专利名称：可调微型单管燃烧室的制作方法
技术领域：
本发明为涉及在热力叶轮机械领域的一些应用场合作为独立的燃气发生器，具体 的可用于涡轮增压器试验台燃气发生器、微型燃气轮机的燃烧室等场合。
背景技术：
微型单管燃烧室是一种结构比较简单的常用的燃烧器，用于生成高温的燃气，广 泛的应用于各种工业生产领域。随着燃烧技术的提高和燃气轮机技术的发展，近年来微型 燃气轮机的研究取得了很大的进展，微型燃气轮机可用于车用动力、小型分布式电站的动 力来源，如车用辅助动力，甚至可以走进家庭作为便携式的动力源。微型燃气轮机的发展， 对结构尺寸和流量较小、布置方便的微型单管燃烧室提出了研究要求。此外，在某些特殊的 使用场合也需要结构简单的微型单管燃烧室作为燃气发生器，比如涡轮增压器性能测试试 验台中采用微型单管燃烧室产生接近发动机实际排气状态的高温燃气，以及利用涡轮增压 器改装的微型燃气轮机也采用微型单管燃烧室作为燃气发生器。当前设计使用的微型单管燃烧室的各个结构属于固定件和固定结构，旋流器的流 通面积、旋流角度，主燃孔的大小、个数，燃烧室内外筒空隙间距等参数都是固定的。对于一 个具有固定结构的单管燃烧室而言，能够实现稳定燃烧的空气流量范围也是固定的，当空 气流量超过可以接受的最大边界时，旋流器后部原来产生的稳定火焰会被吹到燃烧室的后 部导致火焰熄灭；当空气流量低于最小流量边界时，旋流器的旋流作用减弱，产生的回流区 强度很弱，同时燃油的雾化效果变差，单管燃烧室的燃烧区域变长，改变了单管燃烧室理想 的温度分布情况，甚至使得高温区延伸到燃烧室的出口处。由于在许多实际应用需求中，要 求微型单管燃烧室具有较宽广的稳定燃烧范围，因此，拓宽微型单管燃烧室的稳定燃烧边 界一直是微型单管燃烧室研究的一项重要内容。经国内外文献检索，尚未发现带调节装置的可调微型单管燃烧室和在使用过程中 通过调节可调装置来拓宽稳定燃烧边界的微型单管燃烧室。
发明内容
本发明所解决的技术问题为在结构固定的单管燃烧室上增加一个可调装置，该可 调装置能够在一定流量范围内通过改变单管燃烧室一次空气和二次空气的分配比例来改 善燃烧室内部流场的形态，拓宽单管燃烧室的稳定燃烧边界。已有的研究中微型单管燃烧室内的火焰形态受到回流区流场形态的影响非常大， 对回流区影响最大的是旋流器的作用。对微型单管燃烧室而言，其主要结构都属于固定件 和固定结构，在使用过程中，旋流器的流通面积、旋流角度，主燃孔的大小、个数，燃烧室内 外筒空隙间距等参数都无法进行调节。基于以上考虑，对微型单管燃烧室流量边界的调节 方式采用改变旋流器流通气量与内外筒间隙流通气量之间的比例，即通过改变一次空气与 二次空气的分配比例，在各种不同流量条件下改变燃烧室内部流场的形态，来实现拓宽微 型单管燃烧室稳定燃烧边界的目的。
本发明的技术方案如下该一种可调微型单管燃烧室，其特征在于在单管燃烧室前增加了一个调节装置， 该调节装置包括调节套筒、橡胶密封圈和调节套筒驱动杆；调节套筒安装在单管燃烧室进 气管内部，在套筒与进气管之间两端采用两个橡胶密封圈进行密封，防止进气管与调节套 筒之间的间隙漏气；在调节套筒上加工有一个螺纹孔，在进气管相应位置上加工一个直槽， 调节套筒上的螺纹孔对准进气管上的直槽，将底部带螺纹的调节套筒驱动杆穿过进气管的 直槽旋入调节套筒的螺纹孔内，通过沿进气管的直槽拖动调节套筒驱动杆使调节套筒在进 气管内沿轴向移动；当调节套筒在进气管内沿轴向移动时，调节套筒与旋流器之间的距离 变化，改变二次空气的流通截面，从而改变一次空气与二次空气的流量分配比例，使得燃烧 室内部流场形态发生改变。工作原理调节装置外筒2 —端通过调节装置连接法兰1与燃烧室的进气管相连 接，另一端通过调节装置连接法兰5与单管燃烧室连接法兰7相连接；调节套筒3安装在调 节装置外筒2内部，调节套筒驱动杆4固定在调节套筒3上(螺纹连接)，用来驱动调节套 筒3在调节装置外筒2内部沿可调微型单管燃烧室10轴向方向移动；调节装置外筒2与调 节套筒3之间采用调节套筒密封圈8密封，以防止进入燃烧室的空气泄漏；调节套筒导流器 6用来引导一次空气的流动以减少微型单管燃烧室进气的压力损失。本发明的有益效果本发明采用一种结构简单，易操作的调节装置对微型单管燃烧室一次空气和二次 空气的分配比例进行调节，设计实例的数值模拟和试验验证表明该调节装置有效的拓宽了 微型单管燃烧室稳定燃烧的流量边界。该发明的应用可有效的提高以微型单管燃烧室作为 燃烧器的动力机械的稳定工作范围，进一步满足实际使用中对微型单管燃烧室的需求。
图1为背景技术中固定结构的微型单管燃烧室结构原理2为可调微型单管燃烧室结构原理3为本发明中调节装置结构2和图3中调节装置连接法兰1，调节装置外筒2，调节套筒3，调节套筒驱动 杆4，调节装置连接法兰5，调节套筒导流器6，微型单管燃烧室连接法兰7，调节套筒密封圈 8，燃烧室帽罩9，微型单管燃烧室10。
具体实施例方式可调微型单管燃烧室设计实例和具体调节实现方法如下1)可调微型单管燃烧室的设计微型单管燃烧室的设计要求在空气流量范围0. 04 0. 3kg/s内实现稳定燃烧。首先考虑微型单管燃烧室在低流量情况下难以形成稳定的火焰作为点火源而导 致燃烧不稳定，将微型单管燃烧室的设计流量选择在靠近大流量一侧，在低流量时采用调 节装置来实现稳定燃烧。将空气流量0. 2kg/s作为微型单管燃烧室的设计流量点，确定单 管燃烧室的结构参数(此部分与固定结构微型单管燃烧室的设计方法相同)，然后根据微 型单管燃烧室的匣尺寸确定调节装置外筒2的结构尺寸(结构尺寸对应关系见图3)，调节套筒3的结构尺 寸根据材料和使用场合，在保证调节套筒3在全工况范围内能够在调节装 置外筒2内自由滑动的前提下，使得调节装置外筒2与调节套筒3之间的间隙尽可能小，以 有利于密封。2)调节装置的安装在微型单管燃烧室调节装置的调节套筒3上加工一个直径为4mm的螺纹孔，在调 节装置外筒2相应的位置加工一道长度为25mm，宽4. 5mm的直槽，调节套筒驱动杆4直径 为4mm，底部加工一段长度为6mm的螺纹，螺纹参数与套筒上的螺纹孔相对应，这样该调节 装置调节套筒3的可调节距离为20mm。安装时，由于调节套筒导流器6的存在，须先将调 节套筒3无调节套筒导流器6的一端从微型单管燃烧室10机匣内穿出；然后，将装有调节 套筒密封圈8的调节装置外筒2套装在调节套筒3上；安装时，将调节套筒3上的螺纹孔对 准调节装置外筒2上所开的直槽，将调节套筒驱动杆4上螺纹部分通过直槽旋入螺纹孔；最 后，将调节装置通过调节装置连接法兰1和调节装置连接法兰5分别与燃烧室的进气管相 连接和微型单管燃烧室连接法兰7相连接。3)调节装置的标定根据实际使用需求确定微型单管燃烧室并安装好调节装置后，为确定该型可调微 型单管燃烧室调节装置的调节规律，须在试验台上进行试验标定。在微型单管燃烧室的出 口距离旋流器40、100、150、200mm处的截面上，分别采用均布的三支热电偶测量燃烧室内 部的温度分布情况，选择0. 04,0. 10,0. 16,0. 20,0. 30kg/s五个流量工况点，每个流量点处 调节套筒驱动杆4分六个行程0、4、8、12、16、20!11111进行温度分布的测试。最后，根据温度分 布测试结果确定不同流量下燃烧效果最佳的调节套筒驱动杆4行程。4)可调微型单管燃烧室的使用通过以上步骤即可完成可调微型单管燃烧室的设计开发和标定，对于工况变化相 对稳定的使用场合，可根据标定结果采取手动的方式对调节套筒驱动杆4的行程进行调 节；对于工况需要经常变化的使用场合，调节套筒驱动杆4可采用自动执行结构根据标定 结果对其行程进行自动调节。
权利要求
1.一种可调微型单管燃烧室，其特征在于在单管燃烧室前增加了一个调节装置，该 调节装置包括调节套筒、橡胶密封圈和调节套筒驱动杆；调节套筒安装在单管燃烧室进气 管内部，在套筒与进气管之间两端采用两个橡胶密封圈进行密封，防止进气管与调节套筒 之间的间隙漏气；在调节套筒上加工有一个螺纹孔，在进气管相应位置上加工一个直槽，调 节套筒上的螺纹孔对准进气管上的直槽，将底部带螺纹的调节套筒驱动杆穿过进气管的直 槽旋入调节套筒的螺纹孔内，通过沿进气管的直槽拖动调节套筒驱动杆使调节套筒在进气 管内沿轴向移动；当调节套筒在进气管内沿轴向移动时，调节套筒与旋流器之间的距离变 化，改变二次空气的流通截面，从而改变一次空气与二次空气的流量分配比例，使得燃烧室 内部流场形态发生改变。
2.根据权利要求1所述的一种可调微型单管燃烧室，其特征在于在调节套筒在靠近 燃烧室的一端具有调节套筒导流器6。
全文摘要
本发明为可调微型单管燃烧室，涉及热力叶轮机械领域。在单管燃烧室前增加了一个调节装置，该调节装置包括调节套筒、橡胶密封圈和调节套筒驱动杆；调节套筒安装在单管燃烧室进气管内部，在套筒与进气管之间两端采用两个橡胶密封圈进行密封；在调节套筒上加工有一个螺纹孔，在进气管相应位置上加工一个直槽，调节套筒上的螺纹孔对准进气管上的直槽，将底部带螺纹的调节套筒驱动杆穿过进气管的直槽旋入调节套筒的螺纹孔内，通过沿进气管的直槽拖动调节套筒驱动杆使调节套筒在进气管内沿轴向移动；改变二次空气的流通截面，从而改变一次空气与二次空气的流量分配比例，使得燃烧室内部流场形态发生改变。
文档编号F23R3/26GK102095208SQ200910241819
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者张志强, 霍学敏, 马朝臣, 鲍捷 申请人:北京理工大学