一种燃烧室渐缩的微型回热弥散式均匀燃烧装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微型燃气轮机领域，尤其涉及一种燃烧室渐缩(烟气加速)的微型回热弥散式均匀燃烧装置。此装置在提高自身燃烧效率的同时给烟气加速，为燃气轮机透平部分提供更高动能的高温烟气，进一步提高燃气轮机的功率。
【背景技术】
[0002]微尺度燃烧是随着MEMS(微机电系统)技术的发展而提出的，它的燃烧通常在低于Icm3的容积内发生。微尺度燃烧的发电原理为:微尺度燃烧器产生高温烟气带动热机做功发电，或通过热电材料直接转换获得电力以及通过光电材料发电，应用领域涉及微型飞行器、微型卫星推进系统、军事单兵作战等多个方面。和常规供电系统相比，微尺度燃烧发电具有价格低廉、保存期限长、电压稳定、能量密度高和再次添加燃料方便等优点。同时，由于微尺度燃烧器并不仅仅是简单的对传统燃烧器在尺度上按比例缩小，它会产生很多新的问题与挑战:一、由于表面积相对增加导致散热严重;二、由于燃烧器尺寸太小，反应气体的停留时间短，燃烧不够充分且燃烧效率低;三、现有很多微型燃烧器都采用单进气口，容易形成沿进气口方向局部温度过高而导致的温度场分布不均、局部混合燃烧不充分的现象，严重影响燃烧效率;四、现有燃烧器进气面小从而造成大流量下的进气流速过高，导致吹熄熄火现象;而高功率燃烧器要求的大流量与吹熄现象存在矛盾，现有燃烧器较小的进气面无法解决高功率燃烧器中存在的流速和吹熄之间的矛盾。
[0003]因此现有技术丞待改进和发展。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种在保证烟气温度的同时，提高出口烟气动能和燃气轮机功率且内部燃烧更加均匀，更高效的燃烧室渐缩的微型回热弥散式均匀燃烧装置。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:
一种燃烧室渐缩的微型回热弥散式均匀燃烧装置，包括点火装置、外套筒、内套筒和上面板;所述内套筒位于外套筒中，且内套筒与外套筒共轴设置，所述内套筒内为燃烧室，所述内套筒与外套筒之间形成预热预混腔;所述外套筒的底端设置密封板，所述上面板设置在外套筒的顶端上并与外套筒密封配合;所述内套筒呈下端大的喇叭状结构，所述内套筒的下端设置多孔底板，所述内套筒的下部圆周壁为多孔壁，所述燃烧室与预热预混腔通过多孔壁和多孔底板相通，所述内套筒的上端口作为排气口并穿过上面板;所述多孔底板由四块呈十字形布置的支撑架支撑在外套筒的底部密封板上;所述外套筒的侧壁顶端沿圆周方向均布设置多个空气进气口和燃气进气口，所述空气进气口和燃气进气口交叉设置。
[0006]作为本发明的一种优选方案，所述空气进气口和燃气进气口沿外套筒侧壁顶端的圆周切向方向布置。
[0007]作为本发明的另一种优选方案，所述内套筒靠近排气口的圆周壁为渐缩段;所述内套筒的中部圆周壁外表面设置具有导热性能的螺纹肋片，所述螺纹肋片呈螺旋下降设置;所述内套筒的下部为多孔壁。
[0008]作为本发明的又一种优选方案，所述多孔壁上孔的孔径和多孔底板上孔的孔径沿气体流动方向逐渐缩小。
[0009]作为本发明的一种改进方案，所述多孔底板的中部向上拱起形成圆柱式内陷，所述圆柱式内陷的直径为燃烧室的底面直径的I/5，圆柱式内陷的高度为燃烧室的多孔壁高度的1/3。
[0010]作为本发明的另一种改进方案，所述内套筒采用传热材料制成，所述外套筒采用保温材料制成。
[0011]作为本发明的进一步改进方案，四块呈十字形布置的支撑架布置于外套筒的底部密封板上并以底部密封板的中心成十字形对称分布。
[0012]作为本发明的再进一步改进方案，所述点火装置从外套筒的底部插入，贯穿燃烧室的圆柱式内陷，并伸进燃烧室内。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下技术效果:
1、进气通道(即空气进气口和燃气进气口)沿外圆筒切向方向交错布置，燃气和空气沿外圆筒的切向方向进入气流通道，可以形成旋转气流，增强预混效果，延长气体运动路径。
[0014]2、气体切向进入后在内套筒和外套筒之间的预热预混腔中预混，避免了燃烧室的高温壁面与环境直接接触，减小热量损失，同时内套筒的高温壁面可以预热预混气体，提高预混气体的初始温度，降低气体着火难度，提高燃烧强度和烟气温度，实现超焓燃烧。
[0015]3、预混气体周向均匀透过内套筒下部分的多孔壁进入燃烧室燃烧，在多孔壁内表面形成稳定、均匀的火焰面，高效的利用了燃烧室内的空间，火焰以及温度分布的也更加均匀;在预混气不断从多孔壁渗透到燃烧室的过程中，附着于多孔壁内壁面的低温薄层气膜有效的隔断了高温火焰与内套筒壁的直接接触，不仅避免了高温对燃烧室的烧蚀，其维持的低壁面温度也有效防止了预混气在多孔壁内燃烧，防止回火现象的发生。
[0016]4、该燃烧室多孔壁整体呈倒扣喇叭形，在开口部分设置有圆柱形内陷，保证预混气体从周向和轴向更均匀地进入燃烧室，由于一般采用多孔壁周向进气只会在周向多孔壁表面形成稳定、均匀的火焰面，容易导致中心的局部低温，影响温度场的均匀分布，本发明特别设计了一种圆柱式内陷结构，将预混气送入燃烧器中心，让燃料均匀地扩散到燃烧室整个空间中，避免燃烧室中心出现局部低温，使燃烧室内温度场分布更加均匀，实现更加均匀、高效的燃烧。
[0017]5、本发明采用的多孔壁的孔沿流动方向呈渐缩式结构，不同于常规的等直径孔，较好地避免了气体回流以及回火问题。
[0018]6、内套筒外表面中部布置螺纹肋片可以有效地增加预混气体与高温壁面的换热量，提高进气温度，同时，切向进入的气体混合后沿着螺纹肋片方向螺旋下降，延长了预混气体的运动路径，增加了气体的停留时间，达到充分预混和预热的效果。
[0019]7、“三段式”内套筒的设计能够达到如下多重效果:首先，保证上部排气口排气温度不至于因过量换热而过低，同时能够防止未混合充分的气体进入燃烧室;其次是中部增强换热;最后是下部通过气体的多孔壁渗透连通燃烧室和预热预混腔。
[0020]8、高温烟气在燃烧室的渐缩结构下达到了加速的效果，既保证了排气的温度，又提升了烟气的动能，使得其在燃气轮机的喷嘴部分所消耗的外在功降低，提高了整个燃气轮机的效率。
[0021]9、本发明外套筒壁面和内套筒壁面采用不同的材料，外套筒壁面采用保温隔热材料，减少装置热量损失，内套筒壁面采用导热性能好的材料，增强预混气体和高温气体的换热效果，提高预混气体的温度，降低气体的着火难度，强化燃烧，提高燃烧温度。
【附图说明】
[0022]图1为燃烧室渐缩的微型回热弥散式均匀燃烧装置的剖面结构示意图；
图2为图1沿A-A方向的剖面俯视图；
图3为图1沿B-B方向的剖面俯视图。
[0023]附图中，I一空气进气口；2—燃料进气口； 3—上面板；4一外套筒；5—内套筒；6一多孔壁；7—螺纹肋片；8—排气口； 9一点火装置；10—支撑架；11一预热预混腔；12—燃烧室。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0025]如图1、图2和图3所示，一种燃烧室渐缩的微型回热弥散式均匀燃烧装置，包括点火装置9、外套筒4、内套筒5和上面板3。内套筒5位于外套筒4中，且内套筒5与外套筒4共轴设置，内套筒5的外壁采用“三段式”不同结构，内套筒5内为燃烧室12，内套筒5与外套筒4之间形成预热预混腔11，为气体的充分预混预热提供空间。外套筒4的底端设置密封板，上面板3设置在外套筒4的顶端上并与外套筒4密封配合。内套筒5呈下端大的喇叭状结构，内套筒5的下端设置多孔底板，内套筒5的下部圆周壁为多孔壁6，燃烧室12与预热预混腔11通过多孔壁6和多孔底板相通，内套筒5的上端口作为排气口 8并穿过上面板3。多孔底板由四块呈十字形布置的支撑架10支撑在外套筒4的底部密封板上(四块呈十字形布置的支撑架