专利摘要

专利摘要

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。

权利要求

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燃料进入预混燃烧室的半预混通道，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以降低回火危险，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；

所述上游收敛段与中心体之间的空间形成所述半预混通道的上游收敛通道，所述上游收敛通道整体呈外环收敛内环扩张的形式，用以对来流进行加速从而减少燃烧室回火危险；

所述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，所述下游外环扩张段整体呈外环扩张结构，使得火焰面外扩从而留给回流区足够发展空间。

2.根据权利要求1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。

3.根据权利要求1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。

4.一种预混燃烧室，其特征在于，所述预混燃烧室的火焰前头部设置权利要求1至3任一项所述的半预混通道结构。

说明书

技术领域

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

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。

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，导致了火焰在下游的张角较小，限制了回流区的大小，此回流区为轴向狭长的形状，易于上下窜动，引起燃烧不稳定性，并最终导致熄火，所以一般使用时都保证轴向进口速度较低，而此举又限制了燃烧室的功率载荷。对于图2所示的收敛形半预混通道而言，如图5所示，为了降低总压损失而在掺混段末端增加的扩张角，虽然使得火焰外扩留给了中心回流区足够空间发展，但是也带来了极大的回火危险，主要表现在如果扩张角设的过小，则会导致回流区不稳定，不能稳火，而如果扩张角设的过大，则会导致当地速度低，回火危险大，此外，中心体也没有产生回流区来稳定火焰。对于图3所示的收敛形半预混通道而言，如图6所示，增加内环半径会在下游增加一个钝体诱导的回流区，然而由于该中心体轴向位置靠近上游，在燃烧室下游产生的火焰会极容易“截断”两个回流区(由于火焰加速的作用)，同时靠近上游由于中心体产生的回流区会沿着周向移动，这个驱动力是由于上游所用的旋流掺混产生的切向速度；下游火焰面由于不停的有中心体产生回流区向下游发展引起火焰面面积变化而导致有热声振荡源，另一点是火焰面当地高温会产生热斑，高温引起了NOx的增加。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提出了一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，可以调整半预混通道长度以配合整机燃烧室的长度与排放要求，半预混通道中心体的形状设置可减少回火危险同时增加火焰稳定性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

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。

优选地，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。由于所述上游收敛通道为外环收敛内环扩张的结构形式，该结构形式可对来流进行加速从而减少燃烧室回火危险。

优选地，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，该结构形式可保证火焰面外扩，留给回流区足够空间，增加了火焰稳定性。

优选地，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。

优选地，所述中心体的起始端的端头外围设置有旋流器。

根据本发明的另一方面，还提供了一种包括上述半预混通道结构的预混燃烧室。

同现有技术相比，本发明的预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构具有显著的技术优点：(1)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；(2)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并增加火焰稳定性；(3)中心体设置为轴向扩张形式可降低回火危险；(4)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。

附图说明

图1为现有第一种结构形式的半预混通道结构示意图；

图2为现有第二种结构形式的半预混通道结构示意图；

图3为现有第三种结构形式的半预混通道结构示意图；

图4为第一种结构形式的半预混通道及燃烧室中的流场速度及温度分布示意图，其中，(A)为速度云图，(B)为温度云图；

图5为第二种结构形式的半预混通道及燃烧室中的流场速度及温度分布示意图，其中，(A)为速度云图，(B)为温度云图；

图6为第三种结构形式的半预混通道及燃烧室中的流场速度及温度分布示意图，其中，(A)为速度云图，(B)为温度云图；

图7为本发明的预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构示意图；

图8为本发明的半预混通道及燃烧室中的流场速度及温度分布示意图，其中，(A)为速度云图，(B)为温度云图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

如图7、8所示，本发明的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10，燃烧室头部外环壁10的中心处同轴设置一中心体20，燃烧室头部外环壁10与中心体20之间的空间形成进入预混燃烧室30的燃料的半预混通道，燃烧室头部外环壁10沿其轴向长度方向分为上游收敛段11和下游扩张段12，上游收敛段11的半径沿轴向进气的方向逐渐减小，下游扩张段12的半径沿轴向进气的方向逐渐增大，且上游收敛段11的轴向长度大于下游扩张段12的轴向长度；中心体20的半径沿轴向进气的方向逐渐增大，且中心体20的与预混燃烧室交界处的末端形成一内凹的曲面端头21。

燃烧室头部外环壁10的上游收敛段11与中心体20之间的空间形成半预混通道的上游收敛通道。由于上游收敛通道为外环收敛内环扩张的结构形式，该结构形式可对来流进行加速从而减少燃烧室回火危险。燃烧室头部外环壁10的下游扩张段12与中心体20之间的空间形成半预混通道的下游外环扩张段，该结构形式可保证火焰面外扩，留给回流区足够空间。中心体20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。优选地，中心体20的起始端的端头外围设置有旋流器。

本发明的预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构中，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20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21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。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。