[发明专利]一体化设计的富氢燃烧室头部

说明书

本公开提供了一种一体化设计的富氢燃烧室头部，包括：喷嘴和多个掺混器，喷嘴第一端与所述燃烧室相连，多个掺混器分别嵌设于喷嘴的第一端，且多个所述掺混器均匀分布；掺混器包括：尾缘、两个第一侧面、第二侧面和前缘，尾缘设有至少一个喷射孔；两个第一侧面的第一端分别与所述尾缘相连呈翼型结构；前缘与侧面的第二端相连；两个第一侧面和第二侧面围成的腔体可作为燃料集气室或布置液体燃料喷嘴管路进行多燃料掺混。本公开喷嘴与掺混器组成的一体化结构能够在掺混区域产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，确保燃料与空气完全混合前无自点火和回火发生。

技术领域

本公开涉及先进燃机领域，尤其涉及一种一体化设计的富氢燃烧室头部。

背景技术

富氢燃料根据其来源可以分为三类：焦炉煤气、炼厂气和合成气。焦炉煤气含有氢气与氮气。炼厂气的氢气体积分数含量可以高达90％。合成气氢气体积分数含量可高达50％。由于各地小工厂中的炼厂气与合成气来源很多，焦炉煤气需要进行处理后再利用，所以研究富氢燃机燃烧室具有战略意义，可以对资源进行再次利用降低运营成本。

但目前用于氢气的燃烧室还存在很多的问题，如没有一个径向和/或轴向旋流器可以在不掺天然气的情况下稳定运行。这基本意味着从现有贫预混燃烧室改造之路存在大量隐患，同时由于掺入气体的来源，也可能造成高成本。再比如，燃烧室结构复杂，设计与试验成本高，大量修改燃烧室将会引起整机布局改变，但重头设计燃烧室不现实。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种一体化设计的富氢燃烧室头部，从化学机理出发，通过设计火焰位置，在不修改整机布局的基础上修改燃烧室，调整氢气燃烧室的气动燃烧布局以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种一体化设计的富氢燃烧室头部，包括：

喷嘴，所述喷嘴第一端与所述燃烧室相连；

多个掺混器，分别嵌设于喷嘴的第一端，且多个所述掺混器均匀分布；相邻两个掺混器间为来流空气与氢气的掺混区域，所述掺混器包括：

尾缘，设有至少一个喷射孔；

至少两个第一侧面，两个所述第一侧面的第一端分别与所述尾缘相连呈翼型结构；

前缘，与所述侧面的第二端相连。

在本公开的一些实施例中，所述掺混器还包括：

第二侧面，同时与所述第一侧面、所述尾缘和所述前缘相连，且所述第二侧面与所述喷嘴外壁相贴合。两个第一侧面和第二侧面围成的腔体作为燃料集气室或布置液体燃料喷嘴管路进行多燃料掺混。

在本公开的一些实施例中，所述第一侧面为三角形结构，以减弱燃料卷吸进空气轴向涡的阻力，并增加了尾缘处横向涡。

在本公开的一些实施例中，所述尾缘为矩形，且所述尾缘与水平面呈一夹角，可减弱燃料卷吸进空气轴向涡的阻力，并增加了尾缘处横向涡。

在本公开的一些实施例中，所述尾缘为三角形，且所述尾缘与水平面相垂直。

在本公开的一些实施例中，所述第一侧面的夹角为θ，其中，θ≤30°。

在本公开的一些实施例中，所述掺混器的长为L，所述掺混器的宽为b，所述长宽比L/b为1～2，以使轴向涡强度较大而压降较小。

在本公开的一些实施例中，所述掺混器的高为h，所述掺混器的长为L，所述高长比h/L为0.2～1，以使轴向涡强度较大而压降较小。

在本公开的一些实施例中，所述第二侧面中锐角夹角为d，其中，d的范围为30～60°，以使轴向涡强度较大而压降较小，且宽度不会过大。