一种用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴制造技术

本发明专利技术公开了一种用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，包括值班级喷嘴、主级喷杆、前安装段、涡流器，涡流器前端连接前安装段，值班级喷嘴安装于前安装段的中轴线上，值班级喷嘴连通至涡流器喉道；涡流器的前端端面上以前安装段为中心周向布置有若干主级喷杆，主级喷杆的喷孔连通至涡流器叶片通道；所述值班级喷嘴主要用于扩散燃烧稳焰油路燃油供给；所述主级喷杆主要用于供给预混燃烧所用的液体燃料和气体燃料，液、气燃料被喷射后形成良好初始雾化的同时与涡流器气流形成良好的掺混蒸发匹配。本发明专利技术通过合理结构，可在达到液体燃料高效蒸发掺混的同时，实现高效稳定燃烧，减小燃烧室NO

【技术实现步骤摘要】
一种用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴


[0001]本专利技术涉及燃气轮机的
，特别是一种用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴。

技术介绍

[0002]双燃料燃气轮机是指利用双燃料燃烧技术，可同时使用液体/气体燃料的燃气轮机。通过在燃气轮机中实施双燃料燃烧技术，可以提高燃气轮机对燃料的适应性，拓宽燃气轮机应用领域。所以，研发具有较燃料适应性的高性能双燃料燃气轮机，拓展燃气轮机应用领域，已经成为燃气轮机新的发展方向之一。
[0003]双燃料燃烧室作为双燃料燃气轮机的核心部件，需要在液体及气体燃料进行燃烧的情况下，都具备良好的性能，其中最重要的一点就是点熄火性能与排放性能的兼顾。由于液体燃料需要经过雾化蒸发这一过程，排放性能一般比燃用气体燃料时要差，这就要求采用合理的喷嘴设计方案，使得燃用液体燃料时，很好的实现低排放同时具备良好的点熄火性能。
[0004]目前，较为成熟的双燃料燃气轮机燃烧室，喷嘴采用的都是离心喷嘴结构，配合涡流器形成的是扩散燃烧火焰，在考虑污染排放方面有所欠缺。造成NO
x
排放较高，在额定负荷下，基本都超过150ppm以上。这样的排放性能是不能满足现在燃气轮机相关排放标准的。
[0005]如果采用液体燃料喷嘴雾化同时预混燃烧的方式，则会由于液体燃料涉及到相变、蒸发过程，较气体燃料的预混燃烧相对不易组织，贫燃熄火的问题会更加严重，同时预混燃烧易出现振荡燃烧，因此采用纯预混燃烧的方式来设计喷嘴也是不可行的。在不进行复杂设计的情况下（如注水蒸气等复杂方式），比较合理的方式是在燃烧室内设置一路扩散燃烧，解决熄火及振荡燃烧的问题。
[0006]此外，预混燃烧油路的设计中，由于现有成熟的双燃料燃烧室液体油路一般采用离心喷嘴（单油路或者双油路），初始雾化效果虽然较直射式喷嘴/喷孔要好，但由于其喷雾锥角比较大的特点很难进行与涡流器的预混匹配设计，极易造成燃料液滴喷壁聚集从而长期工作后发生烧蚀、结焦积碳等现象导致故障。因此如何考虑预混燃烧油路喷嘴初始雾化效果、及与涡流器的匹配的兼顾是重中之重，也是需要。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对双燃料燃气轮机燃烧室燃用液体燃料采用扩散燃烧排放较高、采用预混燃烧稳定性不佳、采用传统离心喷嘴与涡流器预混匹配难以实现的技术难题，提供了一种用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，通过合理的结构设计，可以在达到液体燃料高效蒸发掺混的同时，实现高效稳定燃烧，减小燃烧室NO
x
排放，实现熄火性能与低排放的良好兼顾。
[0008]本专利技术的技术方案如下：一种用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，包括值班级喷嘴、主级喷
杆、前安装段、涡流器，涡流器的前端固定连接前安装段，值班级喷嘴安装于前安装段的中轴线上，值班级喷嘴连通至涡流器喉道；涡流器的前端端面上以前安装段为中心周向布置有若干主级喷杆，主级喷杆的喷孔连通至涡流器叶片通道；所述前安装段与涡流器的接触面为前安装段冷却壁，前安装段冷却壁上均布有若干冷却孔；所述主级喷杆设置有主级燃油喷杆和主级燃气喷杆，所述主级燃油喷杆和主级燃气喷杆沿空气流动方向依次布置，一个空气流路内可包括多个主级燃油喷杆和主级燃气喷杆。所述主级燃油喷杆用于供给预混燃烧所用的液体燃料，所述主级燃气喷杆用于供给预混燃烧所用的气体燃料，液体燃料和气体燃料被喷射后与涡流器气流形成良好的蒸发掺混。
[0009]所述值班级喷嘴包括有旋流芯、喷口管、值班级喷嘴冷却罩、值班级喷嘴杆，值班级喷嘴杆安装于旋流芯的顶部，旋流芯的尾端套装喷口管，喷口管的外部套装值班级喷嘴冷却罩；所述值班级喷嘴杆的顶部为值班级燃油入口，值班级喷嘴杆的中心轴向为值班级燃油流道，喷口管的尾部呈漏斗状，漏斗状底部为喷口。
[0010]所述旋流芯包括上端顶部、中间的圆柱段和底部端头，顶部呈锥形或球面，顶部与值班级喷嘴杆形成锥形或球面的密封结构，顶部和圆柱段的中间为连通的中空结构，圆柱段底部为带周向孔的端面，圆柱段底部端面和底部端头之间为实心连接；所述中空结构的顶部与值班级燃油流道连通，中空结构的尾部与周向孔连通。
[0011]所述周向孔以中空结构的中心轴线为中心均具有相同的倾斜角度。
[0012]所述底部端头包括连接杆和端头，连接杆直径明显小于端头直径，连接杆和端头类似带螺帽的螺杆结构；连接杆与圆柱段连接，端头与喷口管尾部内壁面紧贴；进一步的，所述端头的外壁面上开有切向螺旋槽，切向螺旋槽与喷口管内壁面形成燃油旋流槽流路，圆柱段的底部端面、连接杆外壁面和喷口管内壁面形成旋流室。
[0013]进一步的，所述值班级喷嘴冷却罩内壁与喷口管外壁之间为空腔结构，该空腔结构作为冷却气通道，值班级喷嘴冷却罩对应旋流室的侧壁设置有冷却罩入流口，值班级喷嘴冷却罩对应旋流室的底部设置有喷嘴冷却孔。
[0014]所述主级燃油喷杆的轴向中间为主级燃油流道，一端为燃油进口，另一端为燃油出口；主级燃油喷杆的侧壁上设置有用于主级燃油流入的若干个主级燃油喷杆喷口，主级燃油喷杆喷口均与主级燃油喷杆中间的主燃级燃油流道连通。
[0015]所述主级燃气喷杆的轴向中间为主级燃气流道，一端为燃气进口，另一端为燃气出口；主级喷杆的侧壁上设置有用于主级燃气流入的若干个主级燃气喷杆喷口，主级燃气喷杆喷口均与主级燃气喷杆中间的主级燃气流道连通。
[0016]通过对主级燃油喷杆喷口采用开斜孔的结构，使得液体燃料喷射方向与气流方向不是垂直进入，而是有一定的顺流角度，利用液体燃料在气流流入方向上初始动量，使得燃油液滴在涡流器叶片通道中不产生碰壁，从而防止燃油附着之后的长时间工作结焦积碳。
[0017]所述前安装段外壁面上开有多个作为前安装段空气进口的扇形段，通过前安装段空气进口进行冷却空气的引入，前安装段空气进口面积远远大于冷却气节流面的有效面积，不会造成损失或者流动不畅等情况；冷却空气通过前安装段冷却壁上的冷却孔喷射进入涡流器喉道内，冷却孔采用高效的带复合角发散冷却的方式，使得冷却空气能够有效附着于安装段冷却壁的壁面上，从而不影响涡流器内的燃烧过程。
[0018]通过上述设计，本专利技术的工作过程如下：
值班级燃油通过值班级喷嘴形成离心锥形油雾进入涡流器喉道，在涡流器中轴线附近形成扩散燃烧火焰稳定燃烧；主级燃油通过主级燃油喷杆供给，通过主级燃油喷杆的喷孔产生喷雾进入涡流器叶片通道，在涡流器叶片通道中与气流充分掺混蒸发后进入涡流器喉道进行燃烧；燃烧空气通过涡流器空气进口进入参与燃烧；冷却空气通过前安装段空气进口流经前安装段冷却壁上的冷却孔进入涡流器对前安装段冷却壁进行冷却，同时部分冷却气通过值班级喷嘴冷却罩上的冷却罩入流口流入经喷嘴冷却孔喷出对值班级喷嘴进行冷却及热防护；值班级喷嘴中，从值班级燃油入口导入供给燃油，燃油流经旋流芯的锥形顶部、圆柱段，然后从圆柱段底部的周向孔流出，再经切向螺旋槽形成的燃油旋流槽流路，使燃油旋转进入旋流室；燃油经过旋转雾化后最终在喷口处旋流喷出形成值班级扩散火焰所需的油雾锥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，其特征在于：包括值班级喷嘴（1）、主级喷杆（2）、前安装段（3）、涡流器（4），涡流器（4）的前端固定连接前安装段（3），值班级喷嘴（1）安装于前安装段（3）的中轴线上，值班级喷嘴（1）连通至涡流器喉道（42）；涡流器（4）的前端端面上以前安装段（3）为中心周向布置有若干主级喷杆（2），主级喷杆（2）的喷孔连通至涡流器叶片通道（41）；所述前安装段（3）与涡流器（4）的接触面为前安装段冷却壁（32），前安装段冷却壁（32）上均布有若干冷却孔（312）；所述值班级喷嘴（1）用于扩散燃烧稳焰油路燃油供给；所述主级喷杆（2）设置有主级燃油喷杆和主级燃气喷杆，主级燃油喷杆用于供给预混燃烧所用的液体燃料，主级燃气喷杆用于供给预混燃烧所用的气体燃料，液体燃料和气体燃料被喷射后与涡流器（4）气流形成蒸发掺混。2.如权利要求1所述的用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，其特征在于：所述值班级喷嘴（1）包括有旋流芯（11）、喷口管（12）、值班级喷嘴冷却罩（13）、值班级喷嘴杆（14），值班级喷嘴杆（14）安装于旋流芯（11）的顶部，旋流芯（11）的尾端套装喷口管（12），喷口管（12）的外部套装值班级喷嘴冷却罩（13）；所述值班级喷嘴杆（14）的顶部为值班级燃油入口（111），值班级喷嘴杆（14）的中心轴向为值班级燃油流道，喷口管（12）的尾部呈漏斗状，漏斗状底部为喷口（114）。3.如权利要求2所述的用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，其特征在于：所述旋流芯（11）包括上端顶部、中间的圆柱段和底部端头，顶部呈锥形或球面，顶部与值班级喷嘴杆（14）形成锥形或球面的密封结构，顶部和圆柱段的中间为连通的中空结构，圆柱段底部为带周向孔（112）的端面，圆柱段底部端面和底部端头之间为实心连接；所述中空结构的顶部与值班级燃油流道连通，中空结构的尾部与周向孔（112）连通；所述周向孔（112）以中空结构的中心轴线为中心均具有相同的倾斜角度。4.如权利要求3所述的用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，其特征在于：所述底部端头包括连接杆和端头，连接杆直径小于端头直径；所述连接杆与圆柱段连接，端头与喷口管（12）尾部内壁面紧贴。5.如权利要求3或4所述的用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，其特征在于：所述端头的外壁面上开有切向螺旋槽（117），切向螺旋槽（117）与喷口管（12）内壁面形成燃油旋流槽流路，圆柱段的底部端面、连接杆外壁面和喷口管（12）内壁面形成旋流室（113）。6.如权利要求2所述的用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，其特征在于：所述值班级喷嘴冷却罩（13）内壁与喷口管（12）外壁之间为空腔结构，该空腔结构作为冷却气通道，值班级喷嘴冷却罩（13）对应旋流室（113）的侧壁设置有冷却罩入流口（116），值班级喷嘴冷却罩（13）对应旋流室（113）的底部设置有喷嘴冷却孔（115）。7.如权利要求1所述的用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴，其特征在于：所述主级燃油喷杆的轴向中间为主燃级燃油流道，主燃级燃油流道的一端为主级喷杆燃油进口（211），另一端为主级喷杆燃油出口；主级燃油喷杆的侧壁上设置有用于主燃级燃油流入的若干个主级燃油喷杆喷口（212），主级燃油喷杆喷口（212...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐豪杰，范珍涔，关雪丰，赵庆，吴家桦，
申请(专利权)人：东方电气集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：