專利名稱：可調微型單管燃燒室的制作方法
技術領域：
本發(fā)明為涉及在熱力葉輪機械領域的一些應用場合作為獨立的燃氣發(fā)生器，具體 的可用于渦輪增壓器試驗臺燃氣發(fā)生器、微型燃氣輪機的燃燒室等場合。
背景技術：
微型單管燃燒室是一種結構比較簡單的常用的燃燒器，用于生成高溫的燃氣，廣 泛的應用于各種工業(yè)生產領域。隨著燃燒技術的提高和燃氣輪機技術的發(fā)展，近年來微型 燃氣輪機的研究取得了很大的進展，微型燃氣輪機可用于車用動力、小型分布式電站的動 力來源，如車用輔助動力，甚至可以走進家庭作為便攜式的動力源。微型燃氣輪機的發(fā)展， 對結構尺寸和流量較小、布置方便的微型單管燃燒室提出了研究要求。此外，在某些特殊的 使用場合也需要結構簡單的微型單管燃燒室作為燃氣發(fā)生器，比如渦輪增壓器性能測試試 驗臺中采用微型單管燃燒室產生接近發(fā)動機實際排氣狀態(tài)的高溫燃氣，以及利用渦輪增壓 器改裝的微型燃氣輪機也采用微型單管燃燒室作為燃氣發(fā)生器。當前設計使用的微型單管燃燒室的各個結構屬于固定件和固定結構，旋流器的流 通面積、旋流角度，主燃孔的大小、個數，燃燒室內外筒空隙間距等參數都是固定的。對于一 個具有固定結構的單管燃燒室而言，能夠實現穩(wěn)定燃燒的空氣流量范圍也是固定的，當空 氣流量超過可以接受的最大邊界時，旋流器后部原來產生的穩(wěn)定火焰會被吹到燃燒室的后 部導致火焰熄滅；當空氣流量低于最小流量邊界時，旋流器的旋流作用減弱，產生的回流區(qū) 強度很弱，同時燃油的霧化效果變差，單管燃燒室的燃燒區(qū)域變長，改變了單管燃燒室理想 的溫度分布情況，甚至使得高溫區(qū)延伸到燃燒室的出口處。由于在許多實際應用需求中，要 求微型單管燃燒室具有較寬廣的穩(wěn)定燃燒范圍，因此，拓寬微型單管燃燒室的穩(wěn)定燃燒邊 界一直是微型單管燃燒室研究的一項重要內容。經國內外文獻檢索，尚未發(fā)現帶調節(jié)裝置的可調微型單管燃燒室和在使用過程中 通過調節(jié)可調裝置來拓寬穩(wěn)定燃燒邊界的微型單管燃燒室。

發(fā)明內容
本發(fā)明所解決的技術問題為在結構固定的單管燃燒室上增加一個可調裝置，該可 調裝置能夠在一定流量范圍內通過改變單管燃燒室一次空氣和二次空氣的分配比例來改 善燃燒室內部流場的形態(tài)，拓寬單管燃燒室的穩(wěn)定燃燒邊界。已有的研究中微型單管燃燒室內的火焰形態(tài)受到回流區(qū)流場形態(tài)的影響非常大， 對回流區(qū)影響最大的是旋流器的作用。對微型單管燃燒室而言，其主要結構都屬于固定件 和固定結構，在使用過程中，旋流器的流通面積、旋流角度，主燃孔的大小、個數，燃燒室內 外筒空隙間距等參數都無法進行調節(jié)?；谝陨峡紤]，對微型單管燃燒室流量邊界的調節(jié) 方式采用改變旋流器流通氣量與內外筒間隙流通氣量之間的比例，即通過改變一次空氣與 二次空氣的分配比例，在各種不同流量條件下改變燃燒室內部流場的形態(tài)，來實現拓寬微 型單管燃燒室穩(wěn)定燃燒邊界的目的。
本發(fā)明的技術方案如下該一種可調微型單管燃燒室，其特征在于在單管燃燒室前增加了一個調節(jié)裝置， 該調節(jié)裝置包括調節(jié)套筒、橡膠密封圈和調節(jié)套筒驅動桿；調節(jié)套筒安裝在單管燃燒室進 氣管內部，在套筒與進氣管之間兩端采用兩個橡膠密封圈進行密封，防止進氣管與調節(jié)套 筒之間的間隙漏氣；在調節(jié)套筒上加工有一個螺紋孔，在進氣管相應位置上加工一個直槽， 調節(jié)套筒上的螺紋孔對準進氣管上的直槽，將底部帶螺紋的調節(jié)套筒驅動桿穿過進氣管的 直槽旋入調節(jié)套筒的螺紋孔內，通過沿進氣管的直槽拖動調節(jié)套筒驅動桿使調節(jié)套筒在進 氣管內沿軸向移動；當調節(jié)套筒在進氣管內沿軸向移動時，調節(jié)套筒與旋流器之間的距離 變化，改變二次空氣的流通截面，從而改變一次空氣與二次空氣的流量分配比例，使得燃燒 室內部流場形態(tài)發(fā)生改變。工作原理調節(jié)裝置外筒2 —端通過調節(jié)裝置連接法蘭1與燃燒室的進氣管相連 接，另一端通過調節(jié)裝置連接法蘭5與單管燃燒室連接法蘭7相連接；調節(jié)套筒3安裝在調 節(jié)裝置外筒2內部，調節(jié)套筒驅動桿4固定在調節(jié)套筒3上(螺紋連接)，用來驅動調節(jié)套 筒3在調節(jié)裝置外筒2內部沿可調微型單管燃燒室10軸向方向移動；調節(jié)裝置外筒2與調 節(jié)套筒3之間采用調節(jié)套筒密封圈8密封，以防止進入燃燒室的空氣泄漏；調節(jié)套筒導流器 6用來引導一次空氣的流動以減少微型單管燃燒室進氣的壓力損失。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用一種結構簡單，易操作的調節(jié)裝置對微型單管燃燒室一次空氣和二次 空氣的分配比例進行調節(jié)，設計實例的數值模擬和試驗驗證表明該調節(jié)裝置有效的拓寬了 微型單管燃燒室穩(wěn)定燃燒的流量邊界。該發(fā)明的應用可有效的提高以微型單管燃燒室作為 燃燒器的動力機械的穩(wěn)定工作范圍，進一步滿足實際使用中對微型單管燃燒室的需求。


圖1為背景技術中固定結構的微型單管燃燒室結構原理2為可調微型單管燃燒室結構原理3為本發(fā)明中調節(jié)裝置結構2和圖3中調節(jié)裝置連接法蘭1，調節(jié)裝置外筒2，調節(jié)套筒3，調節(jié)套筒驅動 桿4，調節(jié)裝置連接法蘭5，調節(jié)套筒導流器6，微型單管燃燒室連接法蘭7，調節(jié)套筒密封圈 8，燃燒室帽罩9，微型單管燃燒室10。
具體實施例方式可調微型單管燃燒室設計實例和具體調節(jié)實現方法如下1)可調微型單管燃燒室的設計微型單管燃燒室的設計要求在空氣流量范圍0. 04 0. 3kg/s內實現穩(wěn)定燃燒。首先考慮微型單管燃燒室在低流量情況下難以形成穩(wěn)定的火焰作為點火源而導 致燃燒不穩(wěn)定，將微型單管燃燒室的設計流量選擇在靠近大流量一側，在低流量時采用調 節(jié)裝置來實現穩(wěn)定燃燒。將空氣流量0. 2kg/s作為微型單管燃燒室的設計流量點，確定單 管燃燒室的結構參數(此部分與固定結構微型單管燃燒室的設計方法相同)，然后根據微 型單管燃燒室的匣尺寸確定調節(jié)裝置外筒2的結構尺寸(結構尺寸對應關系見圖3)，調節(jié)套筒3的結構尺 寸根據材料和使用場合，在保證調節(jié)套筒3在全工況范圍內能夠在調節(jié)裝 置外筒2內自由滑動的前提下，使得調節(jié)裝置外筒2與調節(jié)套筒3之間的間隙盡可能小，以 有利于密封。2)調節(jié)裝置的安裝在微型單管燃燒室調節(jié)裝置的調節(jié)套筒3上加工一個直徑為4mm的螺紋孔，在調 節(jié)裝置外筒2相應的位置加工一道長度為25mm，寬4. 5mm的直槽，調節(jié)套筒驅動桿4直徑 為4mm，底部加工一段長度為6mm的螺紋，螺紋參數與套筒上的螺紋孔相對應，這樣該調節(jié) 裝置調節(jié)套筒3的可調節(jié)距離為20mm。安裝時，由于調節(jié)套筒導流器6的存在，須先將調 節(jié)套筒3無調節(jié)套筒導流器6的一端從微型單管燃燒室10機匣內穿出；然后，將裝有調節(jié) 套筒密封圈8的調節(jié)裝置外筒2套裝在調節(jié)套筒3上；安裝時，將調節(jié)套筒3上的螺紋孔對 準調節(jié)裝置外筒2上所開的直槽，將調節(jié)套筒驅動桿4上螺紋部分通過直槽旋入螺紋孔；最 后，將調節(jié)裝置通過調節(jié)裝置連接法蘭1和調節(jié)裝置連接法蘭5分別與燃燒室的進氣管相 連接和微型單管燃燒室連接法蘭7相連接。3)調節(jié)裝置的標定根據實際使用需求確定微型單管燃燒室并安裝好調節(jié)裝置后，為確定該型可調微 型單管燃燒室調節(jié)裝置的調節(jié)規(guī)律，須在試驗臺上進行試驗標定。在微型單管燃燒室的出 口距離旋流器40、100、150、200mm處的截面上，分別采用均布的三支熱電偶測量燃燒室內 部的溫度分布情況，選擇0. 04,0. 10,0. 16,0. 20,0. 30kg/s五個流量工況點，每個流量點處 調節(jié)套筒驅動桿4分六個行程0、4、8、12、16、20!11111進行溫度分布的測試。最后，根據溫度分 布測試結果確定不同流量下燃燒效果最佳的調節(jié)套筒驅動桿4行程。4)可調微型單管燃燒室的使用通過以上步驟即可完成可調微型單管燃燒室的設計開發(fā)和標定，對于工況變化相 對穩(wěn)定的使用場合，可根據標定結果采取手動的方式對調節(jié)套筒驅動桿4的行程進行調 節(jié)；對于工況需要經常變化的使用場合，調節(jié)套筒驅動桿4可采用自動執(zhí)行結構根據標定 結果對其行程進行自動調節(jié)。
權利要求
1.一種可調微型單管燃燒室，其特征在于在單管燃燒室前增加了一個調節(jié)裝置，該 調節(jié)裝置包括調節(jié)套筒、橡膠密封圈和調節(jié)套筒驅動桿；調節(jié)套筒安裝在單管燃燒室進氣 管內部，在套筒與進氣管之間兩端采用兩個橡膠密封圈進行密封，防止進氣管與調節(jié)套筒 之間的間隙漏氣；在調節(jié)套筒上加工有一個螺紋孔，在進氣管相應位置上加工一個直槽，調 節(jié)套筒上的螺紋孔對準進氣管上的直槽，將底部帶螺紋的調節(jié)套筒驅動桿穿過進氣管的直 槽旋入調節(jié)套筒的螺紋孔內，通過沿進氣管的直槽拖動調節(jié)套筒驅動桿使調節(jié)套筒在進氣 管內沿軸向移動；當調節(jié)套筒在進氣管內沿軸向移動時，調節(jié)套筒與旋流器之間的距離變 化，改變二次空氣的流通截面，從而改變一次空氣與二次空氣的流量分配比例，使得燃燒室 內部流場形態(tài)發(fā)生改變。
2.根據權利要求1所述的一種可調微型單管燃燒室，其特征在于在調節(jié)套筒在靠近 燃燒室的一端具有調節(jié)套筒導流器6。
全文摘要
本發(fā)明為可調微型單管燃燒室，涉及熱力葉輪機械領域。在單管燃燒室前增加了一個調節(jié)裝置，該調節(jié)裝置包括調節(jié)套筒、橡膠密封圈和調節(jié)套筒驅動桿；調節(jié)套筒安裝在單管燃燒室進氣管內部，在套筒與進氣管之間兩端采用兩個橡膠密封圈進行密封；在調節(jié)套筒上加工有一個螺紋孔，在進氣管相應位置上加工一個直槽，調節(jié)套筒上的螺紋孔對準進氣管上的直槽，將底部帶螺紋的調節(jié)套筒驅動桿穿過進氣管的直槽旋入調節(jié)套筒的螺紋孔內，通過沿進氣管的直槽拖動調節(jié)套筒驅動桿使調節(jié)套筒在進氣管內沿軸向移動；改變二次空氣的流通截面，從而改變一次空氣與二次空氣的流量分配比例，使得燃燒室內部流場形態(tài)發(fā)生改變。
文檔編號F23R3/26GK102095208SQ200910241819
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月14日
發(fā)明者張志強, 霍學敏, 馬朝臣, 鮑捷 申請人:北京理工大學