【技术实现步骤摘要】
本公开的至少一个实施例涉及能源与动力，尤其涉及一种燃烧器及其燃烧不稳定抑制方法。
技术介绍
1、燃烧不稳定是发展先进燃气轮机燃烧室、火箭发动机和航空发动机加力燃烧室等燃烧系统中的主要挑战，尤其是在以降低nox排放为目标的贫预混燃烧系统中，燃烧不稳定问题尤为严重。热声不稳定源于非稳态释热场、压力场和流场等多物理场之间动态耦合，通常表现为高振幅的声压和释热振荡。这种振荡会导致燃烧室壁面承受周期性的热负荷，进而引发机械振动，影响发动机性能，甚至可能导致火焰发生回火、吹熄，并最终损坏燃烧室结构。
2、目前，抑制热声不稳定的方法可以分为被动抑制和主动抑制两种方式，被动抑制是指通过优化燃烧器结构和配风方式，减少燃烧过程对声波干扰的敏感性，或通过增加消声装置来吸收声能，从而抑制声波的增幅。被动抑制方法通常仅适用于特定燃烧室的单一频率，且多针对某种类型的燃烧器开发，开发周期长且成本昂贵。主动抑制通过传感器、控制器、执行器组成的控制系统对热声不稳定进行抑制。考虑到经济性、可靠性、研发周期等因素，主动控制在抑制实际燃烧系统的热声不稳定方面被认为有较好的前景。
3、相关技术中，主动控制技术常用的执行器包括动圈式扬声器和燃料调节阀。动圈式扬声器通过调节燃烧室内的压力扰动，进而改变热声振荡特性以抑制燃烧不稳定。然而，由于实际燃烧系统处于高温高压环境，动圈式扬声器无法直接应用，且若要实现较大功率，扬声器体积将变得非常庞大，且不适用于燃料种类灵活的系统。燃料调节阀通过调节燃料供应，改变燃烧系统的热释放波动，从而抑制其与声压之间的耦合。
技术实现思路
1、有鉴于此，本公开提供了一种燃烧器及其燃烧不稳定抑制方法，能够抑制燃烧振荡。
2、作为本公开实施例的一个方面，提供了一种燃烧器，包括：燃烧室，适用于供预混气体燃烧；预混管，与所述燃烧室同轴并与所述燃烧室连通，适用于在所述燃烧室的第一轴向方向上向所述燃烧室通入预混气体；第一抑制组件，适用于使所述预混气体在所述预混管内产生第一湍流涡，以及在所述燃烧室内产生第二湍流涡，并调节所述第一湍流涡与所述第二湍流涡之间的相对时间延迟，改变所述预混气体在所述燃烧室内的轴向流场分布；以及第二抑制组件，可调节地安装在所述燃烧室的侧壁上，适用于向所述燃烧室内通入空气，使所述空气在所述燃烧室内形成第三湍流涡，以改变所述燃烧室内预混气体的径向和周向流场分布，抑制燃烧振荡。
3、根据本公开的实施例，所述第一抑制组件包括：连接杆，同轴地插入所述预混管内，所述连接杆靠近所述燃烧室的端部设有钝体；第一旋流器，沿所述连接杆的轴向方向可滑动地的安装在所述连接杆与所述预混管之间，所述预混气体经所述第一旋流器产生第一湍流涡，产生所述第一湍流涡的预混气体在所述钝体的作用下，在所述燃烧室内产生所述第二湍流涡；调节单元，适用于调节所述第一旋流器与所述钝体之间的距离，改变第一湍流涡和所述第二湍流涡之间的相对时间延迟，以抑制燃烧振荡。
4、根据本公开的实施例，所述第一旋流器的至少一部分为铁磁性材料；所述调节单元包括：磁性件，设置于所述预混管的外表面；位置调节器，适用于驱动所述磁性件沿所述第一轴向方向平移，使所述磁性件通过磁力驱动所述第一旋流器滑动，调节所述第一旋流器与所述钝体之间的距离。
5、根据本公开的实施例，所述第一旋流器包括：轮毂，可滑动地套设于所述连接杆上；多个第一旋流叶片，设置于所述轮毂的外表面与所述预混管的内表面之间，并且相对于所述第一轴向方向和所述轮毂的第一径向方向均倾斜地设置，使所述预混气体产生所述第一湍流涡第一旋流叶片。
6、根据本公开的实施例，所述第二抑制组件包括：至少一对第二旋流器，每对所述第二旋流器布置在所述燃烧室的径向的两端，每个所述第二旋流器被构造成朝向所述预混气体燃烧产生的火焰通入所述空气，并使所述空气在所述燃烧室内产生所述第三湍流涡。
7、根据本公开的实施例，每个所述第二旋流器包括：筒体部，所述筒体部的第一端开口，所述管体部的第二端封堵并伸入所述燃烧室内；管型部，所述管型部从所述燃烧室的内壁朝向靠近所述火焰的方向延伸，与所述筒体部同轴且间隔地套设在所述筒体部的外围；以及多个第二旋流叶片，连接于所述管型部与所述筒体部之间，并且相对于所述筒体部的第二轴向方向和第二径向方向均倾斜地设置；其中，位于多个所述第二旋流叶片与所述燃烧室的内壁之间的所述筒体部上形成多个通孔，来自外部的空气经所述筒体部的第一端流入，穿过多个所述通孔经多个所述第二旋流叶片扰流后，在所述燃烧室内产生所述第三湍流涡。
8、作为本公开实施例的另一个方面，提供了一种上述任一种燃烧器的燃烧不稳定抑制方法，包括：
9、通过所述预混管向所述燃烧室通入预混气体并点燃，使所述预混气体在所述燃烧室内产生第一火焰；
10、通过第二抑制组件向所述燃烧室内通入空气，并使所述空气在所述燃烧室内形成第三湍流涡，改变所述燃烧室内的径向和周向流场分布，使所述预混气体在所述燃烧室内的燃烧由第一火焰转变为第二火焰；
11、在所述第二火焰的声压幅值超过预设值的情况下，调整通入所述空气的流速，使所述声压幅值保持所述预设值以下。
12、根据本公开的实施例，所述通过所述预混管向所述燃烧室通入预混气体并点燃之前，还包括：
13、向拆除所述第一旋流器和第二抑制组件，并将用于安装所述第二抑制组件的安装孔密封后的燃烧室内，通过所述预混管通入所述预混气体并点燃，使所述预混气体在所述燃烧室内产生第三火焰；
14、获取所述第三火焰的动态压力频谱图，以确定所述第一旋流器的第一特征尺寸和第二抑制组件的第二旋流器的第二特征尺寸，其中，第一特征尺寸为所述第一旋流器的第一旋流叶片在轮毂的第一轴向方向上的尺寸，所述第二特征尺寸为所述第二旋流器的多个第二旋流叶片在筒体部的第二轴向方向上的尺寸。
15、根据本公开的实施例，上述燃烧不稳定抑制方法还包括：
16、多次调整所述流速，所述第二火焰的声压幅值仍超过预设值的情况下，获取所述第二火焰的第二动态压力频谱图，以根据所述第二动态压力频谱图得到所述第二火焰的声压幅值与预设值之间的偏差；以及
17、根据所述偏差调整所述第一抑制组件中第一旋流器与钝体之间的距离，以改变所述第一旋流器产生的第一湍流涡与所述钝体产生的第二湍流涡之间的相对时间延迟，从而改变所述预混气体在所述燃烧室内的轴向流场分布，使所述声压始终低于所述预设值。
18、根据本公开的实施例，所述根据所述偏差调整所述第一抑制组件中第一旋流器与钝体之间的距离，包括：
19、根据所述偏差计算所述第一旋流器在轴向方向上的偏移量，包括：
20、u(t)=kpe(t)+ki+kd；
21、其中，u(t)为偏移量；为偏差；t表示时间；kp为比例增益，kp的取值范围为1.0-3.0；ki为积分增益，k本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃烧器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第一抑制组件包括：
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述第一旋流器的至少一部分为铁磁性材料；
4.根据权利要求2或3所述的燃烧器，其特征在于，所述第一旋流器包括：
5.根据权利要求1-3中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述第二抑制组件包括：
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，每个所述第二旋流器包括：
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的燃烧器的燃烧不稳定抑制方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的燃烧不稳定抑制方法，其特征在于，所述通过所述预混管向所述燃烧室通入预混气体并点燃之前，还包括：
9.根据权利要求7所述的燃烧不稳定抑制方法，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求9所述的燃烧不稳定抑制方法，其特征在于，所述根据所述偏差调整所述第一抑制组件中第一旋流器与钝体之间的距离，包括：
【技术特征摘要】
1.一种燃烧器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第一抑制组件包括：
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述第一旋流器的至少一部分为铁磁性材料；
4.根据权利要求2或3所述的燃烧器，其特征在于，所述第一旋流器包括：
5.根据权利要求1-3中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述第二抑制组件包括：
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，每个所述第二旋流...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉龙娟，邵卫卫，撒博文，王中豪，徐祥，
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：
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