燃料分级的单旋流喷嘴和单管燃烧室结构的制作方法

本发明涉及燃气轮机，尤其涉及一种燃料分级的单旋流喷嘴和单管燃烧室结构。

背景技术：

1、随着环境保护法规的不断严格，民用航空发动机和地面燃气轮机均朝着低排放的方向发展，尤其对于地面燃气轮机而言，在50％至100％的负载内需要同时满足nox和co的排放要求。因此需要采用先进的燃烧组织方式。为了有效的降低氮氧化物排放，相关技术中燃气轮机燃烧室常采用的燃烧组织方式有以下几种：①采用贫燃烧方式，通过增大头部进气量来减小主燃区当量比，使得主燃区燃烧温度降低，从而抑制热力型氮氧化物的形成；②采用预混的燃烧组织方式消除主燃区内的高温热点，降低氮氧化物的形成；③采用弱旋流的喷嘴方案，提高主燃区的燃气流速，降低高温燃气在燃烧室内的停留时间，以降低氮氧化物的生成量。但同时也存在一些问题，采用贫预混和弱旋流的方案小工况下容易造成火焰稳定能力差和大工况下容易产生振荡燃烧等问题，采用贫直混燃烧的方案火焰稳定能力强，但污染物排放水平相比贫预混而言较差。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种燃料分级的单旋流喷嘴，该燃料分级的单旋流喷嘴具有火焰稳定能力强、污染物排放低的优点。

2、根据本发明实施例的燃料分级的单旋流喷嘴，燃料分级的单旋流喷嘴包括喷嘴本体、吹除管、直混燃料通道外壁和旋流器，所述喷嘴本体在径向方向上自内向外依次布置吹除空气通道、直混燃料通道和预混燃料环腔，所述喷嘴本体在轴向上依次布置旋流通道和预混通道，所述吹除空气通道位于所述吹除管内壁，所述直混燃料通道位于直混燃料通道外壁和所述吹除管外壁之间，所述旋流通道位于旋流器内壁和旋流器外壁之间，所述旋流器内具有旋流叶片，所述旋流叶片为空心叶片，所述预混燃料环腔位于所述旋流器内壁和所述直混燃料通道外壁之间，所述预混燃料环腔与所述旋流叶片上的预混燃料喷孔相连通。

3、在一些实施例中，所述预混燃料喷孔位于所述旋流叶片的迎风面上，所述预混燃料喷孔为多个。

4、在一些实施例中，所述旋流叶片沿周向固定在所述旋流器内壁上，所述旋流叶片的叶片角度25°～30°。

5、在一些实施例中，所述吹除管邻近所述预混通道的一端为第一喷射端，所述第一喷射端上均匀分布多个空气喷孔，所述第一喷射端的端面与所述预混通道出口的截面平齐。

6、在一些实施例中，所述空气喷孔的轴线与所述喷嘴本体的轴向方向的夹角为15°～45°。

7、在一些实施例中，所述预混通道位于所述喷嘴本体的外壁和所述直混燃料通道外壁之间。

8、在一些实施例中，所述直混燃料通道邻近所述预混通道的一端为第二喷射端，所述第二喷射端的端面与喷嘴本体的轴向方向的夹角为30°～60°，所述直混燃料喷孔在所述第二喷射端的端面上垂直均匀分布。

9、在一些实施例中，所述喷嘴本体上设置两组切向进气孔，两组所述切向进气孔在周向上交错排布。

10、在一些实施例中，燃料分级的单旋流喷嘴设计当量比为0.5～0.8。

11、根据本发明实施例的单管燃烧室结构，单管燃烧室结构包括火焰筒、喷嘴安装法兰和多个单旋流喷嘴，所述喷嘴安装法兰位于所述火焰筒的一端，所述单旋流喷嘴位于所述喷嘴安装法兰上，所述喷嘴安装法兰上设置多个法兰冷却孔。

12、本发明与相关技术相比所具有的优点如下：

13、(1)将直混和预混燃烧两种方式相结合，直混部分稳定火焰，预混部分降低污染物，兼顾小工况下的火焰稳定和大工况下的污染物排放性能；

14、(2)在喷嘴中心位置设置吹除管，一方面改善了直混燃料的扩散和掺混效果，有效提高小工况下的燃烧效率，降低一氧化碳和未燃碳氢排放，另一方面还能吹除点火未成功或熄火后燃烧室内残留的未燃混气，避免下次点火时出现爆燃现象；

15、(3)本申请在实际燃烧室中，通过合理布置多个单旋流燃料分级喷嘴，匹配合理的燃油分级方式和燃料供应方式形成多点贫预混单管燃烧室方案，可实现全工况范围内的污染物排放和出口温度分布满足燃烧室和透平叶片性能要求。

技术特征：

1.一种燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，所述预混燃料喷孔位于所述旋流叶片的迎风面上，所述预混燃料喷孔为多个。

3.根据权利要求1所述的燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，所述旋流叶片沿周向固定在所述旋流器内壁上，所述旋流叶片的叶片角度25°～30°。

4.根据权利要求1所述的燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，所述吹除管邻近所述预混通道的一端为第一喷射端，所述第一喷射端上均匀分布多个空气喷孔，所述第一喷射端的端面与所述预混通道出口的截面平齐。

5.根据权利要求4所述的燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，所述空气喷孔的轴线与所述喷嘴本体的轴向方向的夹角为15°～45°。

6.根据权利要求1所述的燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，所述预混通道位于所述喷嘴本体的外壁和所述直混燃料通道外壁之间。

7.根据权利要求1所述的燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，所述直混燃料通道邻近所述预混通道的一端为第二喷射端，所述第二喷射端的端面与喷嘴本体的轴向方向的夹角为30°～60°，所述直混燃料喷孔在所述第二喷射端的端面上垂直均匀分布。

8.根据权利要求1所述的燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，所述喷嘴本体外壁上设置两组切向进气孔，两组所述切向进气孔在周向上交错排布。

9.根据权利要求1所述的燃料分级的单旋流喷嘴，其特征在于，设计当量比为0.5～0.8。

10.一种单管燃烧室结构，其特征在于，包括火焰筒、喷嘴安装法兰和多个单旋流喷嘴，所述喷嘴安装法兰位于所述火焰筒的一端，所述单旋流喷嘴位于所述喷嘴安装法兰上，所述单旋流喷嘴为如权利要求1～9任一项所述的燃料分级的单旋流喷嘴，所述喷嘴安装法兰上设置多个法兰冷却孔。

技术总结
本发明公开一种燃料分级的单旋流喷嘴和单管燃烧室结构，燃料分级的单旋流喷嘴包括喷嘴本体、吹除管、直混燃料通道外壁和旋流器，喷嘴本体在径向方向上自内向外依次布置吹除空气通道、直混燃料通道和预混燃料环腔，喷嘴本体在轴向上依次布置相连通的旋流通道和预混通道，吹除空气通道位于吹除管内壁，直混燃料通道位于直混燃料通道外壁和吹除管外壁之间，的预混燃料环腔位于旋流器内壁和直混燃料通道外壁之间，旋流通道位于旋流器内壁和旋流器外壁之间，旋流器内具有旋流叶片，旋流叶片为空心叶片，旋流叶片上设有预混燃料喷孔。本发明提供的燃料分级的单旋流喷嘴具备火焰稳定能力强、污染物排放低的优点。

技术研发人员：李乐,肖俊峰,王玮,王峰,李晓丰,夏家兴,高松,胡孟起
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13