[发明专利]新型非对称火焰稳定器

说明书

技术领域

本发明属于燃气轮机领域，具体涉及一种新型非对称火焰稳定器及包含该火焰稳定器的地面燃气轮机燃烧室与航空发动机加力燃烧室。

背景技术

如果燃气轮机是现代工业界的皇冠，那么燃烧室就是现代工业皇冠上的一颗明珠，正是燃烧室的存在才得以使燃料的化学能转化为热能。对于燃气轮机燃烧室来说，火焰稳定是其最基本的要求之一。要求燃烧室一旦着火后，在不同的工作条件下都能使火焰维持稳定的传播。燃烧稳定，一方面是指燃烧室要在适当的、尽可能宽的油气比范围内工作；另一方面是指在燃烧过程中，在一定的进口气流速度情况下，要满足火焰稳定的基本条件。由于热容强度大，进口气流速度高，给稳定火焰带来较大困难。因此，无一例外地设置了火焰稳定器。

火焰稳定器一般是钝体障碍物。迎面来流沿钝体表面流到钝体后缘，产生附面层分离，因粘性而产生尾迹旋涡，形成回流区，回流区内某些局部流速等于或低于紊流火焰传播速度，这样就具备了火焰稳定的必备条件，一旦有功率足够大的点火源，就可使可燃混气点燃。高温燃烧产物通过回流区返回上游，形成稳定连续的点火源。回流区起着储热器的作用，以紊流传热和换热的形式，为可燃混气传输热量和活性物质，使火焰得以在燃烧室中迅速传播。

地面重型燃气轮机中，燃烧区域很大，因此难免出现局部地区燃烧不充分，燃烧效率较低的情况，此现象尤其出现在地面燃机燃烧室过渡段与火焰筒衔接的部分，该区域气体速度较低，但是燃烧温度及燃烧效率却较低，该非对称火焰稳定器的存在可以很好地解决这个问题，稳定该区域的火焰，加强燃料与空气的掺混，提高该区域的燃烧效率。航空空发动机的加力燃烧室来流速度大、总压低、总温高，而且由于在主燃烧室中已经消耗了空气中的一部分氧气，所以氧气含量低，这些都对燃烧化学反映不利，要解决加力燃烧室的燃烧稳定性问题，就要用到火焰稳定器。该新型非对称火焰稳定器的应用，相对于常规火焰稳定器而言，扩大了燃机的稳定工作范围，提高了燃烧效率，具有良好的火焰稳定性，可以适应更恶劣的燃烧工况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种可以显著扩大地面燃机与航空发动机加力燃烧室的稳定工作范围、提高其燃烧效率、维持稳定燃烧的新型非对称火焰稳定器。与现有技术相比，本发明的优点是相对于其他火焰稳定器，该火焰稳定器能有效稳定火焰，在相同的总压损失下有更高的燃烧效率，且其结构简单；用于地面燃机与航空发动机加力燃烧室，会使其燃烧更充分，燃料的利用率更高。

技术方案

本发明的目的在于提供一种新型非对称火焰稳定器。

本发明的目的是这样实现的：

用于提高燃烧室性能的新型非对称火焰稳定器，其特征在于：它的截面图形由一条直线和两条曲线构成，三条线首尾相接构成其横截曲面。

上述新型非对称火焰稳定器，其特征尺寸之间的关系是：非对称火焰稳定器的截面直线长度L1是截面直线高度H1的8～14倍，非对称火焰稳定器的截面曲线2的长度L2是其高度H2的1～2倍，非对称火焰稳定器的截面曲线3的长度L3是其高度H3的2～5倍。L1及H1用于定位直线1；L2及H2用于定位圆弧2，该圆弧半径变化范围为2～3H2；L3及H3用于定位样条曲线的顶点位置，其余几个点的位置可以在保证该样条曲线只有一个极值顶点的条件下随机获得。

上述新型非对称火焰稳定器，其特征在于：直线1与圆弧2的交点处加以圆弧连接，该圆角的半径R变化范围为0～10mm。

上述新型非对称火焰稳定器，其在地面燃机内的位置关系为：该新型非对称火焰稳定器与火焰筒内腔出口的距离H为5～15mm，非对称火焰稳定器与火焰筒外壁的最近距离L为5～40mm。在位置确定后，该非对称火焰稳定器由上述平面几何绕火焰筒中轴线旋转一周形成。

上述新型非对称火焰稳定器，其在加力燃烧室内的位置关系为：该新型非对称火焰稳定器安装在航空发动机加力燃烧室中心锥后150mm～350mm处的截面上。根据实际流场来确定用1～3个该非对称环形火焰稳定器，火焰稳定器之间用径向联焰槽连接在加力燃烧室的防震隔热屏上。

该新型非对称火焰稳定器最大的好处是，使用了类似低速机翼的截面设计，上表面弯度较大，下表面弯度较小，因此上下壁面的存在压差，在末端又相互汇合，因此造成了类似薄翼分离里面的长气泡分离，在稳定器后形成漩涡，即回流区。而稳定器后壁面采用单顶点样条曲线有助于驻涡的形成，使回流区稳定于此处。它的应用可以降低流过火焰稳定器的总压损失，提高燃气轮机的燃烧效率，并使得燃机可以迅速点火，可靠性提高。

附图说明

图1：有新型非对称火焰稳定器的地面燃机火焰筒