專(zhuān)利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)全壓全尺寸燃燒室的實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)全壓 全尺寸燃燒室實(shí)驗(yàn)的方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)既可以用于地面發(fā)電，也可以作為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，艦艇的推進(jìn) 動(dòng)力等。燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)與優(yōu)化主要依靠燃燒室實(shí)驗(yàn)，全壓全尺寸 燃燒室實(shí)驗(yàn)是燃燒室設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和手段。
燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)是用實(shí)驗(yàn)的方法模擬燃?xì)廨啓C(jī)所有工況中燃燒 室內(nèi)部所發(fā)生的情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證燃燒室的設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出改 進(jìn)的措施和方向。燃燒室試驗(yàn)需要模擬燃燒室的空氣進(jìn)口的流量、壓力， 燃料進(jìn)口的流量、壓力，燃燒室內(nèi)部的壓力、溫度，以及燃燒室出口的壓 力、溫度分布等條件。當(dāng)前燃燒室實(shí)驗(yàn)利用壓縮機(jī)壓縮空氣進(jìn)行模擬進(jìn)口 空氣，然后按燃燒室的功率供應(yīng)適當(dāng)?shù)娜剂?，通過(guò)燃燒室出口的背壓閥控 制燃燒室壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)口的空氣量和燃料量達(dá)到調(diào)節(jié)燃燒室不同負(fù)荷 的目的。燃燒室實(shí)驗(yàn)中最大的消耗是壓縮空氣，因?yàn)槿紵倚枰罅康母?壓空氣，得到這些空氣需要耗費(fèi)大量的電力。
當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室實(shí)驗(yàn)主要有三種，第一種為全壓全尺寸燃燒室 實(shí)驗(yàn)，其中燃燒室的尺寸以及燃燒室中的壓力和流量完全模擬實(shí)際燃機(jī)中
的條件，此方法需要耗費(fèi)巨大的動(dòng)力，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果最能反映實(shí)際情況；第 二種為全尺寸低壓實(shí)驗(yàn)，燃燒室尺寸保持和實(shí)際燃機(jī)燃燒室相同，但是燃 燒室的壓力低于實(shí)際燃機(jī)燃燒室，利用等速?；?，保證燃燒室內(nèi)部的 流速與實(shí)際燃燒室相同，此種方法消耗較低，但是不能反映高壓對(duì)于燃燒 室性能的影響；第三種為縮尺全壓實(shí)驗(yàn)，將燃燒室尺寸按比例縮小，但是 保證燃燒室內(nèi)部的壓力和流速與實(shí)際燃機(jī)燃燒室相同，此種方法消耗較 低，但不能反映燃燒室尺寸對(duì)燃燒室性能的影響。由于第一種實(shí)驗(yàn)方法消耗巨大，現(xiàn)在大部分燃燒室實(shí)驗(yàn)都采用第二或第三中方法進(jìn)行折中實(shí)驗(yàn)， 但由于第二和第三中實(shí)驗(yàn)本身存在的缺陷使得經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的燃燒室裝機(jī)后 還需要大量的調(diào)試工作，增加了產(chǎn)品研發(fā)周期和研發(fā)投入。全壓全尺寸燃 燒室實(shí)驗(yàn)需要用壓縮機(jī)壓縮大量的空氣來(lái)模擬燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)的排氣的
流量和壓力，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)及電費(fèi)等耗資巨大，例如一臺(tái)GE的9E燃?xì)廨?機(jī)的空氣量為114萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，壓力為12個(gè)大氣壓，壓縮這部分 空氣需要大約12萬(wàn)kW的電，相當(dāng)于一個(gè)燃機(jī)電廠的發(fā)電量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)全壓全尺寸燃燒室實(shí)驗(yàn)的方法，在 耗資和成本方面可承受，而且能夠完全模擬燃燒室實(shí)際工作狀況。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的實(shí)驗(yàn)方法，可以進(jìn)行燃燒室的全壓全尺寸實(shí) 驗(yàn)。利用電廠現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)，在燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的排氣缸上安裝抽氣口， 并利用取氣管和閥門(mén)抽取壓縮機(jī)的排氣缸中的空氣，通過(guò)閥門(mén)控制抽氣 量，此壓縮空氣的狀態(tài)為實(shí)際燃機(jī)燃燒室的進(jìn)口狀態(tài)，作為燃燒室實(shí)驗(yàn)用 空氣可以完全模擬實(shí)際燃燒室的條件，利用E級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)抽取少量(小
于壓縮機(jī)總氣量的5%)的空氣，作為B級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)單筒燃燒室實(shí)驗(yàn)用空 氣，可以滿足其全壓全尺寸實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槭紫菶級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮空氣的壓 力與B級(jí)相同，可以滿足全壓實(shí)驗(yàn)的要求，另外由于E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的流量 約為B級(jí)的3倍，而且B級(jí)燃機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)室只是燃機(jī)10個(gè)火焰筒中的 一個(gè)，因此僅需要B級(jí)燃機(jī)10%的空氣就能滿足全壓全尺寸實(shí)驗(yàn)的要求， 所以B級(jí)全壓全尺寸燃燒室實(shí)驗(yàn)只需抽取E級(jí)燃機(jī)3.3%的空氣即可滿足 實(shí)驗(yàn)要求。同時(shí)由于燃?xì)廨啓C(jī)的抽氣量小于5%，因此不會(huì)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的 安全運(yùn)行造成影響。
燃燒室實(shí)驗(yàn)過(guò)程跟隨燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，完全實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)燃 燒室的實(shí)際工作狀況，包括點(diǎn)火、啟動(dòng)、升負(fù)荷、降負(fù)荷及停機(jī)等過(guò)程。 燃料包括柴油、重油、合成氣、天然氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣。燃?xì)廨啓C(jī) 在不同的過(guò)程時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)就處在對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下，因此在燃機(jī)的 壓縮機(jī)排氣缸抽取的空氣的狀態(tài)就完全對(duì)應(yīng)此燃機(jī)過(guò)程下的狀態(tài)，因此燃燒室實(shí)驗(yàn)的空氣也就保持了此狀態(tài)，因此實(shí)驗(yàn)燃燒室內(nèi)的狀態(tài)也就保證了 是實(shí)際燃機(jī)燃燒室內(nèi)部的狀態(tài)保持了一致。例如當(dāng)燃機(jī)處在點(diǎn)火過(guò)程時(shí)， 此時(shí)進(jìn)入實(shí)際燃機(jī)燃燒室的空氣狀態(tài)與進(jìn)入實(shí)驗(yàn)燃燒室的空氣狀態(tài)相同， 因此采用對(duì)應(yīng)的燃料量就可以使得實(shí)驗(yàn)燃燒室內(nèi)部的狀態(tài)完全和點(diǎn)火時(shí) 燃機(jī)燃燒室內(nèi)部的狀態(tài)相同。其它過(guò)程的實(shí)現(xiàn)也是如此。在各過(guò)程下對(duì)燃 燒室的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核，保證燃燒室性能的可靠，這主要包括在達(dá)到個(gè) 過(guò)程的穩(wěn)定狀態(tài)下，測(cè)量燃燒室內(nèi)的狀態(tài)包括燃燒室壓力、火焰筒壁溫、 出口溫度場(chǎng)分布、燃燒室效率以及污染物排放等性能。通過(guò)分析這些性能 參數(shù)，提出燃燒室的改進(jìn)措施，改進(jìn)后進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，直到燃燒室各項(xiàng) 性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的最大不同就是利用電廠現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī) 排氣缸抽氣供應(yīng)全壓全尺寸燃燒室用空氣，而不是利用電機(jī)、汽機(jī)或燃機(jī) 拖動(dòng)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮空氣的方法，這樣就可以減少購(gòu)買(mǎi)壓縮機(jī)、電機(jī)以及 電力擴(kuò)容等方面的巨大投資，同時(shí)由于利用了高效的燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)的抽 氣可以減少利用壓縮機(jī)的動(dòng)力費(fèi)的消耗，其他實(shí)驗(yàn)方面如燃料供應(yīng)、燃燒 室壓力控制，溫度控制等利用現(xiàn)有成熟的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。本發(fā)明可以使得在耗 資和成本方面可承受的范圍內(nèi)進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的全壓全尺寸實(shí)驗(yàn)。


圖1為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
參見(jiàn)附圖1，為本發(fā)明的工作流程圖，其中包括燃燒室試驗(yàn)件1和燃
氣輪機(jī)(由壓縮機(jī)2、燃燒室3和透平4組成)。壓縮機(jī)2從大氣中吸氣后 將常溫常壓的空氣絕熱壓縮至12個(gè)大氣壓，然后壓縮空氣的一部分約 3-5%被抽出供燃燒室試驗(yàn)件1作為實(shí)驗(yàn)用空氣，余下95-97%的壓縮空氣 進(jìn)入燃燒室3與燃料進(jìn)行燃燒并產(chǎn)生1140°C、 12個(gè)大氣壓的高溫高壓燃 氣，燃?xì)膺M(jìn)入透平4絕熱膨脹做功，高溫高壓燃?xì)饨?jīng)透平4膨脹后溫度降
5為約50(TC，壓力降為常壓。透平4膨脹做功帶動(dòng)壓縮機(jī)2進(jìn)行空氣壓縮， 同時(shí)也帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃燒室試驗(yàn)件1利用壓縮機(jī)抽出的3-5%的空氣 作為實(shí)驗(yàn)用空氣，同時(shí)配合適當(dāng)?shù)娜剂贤瓿扇紵业膶?shí)驗(yàn)。 本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法流程，闡述如下
如圖1所示E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)2在大氣中吸入常溫常壓的空氣，經(jīng) 壓縮后變?yōu)閴毫?2個(gè)大氣壓，溫度約340'C的壓縮空氣。壓縮機(jī)的排氣被 抽取總質(zhì)量的3.5%供應(yīng)B級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)單筒燃燒室試驗(yàn)件1，作為B級(jí)單 筒燃燒室全壓全尺寸實(shí)驗(yàn)的空氣。其余96.5%的壓縮空氣進(jìn)入燃燒室3與 燃料燃燒后產(chǎn)生壓力為12個(gè)大氣壓，溫度為34(TC的高溫高壓燃?xì)?，燃?xì)?進(jìn)入透平4絕熱膨脹做功，高溫高壓燃?xì)饨?jīng)透平4膨脹后溫度降為約500 °C，壓力降為常壓的煙氣。透平4膨脹做功帶動(dòng)壓縮機(jī)2進(jìn)行空氣壓縮， 同時(shí)也帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。煙氣進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。，進(jìn)入燃燒室試驗(yàn) 件1的壓縮空氣與進(jìn)入燃燒室試驗(yàn)件1的燃料進(jìn)行燃燒，并產(chǎn)生高溫高壓 的煙氣排除。燃燒室的壓力通過(guò)燃燒室出口的背壓閥控制，燃燒室的煙氣 溫度通過(guò)控制進(jìn)入燃燒室試驗(yàn)件1的燃料量進(jìn)行調(diào)節(jié)。。此實(shí)驗(yàn)方法，可 以在不影響E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的前提下，利用其3.5%的壓縮空氣作為B 級(jí)燃燒室的氣源，完成B級(jí)燃燒室的全過(guò)程考核。即燃燒室試驗(yàn)件1的實(shí) 驗(yàn)過(guò)程完全跟隨燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行工況，E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)，B級(jí)燃?xì)廨?機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)件同時(shí)點(diǎn)火，E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)升負(fù)荷時(shí)，B級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室 試驗(yàn)件同時(shí)升負(fù)荷，E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)降負(fù)荷時(shí)B級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室試驗(yàn)件也 同時(shí)降負(fù)荷，E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)時(shí)B級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室試驗(yàn)件也同時(shí)停機(jī)。
以上所述，僅是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案提出的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā) 明作任何形式上的限制，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的 技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā) 明的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，在現(xiàn)有電廠燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的排氣缸上安裝抽氣口，并利用取氣管和閥門(mén)抽取壓縮機(jī)的排氣缸中的空氣，作為實(shí)驗(yàn)用燃?xì)廨啓C(jī)單筒燃燒室的空氣，與燃料混合燃燒，以完全實(shí)現(xiàn)電廠燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的實(shí)際工作狀況。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料包括柴油、 重油、合成氣、天然氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電廠燃燒輪機(jī)的 級(jí)別大于實(shí)驗(yàn)用燃?xì)廨啓C(jī)單筒燃燒室的級(jí)別。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作狀況包括點(diǎn) 火、啟動(dòng)、升負(fù)荷、降負(fù)荷及停機(jī)過(guò)程。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述抽取用作實(shí)驗(yàn)用 燃?xì)廨啓C(jī)單筒燃燒室的空氣量小于電廠燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)總氣量的5%。
全文摘要
本發(fā)明是一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的實(shí)驗(yàn)方法，可以進(jìn)行燃燒室的全壓全尺寸實(shí)驗(yàn)。利用電廠現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)，在燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)出口抽取壓縮空氣作為燃燒室實(shí)驗(yàn)用空氣，完全實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的實(shí)際工作狀況，包括點(diǎn)火、啟動(dòng)、升負(fù)荷、降負(fù)荷及停機(jī)等過(guò)程。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法既可以提高燃燒室實(shí)驗(yàn)的可靠性，也大大減少燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室壓縮機(jī)的投資與耗電。
文檔編號(hào)G01M15/00GK101650261SQ20081011832
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者張哲巔, 岳 王, 肖云漢 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所