一种空气自吹扫防回火中心喷嘴结构

本发明属于燃气轮机燃烧室领域，具体涉及一种空气自吹扫防回火中心喷嘴结构。

背景技术：

1、现代低污染燃气轮机广泛采用贫预混燃烧技术来控制氮氧化物排放，但贫预混燃烧面临着燃烧不稳定以及点火性能不好等问题。同轴分级燃烧室采用中心值班级和多级预混级同轴嵌套的形式，通过各级之间的配合来实现低工况到高工况的平稳过渡，值班级在低工况时主要为扩散燃烧以提高点火可能性，但过高的当量比在剧烈的燃烧过程中可能会导致回火烧毁头部，而高工况时值班级完全关闭也使得火焰靠近燃烧室头部造成头部的烧蚀。

2、国内近年也有许多关于同轴分级燃烧室的申请。申请号为202110664719.5的专利申请公开了一种用于一种低排放燃气轮机的同轴分级气体燃料燃烧室头部，其主要通过预混级轮毂的文式管结构加快气流速度，在燃烧室头部出口附近形成推举火焰，进而防止回火，但是气流速度的突然增大也会带来燃烧不稳定以及火焰震荡等问题。

技术实现思路

1、鉴于以上问题，本发明提出一种空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，用以解决现有技术存在的上述至少一个问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，包括平直段管道和渐缩段管道；所述平直段管道的外径为第一直径；所述平直段管道的上游设有吹扫孔；所述渐缩段管道位于所述平直段管道尾端；所述渐缩段管道上设有斜径向燃料喷射孔和轴向燃料喷射孔，其中，所述斜径向燃料喷射孔设置在渐缩段管道的管壁上，所述轴向燃料喷射孔设置在渐缩段管道的端面上；对应于值班级的所述平直段管道和渐缩段管道与燃烧室头部的其他预混级为同轴嵌套的一体化结构；所述平直段管道和渐缩段管道位于燃烧室头部中心且内部设有燃料腔。

3、进一步地，在燃烧室头部中，所述吹扫孔设置在第一级燃料喷射孔的上游5-10mm处。

4、进一步地，所述斜径向燃料喷射孔设置在所述渐缩段管道的管壁上，距离第二端面预定距离处沿周向均匀布置多个斜径向燃料喷射孔，打孔方向垂直管壁锥面。

5、进一步地，所述斜径向燃料喷射孔的数量为4～8个，孔径为0.6～1mm。

6、进一步地，所述轴向燃料喷射孔设置在所述渐缩段管道的端面上，打孔方向垂直第二端面，轴向燃料喷射孔的数量为4～8个，孔径为0.6～1mm。

7、进一步地，所述渐缩段管道长度为值班级平直段管道的外径的1～2.5倍，且轴向上的切线与中心轴线之间的夹角γ为15°～35°。

8、进一步地，所述平直段管道的每个吹扫孔外分别设有对应的吹扫管道。

9、进一步地，吹扫孔布置在第一级旋流叶片之前，孔径为0.1d～0.3d，沿周向排布3～6个。

10、进一步地，所述空气自吹扫防回火中心喷嘴结构还设有吹扫孔挡片；值班级工作时，值班级供燃料，吹扫孔挡片弹出，挡住吹扫孔，以避免中心级燃料从吹扫孔喷出；值班级不工作时，值班级不供燃料，吹扫孔挡片不弹出，空气由吹扫孔进入中心值班级管路，以推举火焰防止中心值班级烧蚀。

11、本发明的一种空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其能够实现工况的平稳过渡，防止头部烧蚀。

12、本发明各级采用同轴嵌套形式，值班级位于中心，可起到稳定燃烧、提高点火性能的作用，预混级对燃料进行充分预混，可实现分级分区燃烧，有效降低排放。

13、本发明值班级具有吹扫孔，低工况时，通过调整吹扫空气的进气量，可防止值班级出口燃料当量比过高而被烧蚀；高工况时，也可通过调整吹扫空气的进气量，实现对主燃区火焰的推举，防止回火。

技术特征：

1.一种空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，包括平直段管道(1a)和渐缩段管道(1b)；

2.根据权利要求1所述的空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，在燃烧室头部中，所述吹扫孔(2)设置在第一级燃料喷射孔的上游5-10mm处。

3.根据权利要求1或2所述的空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，所述斜径向燃料喷射孔(3)设置在所述渐缩段管道(1b)的管壁上，距离第二端面预定距离处沿周向均匀布置多个斜径向燃料喷射孔(3)，打孔方向垂直管壁锥面。

4.根据权利要求1或2所述的空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，所述斜径向燃料喷射孔(3)的数量为4～8个，孔径为0.6～1mm。

5.根据权利要求1或2所述的空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，所述轴向燃料喷射孔(4)设置在所述渐缩段管道(1b)的端面上，打孔方向垂直第二端面，轴向燃料喷射孔(4)的数量为4～8个，孔径为0.6～1mm。

6.根据权利要求1或2所述的空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，所述渐缩段管道(1b)长度为值班级平直段管道(1a)的外径的1～2.5倍，且轴向上的切线与中心轴线(5)之间的夹角γ为15°～35°。

7.根据权利要求1或2所述的空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，所述平直段管道(1a)的每个吹扫孔(2)外分别设有对应的吹扫管道(2a)。

8.根据权利要求1或2所述的空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，吹扫孔(2)布置在第一级旋流叶片(6)之前，孔径为0.1d～0.3d，沿周向排布3～6个。

9.根据权利要求1或2所述的空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其特征在于，所述空气自吹扫防回火中心喷嘴结构还设有吹扫孔挡片(9)；

技术总结
本发明提供了一种空气自吹扫防回火中心喷嘴结构。该结构包括平直段管道和渐缩段管道；所述平直段管道的外径为第一直径；所述平直段管道的上游设有吹扫孔；所述渐缩段管道位于所述平直段管道尾端；所述渐缩段管道上设有斜径向燃料喷射孔和轴向燃料喷射孔，其中，所述斜径向燃料喷射孔设置在渐缩段管道的管壁上，所述轴向燃料喷射孔设置在渐缩段管道的端面上；对应于值班级的所述平直段管道和渐缩段管道与燃烧室头部的其他预混级为同轴嵌套的一体化结构；所述平直段管道和渐缩段管道位于燃烧室头部中心且内部设有燃料腔。本发明的一种空气自吹扫防回火中心喷嘴结构，其能够实现工况的平稳过渡，防止头部烧蚀。

技术研发人员：赵宁波,杨慧玲,孙继昊,郑洪涛,杨洪磊,杨仁,颜世林,邓福泉
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13