CN115792083A - 一种模块化模型燃烧室试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化模型燃烧室试验装置，属于燃气轮机技术领域，该装置包括：入口机匣、模块化燃烧试验段以及出口机匣。其中模块化燃烧试验段包括：燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃、点火器电嘴孔板以及视窗盖板，均为可拆卸零部件。本发明所提供的模块化模型燃烧室试验装置基于真实的燃烧室结构，采用可拆卸的零部件，各部件之间可以在保证密封和强度的基础上任意组合，组成LPP、LDI、TAPS等类型的燃烧室试验装置，对不同类型的燃烧室进行燃烧试验，可以实现通过较少的加工成本，获取较多的实验数据。

Description

一种模块化模型燃烧室试验装置

技术领域

本发明属于燃气轮机空气***技术领域，具体涉及模块化模型燃烧室试验装置。

背景技术

喷嘴作为燃气轮机燃烧室的关键部件，其性能的优劣将直接影响点火概率、燃烧效率、燃烧稳定性、温度分布和排气污染等方面的性能，同时也会影响火焰筒和涡轮叶片的寿命。对喷嘴结构进行优化设计，获取更高性能参数的喷嘴是提高燃气轮机整体性能的方法之一。

喷嘴的设计不仅需要理论推导和数值计算，更重要的是基于试验数据的验证，获取详细的喷嘴在受限空间的雾化掺混特性与燃烧特性试验数据至关重要。现有的试验装置结构固定，加工周期长、成本高，不能满足多种类型喷嘴的试验需求。因此本发明设计了模块化模型燃烧室，通过各个组件间的交叉组合，构成多种类型的燃烧室，实现通过较低的成本、较短的周期获取多种类型的喷嘴在多种类型燃烧室内工作的试验数据。

发明内容

本发明提出了一种模块化模型燃烧室试验装置，以解决上述背景中提出的获取在燃烧室内喷雾燃烧的试验数据成本高、周期长的问题。

本发明的一个方面提供了一种模块化模型燃烧室试验装置，该装置包括入口机匣、燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃、视窗盖板、点火器电嘴孔板和出口机匣；入口机匣位于装置的起始位置，左端连接进气管路，右端连接模块化燃烧试验段；燃油导管通过入口机匣上侧的燃油导管安装座固定在入口机匣内部，右端连接燃油喷嘴并***旋流器内部；燃油喷嘴与燃油导管连接并***旋流器内部；旋流器位于模块化燃烧试验段内部，通过螺栓固定在火焰筒头部的旋流器底座上；火焰筒位于模块化燃烧试验段内部，左端与入口机匣连接并通过螺栓、螺母固定，通过石墨垫圈密封；石英玻璃位于火焰筒壁面上的视窗开口内，上下分别安装玻璃垫片密封，通过视窗盖板和螺栓与火焰筒壁面固定；视窗盖板位于火焰筒壁面上的视窗开口内，压在玻璃垫片上，通过螺栓固定在火焰筒壁面；点火器电嘴孔板位于火焰筒底面，通过螺栓固定，通过石墨垫圈密封；出口机匣位于装置尾部，左端连接模块化燃烧试验段，通过螺栓、螺母固定，通过石墨垫圈密封；所述旋流器为可拆装零部件；所述旋流器的叶片厚度、安装角、叶片数量、轮毂比为可调的，以实现对所述旋流器的旋流数和压力恢复系数的调节；当多个所述旋流器同时被使用时，多个所述旋流器能够用于配合实现空气的径向和轴向分级以及燃油分级。

进一步地，所述模块化燃烧试验段包括如下零部件：燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃以及视窗盖板；所述模块化燃烧试验段的零部件均为可拆装零部件。

进一步地，所述燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃以及视窗盖板之间通过任意组合方式构成多种类型燃烧室试验装置中的任一种。

进一步地，所述燃油导管和燃油喷嘴为可拆装组件，通过不同类型燃油导管实现燃油分级，燃油喷嘴使用压力旋流雾化喷嘴或空气辅助雾化喷嘴，以实现不同类型的雾化。

进一步地，所述火焰筒三面布置观测视窗，分别安装石英玻璃以及视窗盖板.

进一步地，所述所述火焰筒的形状为以下之一：扇形、方形或单筒燃烧室所对应的火焰筒形状。

进一步地，所述火焰筒底面布置点火器电嘴开口以及引压管开孔，其中，点火电嘴开口为矩形区域。

进一步地，所述装置设有对应的多个点火电嘴盖板，所述多个点火电嘴盖板的开孔位置各不相同，以使得所述装置通过采用不同点火电嘴盖板来实现点火位置在轴向和径向上的调节。

本发明的模块化模型燃烧室试验装置，其所含组件均为可拆卸零部件，通过各个组件间的交叉组合构成多种类型的燃烧室，能够以较低的成本、较短的周期对喷雾燃烧进行试验研究，获取详细试验数据。

本发明结构简单，将模块化燃烧试验段的各个组件设计为可拆卸零部件，各个组件之间交叉组合，具有较高的灵活性，各部件之间保证密封和刚性强度，试验装置具有足够的安全性。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的功能和解释本发明的原理和优点。其中：

图1是本发明模块化模型燃烧室试验装置的示意图；

图2是本发明模块化模型燃烧室试验装置的剖视图。

其中，1-入口机匣，2-燃油导管，3-燃油喷嘴，4-旋流器，5-火焰筒，6-石英玻璃，7-视窗盖板，8-点火器电嘴孔板，9-出口机匣。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。

图1示出了本发明的模块化模型燃烧室试验装置的一种示意性结构。如图1所示，该装置包括入口机匣1、燃油导管2、燃油喷嘴3、旋流器4、火焰筒5、石英玻璃6、视窗盖板7、点火器电嘴孔板8和出口机匣9。

入口机匣1位于装置的起始位置，左端连接进气管路，右端连接模块化燃烧试验段；燃油导管2通过入口机匣上侧的燃油导管安装座固定在入口机匣内部，右端连接燃油喷嘴并***旋流器内部；燃油喷嘴3与燃油导管连接并***旋流器内部；旋流器4位于模块化燃烧试验段内部，通过螺栓固定在火焰筒头部的旋流器底座上；火焰筒5位于模块化燃烧试验段内部，左端与入口机匣连接并通过螺栓、螺母固定，通过石墨垫圈密封；石英玻璃6位于火焰筒壁面上的视窗开口内，上下分别安装玻璃垫片密封，通过视窗盖板和螺栓与火焰筒壁面固定；视窗盖板7位于火焰筒壁面上的视窗开口内，压在玻璃垫片上，通过螺栓固定在火焰筒壁面；点火器电嘴孔板8位于火焰筒底面，通过螺栓固定，通过石墨垫圈密封；出口机匣9位于装置尾部，左端连接模块化燃烧试验段，通过螺栓、螺母固定，通过石墨垫圈密封。

作为示例，模块化燃烧试验段例如由燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃以及视窗盖板构成，以上均为可拆装零部件，在保证密封和强度的基础上各零部件之间可以任意组合构成多种类型的燃烧室试验装置。

作为示例，燃油导管和燃油喷嘴为可拆装组件，通过设计、加工不同类型燃油导管可实现燃油分级，燃油喷嘴可以使用压力旋流雾化喷嘴、空气辅助雾化喷嘴等，可实现不同类型的雾化。

作为示例，旋流器为可拆装零部件，通过设计、加工多个旋流器可实现空气的径向和轴向分级以及燃油分级，还可以通过改变叶片厚度、安装角、叶片数量、轮毂比等参数调节旋流数和压力恢复系数。

作为示例，所述火焰筒三面布置观测视窗，分别安装石英玻璃以及视窗盖板，可适配PIV(粒子图像测速法)和/或PLIF(激光诱导荧光方法)等激光诊断技术，还可以改变火焰筒形状，研究扇形、方形或单筒等燃烧室；换句话说，可以将火焰筒的形状设置为以下之一：扇形、方形或单筒燃烧室所对应的火焰筒形状。

此外，作为示例，火焰筒底面布置点火器电嘴开口以及引压管开孔，其中点火电嘴开口为矩形区域，加工多个开孔位置不同的点火电嘴盖板，点火位置在轴向和径向上可调节。换句话说，该装置可对应设置多个不同的点火电嘴盖板，多个点火电嘴盖板的开孔位置各不相同，以使得所述装置通过采用不同点火电嘴盖板来实现点火位置在轴向和径向上的调节。

根据本发明的一个实施例，模块化模型燃烧室试验装置包括入口机匣、模块化燃烧试验段以及出口机匣；所述入口机匣布置有燃油导管安装底座，压缩空气经过入口机匣进入模块化燃烧试验段；所述模块化燃烧试验段包括燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃、点火器电嘴孔板以及视窗盖板，所述燃油导管通过入口机匣并安装固定在燃油导管安装底座上，所述燃油喷嘴连接在燃油导管出口并固定在旋流器中心；所述旋流器通过螺栓连接固定在火焰筒头部，其中心固定有燃油喷嘴，所述火焰筒通过螺栓、螺母固定在入口机匣出口侧，通过石墨垫片密封，其前、后、上壁面布置观测视窗，底面布置点火器电嘴开口以及引压管开孔，其观测视窗上依次安装内侧玻璃垫片、石英玻璃、外侧玻璃垫片以及视窗盖板并通过螺栓固定和密封，所述部件均为可拆装零部件，在保证密封和强度的基础上各零部件之间可以任意组合构成多种类型的燃烧室试验装置。

在该实施例中，所述燃油导管例如为可拆卸组件，燃油导管可以设计为单油路、多油路以及布置空气路，为各种类型的喷嘴供油、供气。

在该实施例中，所述燃油喷嘴例如为可拆卸组件，可以通过更换喷嘴实现不同类型喷嘴在不同类型燃烧室内以不同工况运行。

在该实施例中，所述旋流器例如为可拆卸组件，可以通过改变旋流器的叶片厚度、安装角、高度、轮毂比等参数调整旋流数以及控制火焰筒压降，还可以更换轴向、径向分级旋流器研究喷嘴在分级燃烧模式中的性能。

在该实施例中，所述火焰筒例如为可拆卸组件，其壁面布置观测视窗，可适用于PIV、PLIF等激光诊断技术，底面布置点火器开口，配合一系列的点火器电嘴孔板，通过改变电嘴开孔位置在轴向和径向调节点火位置，以及调节点火器点火参数研究点火性能，火焰筒可以设计为矩形、扇形、筒形等，分别进行试验研究。

根据本发明的另一实施例，模块化模型燃烧室试验装置例如主要包括入口机匣、模块化燃烧试验段以及出口机匣。模块化燃烧试验段包括燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃、视窗盖板以及点火器电嘴孔板，均为可拆卸零部件，其中燃油导管入口连接供油管路，出口连接燃油喷嘴，燃油喷嘴安装在旋流器中心，旋流器安装在火焰筒头部，火焰筒三面布置观测视窗，分别安装石英玻璃用于激光诊断，底面布置点火器电嘴开口以及引压管开孔，点火器电嘴孔板安装在火焰筒底面的点火器电嘴开口，点火器电嘴安装在点火器电嘴孔板的底座上。

下面描述本发明实施方式的工作过程和原理，以便于理解本发明的优势。采用本装置开展喷雾燃烧试验时，压缩空气依次流经入口机匣、旋流器、火焰筒以及出口机匣，燃油流经燃油导管和燃油喷嘴，并从燃油喷嘴喷出，在火焰筒内雾化蒸发，与旋流空气掺混，经过点火器电嘴点火燃烧。激光通过三面的玻璃视窗照射到火焰筒内部，摄影/摄像设备拍摄记录下内部流场信息。其中模块化燃烧试验段的各个组件均为可拆卸零部件，通过各个组件间的交叉组合构成多种类型的燃烧室，本试验装置可以根据试验需要组装出特定类型的模型燃烧室，试验研究其物化掺混特性、点火特性、燃烧特性等，实现通过较小的成本、较短的周期，获取所需的试验数据的目的。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种模块化模型燃烧室试验装置，其特征在于，该装置包括入口机匣(1)、燃油导管(2)、燃油喷嘴(3)、旋流器(4)、火焰筒(5)、石英玻璃(6)、视窗盖板(7)、点火器电嘴孔板(8)和出口机匣(9)；

入口机匣(1)位于装置的起始位置，左端连接进气管路，右端连接模块化燃烧试验段；燃油导管(2)通过入口机匣上侧的燃油导管安装座固定在入口机匣内部，右端连接燃油喷嘴并***旋流器内部；燃油喷嘴(3)与燃油导管连接并***旋流器内部；旋流器(4)位于模块化燃烧试验段内部，通过螺栓固定在火焰筒头部的旋流器底座上；火焰筒(5)位于模块化燃烧试验段内部，左端与入口机匣连接并通过螺栓、螺母固定，通过石墨垫圈密封；石英玻璃(6)位于火焰筒壁面上的视窗开口内，上下分别安装玻璃垫片密封，通过视窗盖板和螺栓与火焰筒壁面固定；视窗盖板(7)位于火焰筒壁面上的视窗开口内，压在玻璃垫片上，通过螺栓固定在火焰筒壁面；点火器电嘴孔板(8)位于火焰筒底面，通过螺栓固定，通过石墨垫圈密封；出口机匣(9)位于装置尾部，左端连接模块化燃烧试验段，通过螺栓、螺母固定，通过石墨垫圈密封；

所述旋流器(4)为可拆装零部件；所述旋流器(4)的叶片厚度、安装角、叶片数量、轮毂比为可调的，以实现对所述旋流器(4)的旋流数和压力恢复系数的调节；

当多个所述旋流器(4)同时被使用时，多个所述旋流器(4)能够用于配合实现空气的径向和轴向分级以及燃油分级。

2.如权利要求1所述的模块化模型燃烧室试验装置，其特征在于，所述模块化燃烧试验段包括如下零部件：燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃以及视窗盖板；所述模块化燃烧试验段的零部件均为可拆装零部件。

3.如权利要求2所述的模块化模型燃烧室试验装置，其特征在于，所述燃油导管、燃油喷嘴、旋流器、火焰筒、石英玻璃以及视窗盖板之间通过任意组合方式构成多种类型燃烧室试验装置中的任一种。

4.如权利要求1所述的模块化模型燃烧室试验装置，其特征在于，所述燃油导管和燃油喷嘴为可拆装组件，通过不同类型燃油导管实现燃油分级，燃油喷嘴使用压力旋流雾化喷嘴或空气辅助雾化喷嘴，以实现不同类型的雾化。

5.如权利要求1所述的模块化模型燃烧室试验装置，其特征在于，所述火焰筒三面布置观测视窗，分别安装石英玻璃以及视窗盖板。

6.如权利要求5所述的模块化模型燃烧室试验装置，其特征在于，所述所述火焰筒的形状为以下之一：扇形、方形或单筒燃烧室所对应的火焰筒形状。

7.如权利要求1所述的模块化模型燃烧室试验装置，其特征在于，所述火焰筒底面布置点火器电嘴开口以及引压管开孔，其中，点火电嘴开口为矩形区域。

8.如权利要求7所述的模块化模型燃烧室试验装置，其特征在于，所述装置设有对应的多个点火电嘴盖板，所述多个点火电嘴盖板的开孔位置各不相同，以使得所述装置通过采用不同点火电嘴盖板来实现点火位置在轴向和径向上的调节。

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