一种文丘里管流道壁面结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种文丘里管流道壁面结构，用以增强双轴向旋流器燃烧室的火焰稳定性。本发明将常规文丘里管内、外流道壁面处理为条纹结构，条纹形态沿壁面为螺旋状，沿流道壁面均匀布置，条纹与文丘里管流道中心轴线的夹角根据流道上游的旋流叶片安装角确定，条纹截面尺寸根据文丘里管出口处近壁面边界层厚度确定，条纹结构起始于文丘里管内流道喉口截面或喉口截面下游一定距离的流道壁面上以及外流道入口或入口下游一定距离的流道壁面上，终止于文丘里管出口。本发明可以抑制气流在文丘里管边界层内垂直于流向方向的湍流脉动幅度及频率，由此相应减弱文丘里管出口下游火焰根部的脉动幅度及频率，达到增强旋流火焰稳定性，拓宽双轴向旋流器燃烧室稳定工作边界的目的。
【专利说明】一种文丘里管流道壁面结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧稳定性控制领域，是一种增强气态旋流火焰稳定性的装置，具体来说是一种增强双轴向旋流器燃烧室火焰稳定性的文丘里管流道壁面结构。
【背景技术】
[0002]燃气轮机燃烧室的一项主要需求是必须在较宽广的工作范围内保持稳定的燃烧，尤其对于航空燃气轮机来讲，有时必须工作在很低的温度和压力下，或者总体油气比在燃料的可燃极限以外。一般而言，燃烧室的稳定工作范围受到燃烧效率、出口温度、总压损失以及熄火边界四个方面的限制。熄火边界是燃烧室稳定工作范围的下边界，是燃气轮机的最小稳定工作状态。低工作状态下的贫油熄火是航空燃气轮机运行过程中十分重要的一点，这是因为燃气轮机在降工况时是减燃料流量，转子由于惯性，减速较慢，进而空气流量也就降低较慢，这时燃烧室就会出现贫燃工况，如果此时燃烧室稳定性不好，燃/空比落在稳定工作范围之外，就会出现熄火事故，即所谓的“空中熄火”，属重大事故。
[0003]另一方面，随着近些年来人们环保意识的日益增强，工业燃气轮机的污染排放问题及相关控制技术越来越受到关注。降低污染排放的核心是控制温度及温度的均匀度，目前主流的燃气轮机低污染燃烧室均是以此为根据达到低污染目地的。为了降低燃烧温度，低污染燃烧室主燃区的平均油气比目前已经降的极低，接近燃料的贫燃边界。因此，如何保证低污染燃烧室在保持低顯X排放的同时并且稳定地工作是目前该类型燃烧室设计中比较棘手的问题。
[0004]针对上述问题，燃烧工程师有必要在现有燃烧室普遍采用的旋流稳焰结构的基础上提出进一步提高燃烧稳定性的控制措施，最大限度的拓宽燃烧室的稳定工作边界，提高燃气轮机整机的可靠性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种文丘里管流道壁面结构，用以增强双轴向旋流器燃烧室火焰稳定性，该壁面结构呈现条纹化的特点。通过该结构可以有效减弱旋流火焰根部的湍流脉动，增强旋流火焰的稳定性，拓宽双轴向旋流器燃烧室的稳定工作边界。
[0006]为实现上述技术目的，本发明的文丘里管流道壁面结构通过以下技术方案实现:
[0007]—种文丘里管流道壁面结构，用以增强双轴向旋流器燃烧室的火焰稳定性，所述燃烧室采用气态燃料；所述双轴向旋流器包括第一、二级轴向旋流器，每级轴向旋流器中均设置有旋流叶片，第一、二级旋流叶片的旋转方向相同，所述第一级轴向旋流器装有气态燃料喷嘴，所述文丘里管安装于所述第一、二级轴向旋流器之间；其特征在于，所述文丘里管包括内流道壁面和外流道壁面，其中所述内流道壁面位于第一级轴向旋流器下游，所述外流道壁面位于第二级轴向旋流器下游；所述内、外流道壁面上均设置有条纹结构，所述条纹结构包括多个条纹，条纹形态沿壁面为螺旋状，沿流道壁面均匀布置，条纹旋转方向与流道上游旋流叶片旋转方向相同，内流道壁面上的条纹结构起始于所述文丘里管内流道喉口截面或喉口截面下游一定距离的内流道壁面上，外流道壁面上的条纹结构起始于外流道入口或入口下游一定距离的外流道壁面上，内、外流道壁面上的条纹结构均终止于文丘里管出口 ；所述条纹结构在垂直于文丘里管流道中心线方向上的截面形状为矩形波；所述文丘里管内、外流道流动工质均为气体，且均为亚声速流动；所述流动工质在文丘里管内、外流道壁面上形成边界层。
[0008]优选地，所述条纹与文丘里管流道中心线的夹角α为:
【权利要求】
1.一种文丘里管流道壁面结构，用以增强双轴向旋流器燃烧室的火焰稳定性，所述燃烧室采用气态燃料；所述双轴向旋流器包括第一、二级轴向旋流器，每级轴向旋流器中均设置有旋流叶片，第一、二级旋流叶片的旋转方向相同，所述第一级轴向旋流器装有气态燃料喷嘴，所述文丘里管安装于所述第一、二级轴向旋流器之间；其特征在于，所述文丘里管包括内流道壁面和外流道壁面，其中所述内流道壁面位于第一级轴向旋流器下游，所述外流道壁面位于第二级轴向旋流器下游；所述内、外流道壁面上均设置有条纹结构，所述条纹结构包括多个条纹，条纹形态沿壁面为螺旋状，沿流道壁面均匀布置，条纹旋转方向与流道上游旋流叶片旋转方向相同，内流道壁面上的条纹结构起始于所述文丘里管内流道喉口截面或喉口截面下游一定距离的内流道壁面上，外流道壁面上的条纹结构起始于外流道入口或入口下游一定距离的外流道壁面上，内、外流道壁面上的条纹结构均终止于文丘里管出口；所述条纹结构在垂直于文丘里管流道中心线方向上的截面形状为矩形波；所述文丘里管内、外流道流动工质均为气体，且均为亚声速流动；所述流动工质在文丘里管内、外流道壁面上形成边界层。
2.如权利要求1所述的文丘里管流道壁面结构，其特征是:各所述条纹与文丘里管流道中心线的夹角α为:
3.如权利要求1、2所述的文丘里管流道壁面结构，其特征是:所述矩形波波峰高度(或波谷深度)h为:
4.如权利要求1至3所述的文丘里管流道壁面结构，其特征是:文丘里管出口处条纹截面矩形波波长λ为: 入=ah a为经验系数,推荐值为1.2-2。
5.如权利要求1至4所述的壁面条纹结构，其特征是:文丘里管出口处条纹截面矩形波波谷览度w为:
w=kh k为经验系数,推荐值为0.8-1。
【文档编号】F23R3/42GK103836647SQ201410069490
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】胡斌, 赵庆军, 项效镕, 徐建中 申请人:中国科学院工程热物理研究所