本發(fā)明涉及燃氣輪機，尤其是涉及一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
1、基于傳統(tǒng)的中心分級燃燒室改造的氫燃燒室采用直射式或橫向射流式的雙級/多級結(jié)構(gòu)，通過燃料分級和空氣分級實現(xiàn)寬工況穩(wěn)定燃燒，有以下不足點：
2、(1)由于氫氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^大直射式噴射氫氣易發(fā)生回火現(xiàn)象。
3、(2)橫向射流可以解決上述問題，但氫氣射流(輕氣體)橫向注入高速空氣流(重氣體)時，因密度比和動量比差異，導致射流穿透不足或過度彎曲，影響摻混效率。
4、(3)航空發(fā)動機中的氫氣大多以液氫形式儲存，氣化后的氫氣溫度較低，直接利用浪費冷能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)及方法，解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，包括燃燒室，所述燃燒室的頂端設(shè)置有端壁，所述端壁的中心位置處連接有頭部通道，所述頭部通道內(nèi)開設(shè)有空氣通道和氫氣通道，所述氫氣通道和所述空氣通道交替設(shè)置；
3、所述入口部內(nèi)還設(shè)置有兩級旋流器。
4、優(yōu)選的，所述端壁的內(nèi)部開設(shè)有流通空腔。
5、優(yōu)選的，所述頭部通道包括外層筒體和內(nèi)層筒體，所述內(nèi)層筒體和所述外層筒體之間設(shè)置有多個連接筒，每個所述連接筒的內(nèi)部均設(shè)置有聯(lián)通腔。
6、優(yōu)選的，所述空氣通道包括第一空氣通道和第二空氣通道，所述第二空氣通道設(shè)置在所述內(nèi)層筒體的中心位置處，所述第一空氣通道通過所述內(nèi)層筒體和所述外層筒體圍合形成。
7、優(yōu)選的，所述氫氣通道包括第一氫氣通道和第二氫氣通道，所述第二氫氣通道設(shè)置在所述內(nèi)層筒體的側(cè)壁內(nèi)部，所述第一氫氣通道設(shè)置在所述外層筒體的側(cè)壁內(nèi)部，所述第一氫氣通道和所述第二氫氣通道通過所述聯(lián)通腔相連通，且所述第一氫氣通道與所述流通空腔相連通；
8、所述外層筒體的外壁上開設(shè)有通口，所述通口和所述第一氫氣通道相連通。
9、優(yōu)選的，所述內(nèi)層筒體的下方沿圓周開設(shè)有多個氫氣射流孔，多個所述氫氣射流孔均貫穿開設(shè)在所述內(nèi)層筒體的下部。
10、優(yōu)選的，所述兩級旋流器包括內(nèi)側(cè)旋流器和外側(cè)旋流器，所述外側(cè)旋流器設(shè)置在所述外層筒體和所述內(nèi)層筒體之間，所述內(nèi)側(cè)旋流器設(shè)置在所述內(nèi)層筒體的內(nèi)部。
11、一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
12、步驟s1、空氣經(jīng)過第一空氣通道和第二空氣通道進入頭部通道后通過內(nèi)側(cè)旋流器和外側(cè)旋流器；
13、步驟s2、液體氫氣在氣化后通過通口進入第一氫氣通道和第二氫氣通道，充滿整個頭部通道的內(nèi)腔體，并通過氫氣射流孔向內(nèi)層筒體和外層筒體橫向噴射，與通過內(nèi)側(cè)旋流器和外側(cè)旋流器的旋轉(zhuǎn)射流空氣流動方向垂直，在旋流的作用下?lián)交?，進入火焰筒燃燒；
14、步驟s3、燃燒產(chǎn)生的高溫通過端壁與第一氫氣通道和第二氫氣通道進行換熱，形成類間壁式換熱器結(jié)構(gòu)，利用氣化后的氫氣冷能對端壁冷卻，防止端壁燒蝕。
15、因此，本發(fā)明采用上述一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)及方法，具有以下有益效果：
16、(1)本結(jié)構(gòu)具有高效冷卻與熱防護功能。液氫氣化過程吸收大量汽化潛熱，顯著降低氫氣溫度，提升冷卻效率；氫氣通過火焰筒端壁內(nèi)部通道形成間壁式對流換熱，直接帶走高溫區(qū)熱量，避免傳統(tǒng)氣膜冷卻的氫浪費問題。
17、(2)本結(jié)構(gòu)采用擴散燃燒模式。氫氣通過橫向射流與弱旋流空氣摻混，避免預(yù)混燃燒的回火風險，兩級旋流空氣形成穩(wěn)定剪切層，促進氫/空氣梯度混合，抑制局部高溫區(qū)。
18、(3)本結(jié)構(gòu)采用分層射流設(shè)計。內(nèi)層射流：貼近壁面形成冷卻氣膜，隔絕高溫燃氣；外層射流：與二級旋流空氣摻混，優(yōu)化燃燒均勻性，降低nox排放。
19、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
1.一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括燃燒室，所述燃燒室的頂端設(shè)置有端壁，所述端壁的中心位置處連接有頭部通道，所述頭部通道內(nèi)開設(shè)有空氣通道和氫氣通道，所述氫氣通道和所述空氣通道交替設(shè)置；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述端壁的內(nèi)部開設(shè)有流通空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述頭部通道包括外層筒體和內(nèi)層筒體，所述內(nèi)層筒體和所述外層筒體之間設(shè)置有多個連接筒，每個所述連接筒的內(nèi)部均設(shè)置有聯(lián)通腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述空氣通道包括第一空氣通道和第二空氣通道，所述第二空氣通道設(shè)置在所述內(nèi)層筒體的中心位置處，所述第一空氣通道通過所述內(nèi)層筒體和所述外層筒體圍合形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述氫氣通道包括第一氫氣通道和第二氫氣通道，所述第二氫氣通道設(shè)置在所述內(nèi)層筒體的側(cè)壁內(nèi)部，所述第一氫氣通道設(shè)置在所述外層筒體的側(cè)壁內(nèi)部，所述第一氫氣通道和所述第二氫氣通道通過所述聯(lián)通腔相連通，且所述第一氫氣通道與所述流通空腔相連通；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述內(nèi)層筒體的下方沿圓周開設(shè)有多個氫氣射流孔，多個所述氫氣射流孔均貫穿開設(shè)在所述內(nèi)層筒體的下部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述兩級旋流器包括內(nèi)側(cè)旋流器和外側(cè)旋流器，所述外側(cè)旋流器設(shè)置在所述外層筒體和所述內(nèi)層筒體之間，所述內(nèi)側(cè)旋流器設(shè)置在所述內(nèi)層筒體的內(nèi)部。
8.應(yīng)用上述權(quán)利要求1-7任一項所述的一種利用氫燃料再生冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟：