燃气燃烧室(内燃机涡轮增压-燃气动力发电系统燃烧室设计)

燃烧室总体尺寸的初步设计

燃烧室设计点参数和总体结构

根据某车用集成式涡轮增压 燃气动力发电系统整机方案,由热力循环计算得到燃烧室的设计点参数:进口总压为258170Pa,进口总温为404.5K,空气流量为0.4kg/s,出口总温为973K.燃料为轻柴油,设计 点 工 况 燃 料 与 空 气 的 总 过 量 空 气 系 数为4.29.

微型单管燃烧室在设计上要考虑使整个系统具有结构紧凑、维护方便等特点.考虑到系统的安装空间和具体用途,燃烧室采用单管形,外筒分为两段,采用法兰进行连接,以利于拆装燃料喷嘴和旋流器等部件.火焰筒为“L”形,方便与涡轮进口连接.在火焰筒头部设有径向叶片式旋流器,旋流器中心处设置燃料喷嘴安装孔.气体流路的设计采用逆流式,即燃烧室进口的空气与火焰筒内气流的流动方向相反,这种流路方案可大大缩短燃烧室进出口之间的轴向长度.图1为单管燃烧室结构示意图.

燃烧室基本尺寸的确定

燃烧室外筒横截面面积

采用压力损失法确定燃烧室外筒横截面面积:

式中:R 为空气气体常数,数值取287J/(kg·K);δb为燃烧室总压损失系数;Φ 为对应于燃烧室外筒截面的燃烧室阻力系数,通常取值为20~30[4];qma为空气质量流量;T*i 为燃烧室进口总温;p*i 为燃烧室进口总压.由于文中的燃烧室为逆流式,阻力系数是其他类型燃烧室的2~3倍,故阻力系数 Φ 为60.根据式(1)得到 Aref后,还需根据质量连续方程校验该截面的平均气流速度,一般不超过30m/s.

燃烧室火焰筒横截面面积

式中k为经验系数,取值在0.50~0.75之间

燃烧室火焰筒各区域长度的计算

头部扩压器长度由扩张半角、火焰筒外径和旋流器出口半径计算得到.火焰筒主燃区、中间区、掺混区的长度为各区域的长度系数kf 与火焰管直径Di 的乘积,kf 的取值范围在0.3~1.5之间

火焰筒二次射流孔尺寸

火焰筒二次射流孔尺寸由燃烧室空气流量分配关系决定.根据有效面积法和流阻法确定了各区域空气流量的分配关系,据此确定主燃孔数目为6个,直径为12mm;补燃孔数目为6个,直径为11mm;掺混 孔 为 两 排,数 目 分 别 为 6 和 5 个,直 径 为10mm.另外在 火 焰 筒 壁 面 上 还 布 置 了 4 排 冷 却孔,燃烧区冷却孔的直径为2.5mm,数目为60个,其余各排冷却孔直径为3mm,数目为48个.燃烧室结构初步设计尺寸如表1所示.