关键词：燃气发生器，节能设计，燃烧室
The energy-saving design of gas generator
Wang di
Shanghai Special equipment supervision and inspection of technology institute, 200333
Abstract: a brief description of gas generator, and points out that to achieve energy saving to make the fuel combustion in the device, efforts to improve combustion efficiency. Using flame tube and swirl device is to improve the efficiency of scientific choices. For the design of the flame tube have some empirical formula, are these past successful design experience. Combined with the experience of ontology has carried on the design of gas producer was born. 3 d model using UG software to make the gas generator.
Key words: gas generator, energy saving design, combustion chamber
1 引言
燃气发生器一直为军事、航空航天等高科技工程所专用，现在燃气发生器除了在原有的领域继续应用和发展外，已经逐渐进入社会、经济、生产、生活的各个方面并且在有的领域已经发挥了重要的作用，具有更加广泛的应用价值，因此对其设计和应用研究具有重要的意义。燃气发生器的核心部分是燃烧室，在燃烧室中燃料与来自压气机的高压空气混合，形成可燃气体并进行充分有效的燃烧。燃烧室设计的状况直接决定了燃气发生器的工作状况及燃料在其中的燃烧效率，直接体现了燃气发生器的节能燃烧情况。现在能源日益紧张的时期燃烧室的节能设计就成了关键。
2.燃气发生器结构
燃气发生器系统主要由气路、燃料管路、螺旋式进气结构、燃烧室、喷管和点火器等组成，另外根据需要还可以加装辅助喷管。燃气发生器系统的结构示意图如下所示：
图1 燃气发生器系统结构示意图
1 气路 2 燃料管路 3螺旋式进气结构 4 燃烧室 5 喷管
3.燃气发生器本体的设计
燃烧室的基本尺寸与燃烧室的工作性能有密切关系，按理说他应该根据燃烧理论进行计算，但目前还做不到这一点，只能以目前现有的、工作性能比较好的燃烧室的统计数据为基础。
3.1燃烧室的断面面积Fref的确定
通常，燃烧室的断面面积的大小与燃烧室的流阻损失直接相关。设计时可以根据要求达到的燃烧室的压力将来选定。根据统计数据得知，燃烧室最大断面上的速度系数λref，与火焰筒段的总压系数
之间，有如下经验关系
3.3火焰筒断面面积Fft的确定
一般可以通过合理的选择Fft/Fref的比值关系来确定。
3.4火焰筒长度lft的确定
统计数据表明，火焰筒的长度与直径之比有如下经验关系，即
3.5火焰筒壁上进气孔尺寸的确定
开孔排数和空气流量的分配关系大致有如下规律：
1）在满负荷工况下，燃烧区内不包括冷却空气量在内的一次余气系数α1=1.0~1.3。其中有旋流器流入的s1a»0.25~0.35。其余的由开在圆柱段上的一次主然孔供入。
2）通常，主燃孔约有两排。第一排孔里旋流其出口断面的距离1fL(0.5~0.7)d；第二排的开孔位置约为2fL(0.7~1.0)d。
3）也可以在主然孔后再开1~2排补燃孔，是不包括冷却空气在内的过量余气系数达到2.0~2.2。最后一排补燃孔与旋流器出口断面的距离约为f(1.3~1.8)d。
4）掺混孔一般取12排。其中第一排孔与旋流器出口的距离约为f(2~2.2)d。排间距约为mix(2~2.5)d。式中mixd为掺混孔的直径。
5）通常，用以冷却火焰筒壁的冷却空气量约占总空气量的20~40%。
这样，就大体上确定出火焰筒的基本形状，主要尺寸和进气孔的布局。
一次空气的配气机构的作用主要有以下几个方面，即：1保证燃料从离开喷嘴的瞬间开始，就能获得燃烧过程和发展所必需的空气；2在燃烧区形成一个旋流强度足够、速度分布合适的流场，为强化燃料与空气的紊流交换和点燃火焰以及稳定火焰提供条件。涉及的制造工艺及制造成本，本燃烧室采用简单的螺旋式旋流器。
4.燃气发生器本体的三维设计
根据以上的分析首先运用UG软件建立发生器各部分的实体模型，然后按照装配关系将它们装配成一个虚拟的产品模型，并根据实际情况修改和完善。本设计中所示的所有三维实体模型和二维工程图纸都是运用UG软件来完成的，而这只是UG软件的一小部分功能。在实际的使用过程中逐渐熟悉了UG的各项功能，加深了对UG的理解，基本上掌握了建模和制图的功能。
燃气发生器的具体结构如图2所示。
图2燃气发生器
主要结构包括：一级扩压器（9）、二级扩压器（5）、旋流器（6）、喷嘴（17）、火焰筒（4）、发生器外壳（3）、喷管（21）、发生器头部（1）和尾部（7）等等。
本设计中扩压器压力损失虽然大些，但带来的好处是扩压器可以做得相当短，而且火焰筒进口流场相对稳定，受空气压缩机出口气流流场畸变的影响很小。
图3二级扩压器模型图
根据上面的分析与计算，火焰筒的图4如下：
图4火焰筒模型图
天然气的供应方式是模拟液体燃料喷油嘴的喷射方式来设计的，它能够保证使燃烧空间中的天然气的浓度分布规律，大体上与液体燃料的浓度分布规律相似，从而保证一个燃烧室在燃烧液体燃料或天然气时，都能获得良好的燃烧性能。
图5喷嘴模型图
旋流器的设计采用简单的螺纹结构，达到了简化工艺降低成本的目的。同样可以使气流旋转，形成具有轴向、切向和径向三种分速的三维旋转气流，可以使空气与天然气充分的掺混。又由于空气的粘性作用，旋转扩张着的进气气流把火焰筒中心附近的气体带走，使中心区变得稀薄，压力降低，在轴线方向形成逆主流方向的压力差。在此压差的作用下，下游一部分气体逆流过来补充，结果形成了气体的回流。这一连续的流动过程，为燃烧区提供了良好的气流结构。
图6旋流器模型图
燃气发生器的喷管如下图所示，本喷管采用收敛形喷管。
图7喷管模型图
燃烧室材料的选择中燃烧室的材料应该根据所受的负荷、零件的工作温度以及制造工艺特点来选择。本燃烧室主体采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制作。这种刚在高温下也具有良好的机械性能、较高的耐蚀性，以及良好的可塑性与可焊性。
结束语
对一种新型的燃气发生器进行设计，获得的合理的设计结构。天然气的热值比较高，冷却性能和热安定性能也比较好，天然气作为燃料具有洁净、高效、方便和安全的优点，成为现代城市优先选择的能源和城市燃气。
参考文献
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