一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统及工作方法，属于燃气轮机领域；本发明专利技术的控制系统主要是将中心分级燃烧室头部主级燃油喷嘴中喷射夹角为120度的三个喷嘴分为同一组。小工况时只有燃烧室头部值班级喷嘴供油；当逐渐向大工况切换时，先打开第一组主油路喷嘴，随着工况的继续增加再开启第二组主油路喷嘴，依次类推，直到所有的主油路喷嘴全部打开；在上一组主油路喷嘴还未达到最大供油压力状态时下一组主油路喷嘴不开启，避免了传统燃烧室所有主油路喷嘴全部打开带来的雾化效果差，燃烧效率低，燃油结焦积碳等弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统及工作方法
本专利技术属于燃气轮机领域，具体是一种根据燃烧室进口总压对燃烧室主级喷嘴燃油喷射方式进行控制的一套智能控制系统及其工作方法。
技术介绍
由于燃气轮机性能要求越来越高，对燃烧室的燃烧性能提出了较高要求，而燃气轮机从小状态切换到大状态对燃烧室有着较高要求，需保证燃烧室从小工况的小油量到大工况的大油量变化时，燃烧室主燃区依然处于良好的燃烧状态。目前，为了实现燃烧室在不同工况不同燃油流量下的稳定燃烧工作，一般采用技术是空气分级和燃油分级策略，小工况时仅值班级喷油，这时只需要少量的空气参与燃烧，而在最大工况时，在值班级喷嘴外围的一圈主级喷嘴开始工作，此时喷油量较大，需要提供更多的空气来参与燃烧。然而喷嘴的油压（燃油流量）对喷嘴雾化性能的影响较大，从小工况增加到大工况时全部主级喷嘴的燃油流量也是逐步增大的，同时工作的多个主级喷嘴难免会出现在主级喷嘴刚开始工作，此时燃油流量介于燃烧室最小燃油流量和最大燃油流量之间时，由于油压相对较小，雾化效果较差的情况，此时的雾化粒径和雾化扩张角均达不到理想设计状态，导致燃烧效率较差、碳黑等污染排放较高，无法满足燃烧室涉及要求。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种新型的燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统及工作方法，本专利技术的智能控制系统主要是将中心分级燃烧室头部主级喷嘴中喷射夹角互为120度的三个喷嘴分为同一组，根据工况需求，依次打开不同组喷嘴，避免了传统燃烧室所有主油路喷嘴全部打开带来的雾化效果差，燃烧效率低，燃油结焦积碳等弊端。本专利技术是这样实现的：一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统，包括机匣，机匣内部设置的火焰筒，所述的火焰筒的中心为值班级喷嘴，值班级喷嘴的外围周向均匀设置若干主级燃油喷嘴，主级燃油喷嘴外围设置中心分级旋流器；所述的主级燃油喷嘴的数量为3n个。本专利技术的燃烧室头部主级喷嘴的喷射点按照3的倍数进行设置，可以保证主级燃油喷嘴在燃烧室头部圆周方向供油均匀性和提高雾化效果。所述的3n个主级燃油喷嘴中，将夹角互为120度的3个喷嘴分为一组，共计n组主油路喷嘴，燃烧室头部主级喷嘴按照夹角互为120度进行分组，其目的是保证燃烧室头部油雾场圆周方向的均匀性；通过油管连接n组主油路，将同一组的3个主级燃油喷嘴连接到同一组的主油路中；则所述的控制系统总共分为n条油路，且布置在机匣外，每条油路均接连一根主油管，总共有n根主油管。本专利技术设计的系统针对的是先进的民用低污染/高温升燃烧室，为了达到民用排放标准，该类燃烧室的燃油供给通常采用分级供油，小工况时仅值班级喷嘴供油，燃油雾化效果由值班级喷嘴雾化性能决定。大工况通常将主级燃油分成多个喷嘴喷射，且均匀布置在值班级外围，本专利技术的技术核心将一圈主级燃油喷射点按照120度夹角分组，当燃烧室由小工况向大工况切换时，逐渐增加参与主级喷嘴的喷射组数，先启动第一组主级喷嘴，再启动第二组主级喷嘴，依次类推，这样的方式可避免工况切换过程中，由于主级燃油流量比较小时，如果主级所有的喷嘴一起供油，由于主级喷嘴出口较多，出口面积之和较大，从而导致工况切换过程中的燃油雾化较差，从而导致燃烧效率较低，污染排放较高的问题。进一步，所述的机匣之外的n根主油管分别设置阀门，通过控制阀门的开合，达到某一组主油路喷嘴的开合。阀门的开合由控制终端进行控制。进一步，每相邻两个主级燃油喷嘴之间的夹角相等。进一步，在所有的工况中燃烧室头部值班级一直处于工作状态，单独设置一组油值班路。所述的n组主油路喷嘴中，在上一组主油路喷嘴还未达到最大供油压力状态时下一组主油路喷嘴不开启，当燃烧室头部需要切换到主油路供给时，控制终端根据当前工况的燃烧室进口参数，计算出当前工况所需的主级燃油流量，控制多少个主级燃油喷嘴分组供油，如此可保证到油压从小工况切换到大工况过程时，第一组、第二组、…主级喷嘴工作处于较大油压状态，从而保证第一组、第二组、…主级燃油的雾化效果，对燃烧室工况切换时的燃烧稳定性、燃烧效率以及污染物排放等有较大的改善，避免了传统燃烧室所有主油路喷嘴全部打开带来的雾化效果差，燃烧效率低，燃油结焦积碳等弊端。本专利技术还公开了一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统的工作方法，其特征在于，所述的方法为：标定所有工况下燃烧室进口压力与燃油流量对应关系，在控制终端建立一套燃烧室进口空气压力与主级喷嘴供油顺序的经验模型；使用前提前标定燃烧室头部的进口压力与主油路燃油流量的对应关系，用于转化成每组主油路的阀门调节信号控制阀门的开合。小工况下，由于供给燃油流量较小，此时只有燃烧室头部值班级喷嘴供油；当由小工况逐渐向大工况切换时，燃油流量增加，此时控制终端根据燃烧室进口压力参数与主油路喷嘴供油顺序的对应关系，计算出当前工况下第一组主油路喷嘴应该提供的燃油流量，并转化成阀门调节信号控制机匣外的每一路油管上的阀门开合程度；首先控制第一组主油路喷嘴供油大小，其他主油路喷嘴保持关闭状态，由于只有三个喷射点供油，喷口面积相对较小，即使主级燃油流量较小，也能获得良好的雾化性能，同时避免了传统燃烧室所有主级喷嘴同时打开带来的一系列问题；若继续增大工况，继续开启第二组主油路喷嘴、第三组主油路喷嘴，依次类推，直到n组主油路喷嘴全部打开。本专利技术与现有技术的有益效果在于：1）某小工况时，由于燃烧室头部燃油流量较少，可将值班级喷嘴和第一组主级喷嘴打开供油，避免燃烧室头部把值班级和主级燃油喷嘴均打开，造成主级雾化不好，燃烧效率低的问题；2）当由小工况向大工况逐渐转变时，需要的燃油流量时逐渐增加的，控制终端控制主级喷嘴按照先后顺序逐渐打开，在上一组主级燃油喷嘴油压达不到最大油压时，下一组主级燃油喷嘴不工作，可保证每一组主级燃油喷嘴工作时雾化效果均能得到保证，从而保证工况转换过程中燃烧效率相差不大，降低污染物排放的目的；3）每一组主级燃油喷嘴是按照120度圆周排列，可保证燃烧室头部在任意工况下圆周方向油雾场的均匀性，从而获得均匀分布的温度场。附图说明图1是本专利技术一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统中燃烧室结构示意图；图2是本专利技术一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统中主级喷嘴空间分布示意图；图3是本专利技术一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统的示意图；其中，1-扩压器，2-帽罩，3-火焰筒，4-中心分级旋流器，5-主级燃油喷嘴，6-机匣。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，是本专利技术的对应的燃烧室结构示意图，主要包括扩压器1、帽罩2、火焰筒3、中心分级旋流器4等，燃烧室所有的燃油供给均是从燃烧室的中心分级旋流器4中流出，一般中心分级燃烧室的旋流器与喷嘴按照一体化设计，旋流器套着燃油喷嘴，值班级喷嘴在中心旋流的正中心，值班级喷嘴的外围布置一圈360度周向均匀布置主级燃油喷嘴5，传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统，包括机匣（6），机匣（6）内部设置的火焰筒（3），其特征在于，所述的火焰筒（3）的中心为值班级喷嘴，值班级喷嘴的外围周向均匀设置若干主级燃油喷嘴（5），主级燃油喷嘴（5）外围设置中心分级旋流器（4）；/n所述的主级燃油喷嘴（5）的数量为3n个，所述的3n个主级燃油喷嘴（5）中，将夹角互为120度的3个喷嘴分为一组，共计n组主油路喷嘴；通过油管连接n组主油路，将同一组的3个主级燃油喷嘴连接到同一组的主油路中；则所述的控制系统总共分为 n条主油路，且布置在机匣（6）外，每条主油路均接连一根主油管，总共有n根主油管。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统，包括机匣（6），机匣（6）内部设置的火焰筒（3），其特征在于，所述的火焰筒（3）的中心为值班级喷嘴，值班级喷嘴的外围周向均匀设置若干主级燃油喷嘴（5），主级燃油喷嘴（5）外围设置中心分级旋流器（4）；
所述的主级燃油喷嘴（5）的数量为3n个，所述的3n个主级燃油喷嘴（5）中，将夹角互为120度的3个喷嘴分为一组，共计n组主油路喷嘴；通过油管连接n组主油路，将同一组的3个主级燃油喷嘴连接到同一组的主油路中；则所述的控制系统总共分为n条主油路，且布置在机匣（6）外，每条主油路均接连一根主油管，总共有n根主油管。


2.根据权利要求1所述的一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统，其特征在于，所述的机匣之外的n根主油管分别设置阀门，通过控制阀门的开合，达到某一组主油路喷嘴的开合。


3.根据权利要求1所述的一种燃烧室头部多点燃油喷射智能控制系统，其特征在于，每相邻两个主级燃油喷嘴（5）之间的夹角相等。


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【专利技术属性】
技术研发人员：李井华，李伟，颜应文，刘云鹏，田泽民，刘勇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32