微预混直喷燃烧室制造技术

本公开提供了一种微预混直喷燃烧室，包括：N个腔体，用于提供空气和氢气，其中，N为大于等于1的整数；至少M个预混管，贯穿于腔体内部，至少有一个预混管与腔体相连通，M为大于等于N的整数；其中，每个预混管包括：预混管空气入口，位于预混管的一端，预混管空气入口伸入腔体内部，预混管空气入口用于通入空气；燃料孔，开设于位于腔体内部的预混管的管壁上，燃料孔用于喷入氢气；气体出口，位于预混管的另一端，气体出口用于将进入预混管内的空气及氢气的混合气体输出；火焰筒，一端与预混管的气体出口相连通，火焰筒的另一端开设有烟气出口，火焰筒用于混合气体的燃烧，并由烟气出口排出。排出。排出。

【技术实现步骤摘要】
微预混直喷燃烧室


[0001]本公开涉及燃气轮机燃烧室
，尤其涉及一种微预混直喷燃烧室。

技术介绍

[0002]采用燃气轮机燃烧氢气是一种典型的氢能利用方式，该方式相对于天然气作为燃料的方式存在一些问题，即，氢气火焰传播速度极快且火焰面更容易发生皱曲(刘易斯数远小于1)，容易发生回火。针对上述问题，目前普遍采用的是基于贫预混加旋流的低污染燃烧方式，但该方式难以燃烧氢气，相关技术中采用微预混直喷射流方式燃烧氢气，然而该种燃烧方式仍然难以避免严重的热声不稳定问题。
[0003]现有的干低微混合燃烧室的基本原理类似于液体火箭，其通过将空气与氢气分别储藏于各自腔室中，在燃烧室中开设较多的空气“窗户”，而天然气切向射于空气中，利用剪切层进行掺混并稳定火焰，火焰稳定于下游两个回流区之间。此外，现有的预混燃烧室还包括一种基于“混合燃料和空气的小尺寸横流冲击射流”的低NO
x
燃氢燃料系统。然而，上述燃烧室也采用预混燃烧方案中的火焰筒为完整壁面，取消了空气扩散孔的设计，同时由于氢气火焰传播速度快且火焰面更容易出现褶皱现象。因而采用上述燃烧方式导致发生的热声不稳定问题极为严重，尤其在高温高压参数下，该燃烧方式严重制约燃烧室的正常稳定运行、影响燃烧室的最终定型。同时该种燃烧室由大量管束焊接而成，焊接工作量大，焊接质量要求高，导致该燃烧室加工成本极高、经济性较差。
[0004]综上所述，现有微预混直喷射流燃烧室燃烧氢气时热声不稳定问题较严重，尤其在高温高压的工况下，其热声问题更为突出。上述问题严重制约燃烧室的正常稳定运行、燃烧室的加工成型难度较大；同时该种燃烧室由大量管束焊接而成，加工工艺复杂，焊接质量要求高，导致上述燃烧室加工成本高、通用性及经济性较差。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本公开提出了一种微预混直喷燃烧室，以至少解决上述现有技术中存在的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为达到上述目的，本公开提供了一种微预混直喷燃烧室，包括：
[0009]N个腔体，用于提供空气和氢气，其中，N为大于等于1的整数；
[0010]至少M个预混管，贯穿于所述腔体内部，至少有一个所述预混管与所述腔体相连通，M为大于等于N的整数；其中，每个所述预混管包括：
[0011]预混管空气入口，位于所述预混管的一端，所述预混管空气入口伸入所述腔体内部，所述预混管空气入口用于通入空气；
[0012]燃料孔，开设于位于所述腔体内部的所述预混管的管壁上，所述燃料孔用于喷入氢气；
[0013]气体出口，位于所述预混管的另一端，所述气体出口用于将进入所述预混管内的
空气及氢气的混合气体输出；
[0014]火焰筒，一端与所述预混管的所述气体出口相连通，所述火焰筒的另一端开设有烟气出口，所述火焰筒用于所述混合气体的燃烧，并由所述烟气出口排出。
[0015]在本公开的一些实施例中，所述腔体包括：
[0016]隔板，将所述腔体沿第一方向依次分隔为空气腔和氢气腔，所述第一方向由所述预混管空气入口指向所述气体出口；其中，所述空气腔与所述氢气腔相互密闭；
[0017]其中，所述空气腔和所述氢气腔成组设置，所述空气腔用于为微预混直喷燃烧室提供所述空气；所述氢气腔用于提供氢气。
[0018]在本公开的一些实施例中，N个所述腔体为串联一体成型的空腔。
[0019]在本公开的一些实施例中，所述隔板上开设有通孔，所述通孔用于使所述预混管通入所述腔体内，所述通孔数目等于与所述腔体相连通的预混管的数目。
[0020]在本公开的一些实施例中，至少有一个所述预混管与所述腔体相连通包括：
[0021]所述预混管空气入口与所述空气腔相连通；
[0022]所述预混管的燃料孔与所述氢气腔相连通。
[0023]在本公开的一些实施例中，所述燃料孔的孔径小于3mm，所述燃料孔的轴线与所述腔体的轴线的夹角为0～90
°
。
[0024]在本公开的一些实施例中，所述火焰筒包括：
[0025]收缩段，所述收缩段的第一端与所述烟气出口相连通，所述收缩段的第二端与外部设备相通，所述收缩段的第一端的直径大于所述收缩段的第二端的直径。
[0026]在本公开的一些实施例中，所述微预混直喷燃烧室通过激光熔融3D打印一体成型。
[0027]在本公开的一些实施例中，所述预混管在所述微预混直喷燃烧室截面上看，为沿径向的交错排列或为沿周向交错排列。
[0028]在本公开的一些实施例中，多个所述隔板将所述腔体沿第一方向依次分隔为多个所述空气腔和多个所述氢气腔，且多个所述空气腔和多个所述氢气腔交错布置。
[0029](三)有益效果
[0030]从上述技术方案可以看出，本公开的微预混直喷燃烧室至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0031](1)本公开中的微预混直喷燃烧室通过多组腔体实现两种或多种掺混长度，由于掺混长度决定火焰时滞，而火焰时滞又决定火焰热释放率波动相位，上述方式可改变总火焰热释放率相位，以与燃烧室的压力波动错位，进而抑制热声不稳定现象的发生。
[0032](2)本公开中的微预混直喷燃烧室无需额外增加热声的主控制措施及被动控制措施，可有效降低并改善热声特性的成本、采用新型的燃烧室本体结构提高燃烧室的气动性能。
[0033](3)本公开中的微预混直喷燃烧室的结构可采用选择性激光熔融打印技术一体化成型，相对于机械加工来说，该一体化成型的方式简化了加工工艺，提高了加工效率，且可通过较低加工成本即可实现复杂几何造型的生产，通用性及经济性较高，且针对该微预混直喷燃烧室结构的一体化成型技术可进一步提高燃烧室的耐温能力。
附图说明
[0034]图1是本公开实施例中的微预混直喷燃烧室的立体图；
[0035]图2是本公开实施例中的微预混直喷燃烧室的主视图；
[0036]图3是本公开实施例中的微预混直喷燃烧室的右视图；
[0037]图4是图2的A
‑
A向剖视图；
[0038]图5是图2的B
‑
B向剖视图；
[0039]图6是图2的C
‑
C向剖视图；以及
[0040]图7是图2的D
‑
D向剖视图。
[0041]【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
[0042]11
‑
空气腔；
[0043]12
‑
氢气腔；
[0044]13
‑
隔板；
[0045]21
‑
预混管空气入口；
[0046]22
‑
燃料孔；
[0047]24
‑
左侧腔体内的预混管；
[0048]25
‑
右侧腔体内的预混管；
[0049]3‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微预混直喷燃烧室，包括：N个腔体，用于提供空气和氢气，其中，N为大于等于1的整数；至少M个预混管，贯穿于所述腔体内部，至少有一个所述预混管与所述腔体相连通，M为大于等于N的整数；其中，每个所述预混管包括：预混管空气入口，位于所述预混管的一端，所述预混管空气入口伸入所述腔体内部，所述预混管空气入口用于通入空气；燃料孔，开设于位于所述腔体内部的所述预混管的管壁上，所述燃料孔用于喷入氢气；气体出口，位于所述预混管的另一端，所述气体出口用于将进入所述预混管内的空气及氢气的混合气体输出；火焰筒，一端与所述预混管的所述气体出口相连通，所述火焰筒的另一端开设有烟气出口，所述火焰筒用于所述混合气体的燃烧，并由所述烟气出口排出。2.根据权利要求1所述的微预混直喷燃烧室，其中，所述腔体包括：隔板，将所述腔体沿第一方向依次分隔为空气腔和氢气腔，所述第一方向由所述预混管空气入口指向所述气体出口；其中，所述空气腔与所述氢气腔相互密闭；其中，所述空气腔和所述氢气腔成组设置，所述空气腔用于为微预混直喷燃烧室提供所述空气；所述氢气腔用于提供氢气。3.根据权利要求1所述的微预混直喷燃烧室，其中，N个所述腔体为串联一体成型的空腔。4.根据权利要求2所述的微预混直喷...

【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：