空气轴向涡的阻力，并增加了尾缘处横向涡。在本公开的一些实施例中，所述尾缘为三角形，且所述尾缘与水平面相垂直。在本公开的一些实施例中，所述第一侧面的夹角为θ，其中，θ≤30°。在本公开的一些实施例中，所述掺混器的长为L，所述掺混器的宽为b，所述长宽比L/b为1～2，以使轴向涡强度较大而压降较小。在本公开的一些实施例中，所述掺混器的高为h，所述掺混器的长为L，所述高长比h/L为0.2～1，以使轴向涡强度较大而压降较小。在本公开的一些实施例中，所述第二侧面中锐角夹角为d，其中，d的范围为30～60°，以使轴向涡强度较大而压降较小，且宽度不会过大。在本公开的一些实施例中，每个所述掺混器与所述喷嘴一体化相连。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开一体化设计的富氢燃烧室头部至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本公开喷嘴与掺混器组成的一体化结构能够在掺混区域产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，确保燃料与空气完全混合前无自点火和回火发生。(2)本公开在结构尾缘处设置喷射孔进行燃料喷射，与传统的侧面开孔燃料切向喷射相比，利于减少开孔数量，且掺混效果不受燃烧室负荷影响。(3)本公开的尾缘喷射处采用平面结构，减弱了燃料卷吸进空气轴向涡的阻力，并增加了尾缘处横向涡。(4)通过优化长宽比和高长比的配置，以获得最优的轴向涡强度和较小的压降。附图说明图1为本公开一体化设计的富氢燃烧室头部的装配结构示意图。图2a为图1的局部放大示意图。图2b为图1的自喷嘴向燃烧室向的轴向视图。图2c为图1的自燃烧室向喷嘴向的轴向视图。图3为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的掺混器切面结构示意图。图4a为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的主视结构示意图。图4b为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的俯视结构示意图。图4c为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的侧视结构示意图。图4d为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的俯视图中A-A剖视结构示意图。图5为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部中来流空气的流向示意图。图6为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部中轴向涡产生示意图。图7为本公开第二实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的切面结构示意图。图8a为本公开第二实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的主视结构示意图。图8b为本公开第二实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的俯视结构示意图。图8c为本公开第二实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的侧视结构示意图。图8d为本公开第二实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的的俯视图中B-B剖视结构示意图。图9为本公开第二实施例一体化设计的富氢燃烧室头部中来流空气的流向示意图。图10为本公开第二实施例一体化设计的富氢燃烧室头部中轴向涡产生示意图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】10-掺混器；11-前缘；12-尾缘；121-喷射孔；13-第一侧面；14-第二侧面；20-喷嘴；30-燃烧室；S-掺混区域。具体实施方式本公开提供了一种一体化设计的富氢燃烧室头部，包括：喷嘴和多个掺混器，喷嘴第一端与所述燃烧室相连，多个掺混器分别嵌设于喷嘴的第一端，且多个所述掺混器均匀分布；掺混器包括：尾缘、两个第一侧面、第二侧面和前缘，尾缘设有至少一个喷射孔；两个第一侧面的第一端分别与所述尾缘相连呈翼型结构；前缘与侧面的第二端相连；两个第一侧面和第二侧面围成的腔体可作为燃料集气室或布置液体燃料喷嘴管路进行多燃料掺混。本公开喷嘴与掺混器组成的一体化结构能够在掺混区域产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，确保燃料与空气完全混合前无自点火和回火发生。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种一体化设计的富氢燃烧室头部。图1为本公开一体化设计的富氢燃烧室头部的装配结构示意图。图2a为图1的局部放大示意图。图2b为图1的自喷嘴向燃烧室向的轴向视图。图2c为图1的自燃烧室向喷嘴向的轴向视图。图3为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部的掺混器切面结构示意图。图4a为本公开第一实施例一体化设计的富氢燃烧室头部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体化设计的富氢燃烧室头部，包括：/n喷嘴，所述喷嘴第一端与所述燃烧室相连；/n多个掺混器，分别嵌设于喷嘴的第一端，且多个所述掺混器均匀分布；相邻两个掺混器间为来流空气与氢气的掺混区域，所述掺混器包括：/n尾缘，设有至少一个喷射孔；/n至少两个第一侧面，两个所述第一侧面的第一端分别与所述尾缘相连呈翼型结构；/n前缘，与所述侧面的第二端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种一体化设计的富氢燃烧室头部，包括：
喷嘴，所述喷嘴第一端与所述燃烧室相连；
多个掺混器，分别嵌设于喷嘴的第一端，且多个所述掺混器均匀分布；相邻两个掺混器间为来流空气与氢气的掺混区域，所述掺混器包括：
尾缘，设有至少一个喷射孔；
至少两个第一侧面，两个所述第一侧面的第一端分别与所述尾缘相连呈翼型结构；
前缘，与所述侧面的第二端相连。


2.根据权利要求1所述的一体化设计的富氢燃烧室头部，其中，所述掺混器还包括：
第二侧面，同时与所述第一侧面、所述尾缘和所述前缘相连，且所述第二侧面与所述喷嘴外壁相贴合。


3.根据权利要求1所述的一体化设计的富氢燃烧室头部，其中，所述第一侧面为三角形结构。


4.根据权利要求1所述的一体化设计的富氢燃烧室头部，其中，所述尾缘为矩形，且所述尾缘与水平面呈一夹角。


5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旸，余志健，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11