用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置及火焰稳燃方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机燃烧室技术领域，特别是涉及一种用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置及火焰稳燃方法。
【背景技术】
[0002]燃气轮机由于具有结构简单、单机功率大、重量尺寸小、机动性好等优点，被广泛的应用于航空、船舶、电力、石油等诸多工业领域。燃烧室作为燃气轮机的主要部件，在结构上具有基本相同的特征，燃烧室的结构形式是基于燃烧室工作时的气动热力方面因素和燃烧过程所遵循的基本规律这两个方面的共同要求来考虑和设计的，气动热力方面因素例如燃烧室出口温度、稳定性、启动点火、燃烧效率、耐久性、污染排放特性等。燃烧室主要的功能是扩压降速、燃料准备，形成低速区或回流区稳定火焰。燃烧室头部结构的优化设计、先进燃油雾化方式和先进燃烧室冷却技术是解决上述技术挑战的重要途径。
[0003]根据燃烧理论，要在高速气流中稳定火焰，必须在火焰筒内部至少是一些空间点处构造局部气流速度与该处可燃混合气的火焰传播速度相等的区域，即通常所称的点火源。在燃烧室中，火焰稳燃装置的设计要点是构造低速流动区域。常用的构造低速流动区域的方法可分为两种，一种是采用实体结构，如强旋流、突扩、凹槽等，另一种则采用气动结构，如逆向喷射、横向喷射等。现有的构造低速流动区域的方法只能形成一个驻涡，稳定燃烧的能力非常有限。
[0004]火焰稳燃装置在燃烧室中的作用可归纳为以下三点:I)在火焰筒头部形成回流区，降低进入燃烧室的气流速度，从而在火焰筒头部形成稳定的着火源，保证燃烧室平稳可靠地工作;2)与压力雾化喷嘴配合，在促进燃油破碎雾化方面发挥着重要作用;3)为火焰筒头部提供适量空气，保证头部具有适合的过量空气系数。由此可见，作为燃烧室火焰筒的重要组件，火焰稳燃装置对燃烧室的工作性能有着全面的影响，对燃烧室整体性能的提升有极大的促进作用。现有的燃烧室结构只能形成一个驻涡，稳定燃烧的能力非常有限。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种能够实现两个驻涡，具有更好的稳燃能力的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置及火焰稳燃方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置，燃烧室的前壁部上设有喷嘴，所述火焰稳燃装置包括多个设置于所述燃烧室的前壁部上的通气钝体，多个所述通气钝体围绕所述喷嘴的外侧面均匀布置;所述通气钝体的进气端面上设有与所述燃烧室的内部连通的通气流道，所述通气流道从所述喷嘴的外部沿着所述喷嘴的径向向外延伸;所述通气流道沿着气体流通方向逐渐向外扩张。
[0007]优选地，所述通气流道的出气口所在的径向截面与所述前壁部垂直。
[0008]优选地，所述通气流道的出气口处于所述燃烧室的前壁部的内侧面上。
[0009]优选地，每个所述通气钝体包括一端相连接的第一钝体部和第二钝体部，所述第二钝体部相对于所述第一钝体部倾斜设置，所述第一钝体部的另一端与所述第二钝体部的另一端之间形成的开口部朝向喷嘴;所述第一钝体部的进气端面上设有第一流道，所述第二钝体部的进气端面上设有第二流道;所述第一流道与所述第二流道连通，构成通气流道；所述第一流道与所述第二流道之间形成的夹角为流道夹角;所述流道夹角随着所述通气流道的气体流通方向逐渐增大。
[0010]进一步地，所述第一钝体部与所述第二钝体部均为板体，所述第一钝体部的外侧面和第二钝体部的外侧面与所述前壁部之间的夹角均大于90度。
[0011]本发明还涉及一种采用所述的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的火焰稳燃方法，燃烧室的侧面上沿着周向均匀布置有若干个主燃孔，且若干个所述主燃孔处于所述燃烧室的中部;喷嘴向所述燃烧室的内部喷入燃油，所述燃烧室的内部进行燃烧反应;所述主燃孔中通入空气，同时，空气也通过所述通气钝体的逐渐向外扩张的通气流道进入所述燃烧室的内部，且形成与所述燃烧室的轴向同向的轴向气流和贴向壁面流动的斜向气流，所述轴向气流形成一级驻涡;斜向气流流动到所述燃烧室的中部时，受到所述主燃孔的空气射流的作用，相互掺混，形成二级驻涡;所述一级驻涡受到所述燃烧室的内部的高温回流的作用，对所述喷嘴喷出的燃油进行预蒸发、预裂解;所述二级驻涡为稳定火焰区域，燃油在所述稳定火焰区域燃烧。
[0012]如上所述，本发明的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置及火焰稳燃方法，具有以下有益效果:
[0013]本发明的火焰稳燃装置具有多个扩张形的通气流道，当气体通过通气流道后形成气流，在通气流道的出气口会出现被风区域，一部分气流是与所述燃烧室的轴向同向的轴向气流，轴向气流会在被风区域形成一级驻涡;从喷嘴喷出来的燃油首先经过一级驻涡，在高温回流的作用下进行预蒸发和预裂解，有助于燃油的雾化和充分燃烧;另一部分气流为贴向壁面流动的斜向气流，斜向气流流动到所述燃烧室的中部时，通过主燃孔的射流作用，相互掺混，形成了二级驻涡区域，二级驻涡作为稳定火焰区域，在稳定火焰区域，燃油大量燃烧，燃烧过程由富油向贫油过渡，稳定火焰区域相当于传统燃烧室的主燃区，使得燃料与空气充分反应。采用本发明的装置能够在燃烧室中形成两个驻涡，本发明的火焰稳燃装置及火焰稳燃方法与现有结构相比具有更好的稳燃能力。
【附图说明】
[0014]图1显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置使用时的结构示意图。
[0015]图2显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的通气钝体的进气端面处的立体结构示意图。
[0016]图3显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的通气钝体的通气流道的出气口处的立体结构示意图。
[0017]图4显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的通气钝体的进气端面处的截面示意图。
[0018]图5显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置的通气钝体的通气流道的出气口处的截面示意图。
[0019]图6显示为本实施例的用于燃气轮机燃烧室的火焰稳燃装置使用时，形成一级驻涡和二级驻涡的示意图。
[0020]附图标号说明
[0021]100燃烧室
[0022]HO前壁部
[0023]111前壁部的内侧面
[0024]120燃烧筒本体
[0025]121主燃孔
[0026]200喷嘴
[0027]210喷油口
[0028]300通气钝体
[0029]310进气端面
[0030]320通气流道[0031 ]321出气口
[0032]410第一钝体部
[0033]411第一流道
[0034]420第二钝体部
[0035]421第二流道
[0036]510一级驻涡
[0037]520二级驻涡
[0038]α流道夹角
【具体实施方式】
[0039]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0040]请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0041 ]如图1至图6所示，本实施例的用于燃气轮机燃烧室100的火焰稳燃装置，燃烧室100包括燃烧筒本体120和设置于燃烧筒本体120上的前壁部110，前壁部110上设有喷嘴200，喷嘴200的喷油口 210伸入燃烧筒本体120中；燃烧筒本体120的侧面上沿着周向均匀布置有若干个主燃孔121，且若干个主燃孔121处于燃烧筒本体120的中部;本实施例中，主燃孔121的孔径为8mm，燃烧筒本体120为圆柱形；
[0042]火焰稳燃装置包括多个设置于燃烧室100的前壁部110上的通气钝体300，多个通气钝体300围绕喷嘴200的外侧面均匀布置;通气钝体300的进气端面310上设有与燃烧室100的内部连通的通气流道320，通气流道320从喷嘴200的外部沿着喷嘴200的径向向外延伸;通气流道320沿着气体流通方向逐渐向外扩张，且通气流道320的尺寸沿着气体流通方向逐渐增大。
[0043]火焰稳燃装置具有多个扩张形的通气流道320，由于通气流道320从喷嘴200的外部沿着喷嘴200的径向向外延伸，通气流道320沿着气体流通方向逐渐向外扩张，且通气流道320的尺寸沿着气体流通方向逐渐增大;所以，当气体通过逐渐向外扩张通气流道320后形成气流，在通气流道320的出气口 321会出现