一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器制造技术

本发明专利技术属于燃气轮机燃烧室技术领域，具体涉及一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器。本发明专利技术采用渐缩式旋流流道对气流进行加速；在各级旋流叶片后方均设置渐缩掺混段，增强燃料同空气之间的掺混；第一级燃料从燃料管经燃料支路进入轮毂燃料环腔，第二级、第三级燃料进入轮毂燃料环腔前先进入整流燃料环腔，经整流后从轮毂燃料环腔的四个扇形轮毂燃料环腔入口进入轮毂燃料环腔，保证同级的各叶间流道内燃料流量均匀，增强预混效果；第一级预混级燃料从轮毂上的燃料喷孔喷出，并随第一级预混级空气沿第一级外轮毂进入回流区，避免燃料在旋流器出口聚集，有效防止回火和烧蚀燃烧器现象的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器
本专利技术属于燃气轮机燃烧室
，具体涉及一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器。
技术介绍
燃气轮机污染物排放源自燃烧室内的燃烧化学反应。燃烧室的主要污染物包括一氧化碳、氮氧化物、未燃碳氢、碳烟等，其中氮氧化物是最难控制的一种污染物。由于热力型机理对燃烧室内氮氧化物的生成起主导作用，因此控制燃烧温度是降低氮氧化物排放的有效手段。贫预混燃烧技术可使燃烧室内燃烧反应在较低当量比下进行，有效控制燃烧温度，进而减少氮氧化物排放。由于贫预混燃烧容易出现燃烧不稳定的问题，人们提出同轴分级燃烧技术对燃烧反应进行分级分区组织，在降低污染物生成的同时保证燃烧的稳定性。该技术中燃烧室头部的同轴分级燃烧器由中心的值班级和外围的多级预混级组成，值班级和预混级同轴嵌套在一起，通过改变不同级之间燃料流量分配来实现燃料的分级分区燃烧，可有效的降低污染物的排放并保证燃烧性能。同轴分级燃烧技术成为低污染燃烧技术的重要发展方向之一。国内近年也有许多关于气体燃料燃烧器的申请专利。专利20190312864.X公开了一种用于气体燃料燃烧室的同轴分级旋流和掺混一体化头部，主体部分为三级掺混/旋流一体化的塔式旋流器，其解决回火问题的技术手段是引入吹扫空气。专利202011162316.2公开了一种同轴分级气体燃料低排放喷嘴，其中第一、第二级燃料分别通过第一级和第二级旋流叶片上的燃料喷孔喷出以实现同轴分级，第三级燃料通过燃料喷嘴上的燃料喷孔喷入第二级燃烧区下游以实现轴向分级。专利202011161297.1公开了一种径向分级部分预混型气体燃料喷嘴，其燃烧分级策略为径向分级，包括主燃路和引燃路两部分，并采用一级文氏管结构的压出器来强化掺混和防止回火。其中引燃路喷嘴可提供非预混燃料用于扩散燃烧，主燃路喷嘴可提供预混燃料进行贫预混燃烧。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供可以使燃气轮机燃烧室在宽工况范围内燃烧稳定、污染物排放低且防止回火的一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括值班级燃料流路、第一级轮毂、第二级轮毂、第三级轮毂、第一级燃料导管、第二级燃料导管、第三级燃料导管；所述的第一级轮毂、第二级轮毂、第三级轮毂的内壁内侧空间均由渐缩旋流流道和渐缩掺混段组成，渐缩旋流流道位于渐缩掺混段前方，各渐缩掺混段的末端均与一体化文氏管连接；所述的值班级燃料流路包括值班级燃料导管和中心钝体；所述的中心钝体设置在第一级轮毂的渐缩旋流流道中，在中心钝体与第一级轮毂之间布置有一圈第一旋流叶片；所述的第一级轮毂的内壁与外壁之间设有第一级轮毂燃料环腔，在第一级轮毂内壁表面上均匀排布有第一预混级的燃料喷孔，第一预混级的燃料喷孔与第一级轮毂燃料环腔连通；所述的第一级燃料导管布置在第一级轮毂前方，第一级燃料导管通过燃料支路与第一级燃料腔连通；所述的值班级燃料导管一端与中心钝体前端连接，另一端从第一级燃料导管底部伸出；所述的中心钝体内部设有值班级燃料腔，沿中心钝体的斜坡面以及端面开设有值班级燃料喷孔，值班级燃料喷孔与第一级轮毂的渐缩掺混段连通；所述的第二级轮毂整体位于第一级轮毂外壁外侧，在第一级轮毂与第二级轮毂之间布置有一圈第二旋流叶片，且第二旋流叶片全部位于第二级轮毂的渐缩旋流流道中，在第二旋流叶片内部设有叶片燃料腔，在第二旋流叶片表面开设有第二预混级的燃料喷孔，第二预混级的燃料喷孔与第二级轮毂的渐缩掺混段连通；所述的第二级轮毂的内壁与外壁之间设有第二级轮毂燃料环腔；所述的第二级轮毂前端安装有第一整流燃料环腔，第一整流燃料环腔与第二级轮毂燃料环腔连通；所述的第二级燃料导管布置在第二级轮毂的前方，第二级燃料导管通过燃料管转接段与第一整流燃料环腔连接；所述的第三级轮毂整体位于第一级轮毂外壁外侧，在第二级轮毂与第三级轮毂之间布置有一圈第三旋流叶片，且第三旋流叶片全部位于第三级轮毂的渐缩旋流流道中，在第三旋流叶片内部设有叶片燃料腔，在第三旋流叶片表面开设有第三预混级的燃料喷孔，第三预混级的燃料喷孔与第三级轮毂的渐缩掺混段连通；所述的第三级轮毂的内壁与外壁之间设有第三级轮毂燃料环腔；所述的第三级轮毂前端安装有第二整流燃料环腔，第二整流燃料环腔与第三级轮毂燃料环腔连通；所述的第三级燃料导管布置在第三级轮毂的前方，第三级燃料导管通过燃料管转接段与第二整流燃料环腔连接。本专利技术还可以包括：所述的一体化文氏管包括第一级文氏管、第二级文氏管和第三级文氏管，第一级文氏管位于第一级轮毂的渐缩掺混段末端，第二级文氏管位于第二级轮毂的渐缩掺混段末端，第三级文氏管位于第三级轮毂的渐缩掺混段末端；所述的第一级文氏管的出口轴向位置位于第二级文氏管的喉道部位，第二级文氏管的出口轴向位置位于第三级文氏管的喉道部位。所述的第一旋流叶片为直叶片；所述的第二旋流叶片、第三旋流叶片为NACA叶型叶片，叶片安装角为35°～45°。所述的第二级燃料导管通过圆形转扇形的燃料管转接段与第一整流燃料环腔的扇形入口连接；所述的第三级燃料导管通过圆形转扇形的燃料管转接段与第二整流燃料环腔的扇形入口连接；所述的第二级轮毂燃料环腔和第三级轮毂燃料环腔的入口形状均为扇形。本专利技术的有益效果在于：本专利技术中燃烧室在预混燃烧条件下，无需布置吹扫空气或值班级扩散燃料便可对火焰进行托举，防止回火现象发生烧蚀燃烧器，结构简单且无扩散燃烧，污染物排放低；各级旋流叶片后方均设置渐缩掺混段，增强燃料同空气之间的掺混；第一级燃料从燃料管经燃料支路进入轮毂燃料环腔，第二级、第三级燃料进入轮毂燃料环腔前先进入整流燃料环腔，经整流后从轮毂燃料环腔的四个扇形轮毂燃料环腔入口进入轮毂燃料环腔，这种燃料供给方式可保证同级的各叶间流道内燃料流量均匀，增强预混效果；第一级预混级燃料从轮毂上的燃料喷孔喷出，并随第一级预混级空气沿第一级外轮毂进入回流区，避免燃料在旋流器出口聚集，有效防止回火和烧蚀燃烧器现象的发生。本专利技术采用渐缩式旋流流道对气流进行加速防止回火，并在各级旋流流道末端设置一体化文氏管结构，该文氏管结构中，内级文氏管出口轴向位置位于相邻的外级文氏管的吼道位置，这种文氏管结构可对气流进行逐级加速，防止回火。附图说明图1为本专利技术的总体示意图。图2为本专利技术的剖面图。图3为本专利技术中三级轮毂及其叶片的示意图。图4为本专利技术中叶片燃料腔的示意图。。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术设计了一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器，由燃料管、燃料管转接段、三级渐缩式预混级、一级值班级、第一级燃料支路、整流燃料环腔、渐缩掺混段及一体化文氏管组成。其中第一级预混级(由内向外)燃料从第一级燃料管经第一级燃料支路进入第一级轮毂燃料环腔，并从位于第一级外轮毂上的燃料喷孔喷出，第一级燃料的喷射方式可避免燃料在燃烧器出口处聚集，起到防回火的作用；第二级、第三级预混级燃料分别经第二级、第三级燃料管依次进入整流燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器，其特征在于：包括值班级燃料流路、第一级轮毂、第二级轮毂、第三级轮毂、第一级燃料导管、第二级燃料导管、第三级燃料导管；所述的第一级轮毂、第二级轮毂、第三级轮毂的内壁内侧空间均由渐缩旋流流道和渐缩掺混段组成，渐缩旋流流道位于渐缩掺混段前方，各渐缩掺混段的末端均与一体化文氏管连接；/n所述的值班级燃料流路包括值班级燃料导管和中心钝体；所述的中心钝体设置在第一级轮毂的渐缩旋流流道中，在中心钝体与第一级轮毂之间布置有一圈第一旋流叶片；所述的第一级轮毂的内壁与外壁之间设有第一级轮毂燃料环腔，在第一级轮毂内壁表面上均匀排布有第一预混级的燃料喷孔，第一预混级的燃料喷孔与第一级轮毂燃料环腔连通；所述的第一级燃料导管布置在第一级轮毂前方，第一级燃料导管通过燃料支路与第一级燃料腔连通；所述的值班级燃料导管一端与中心钝体前端连接，另一端从第一级燃料导管底部伸出；所述的中心钝体内部设有值班级燃料腔，沿中心钝体的斜坡面以及端面开设有值班级燃料喷孔，值班级燃料喷孔与第一级轮毂的渐缩掺混段连通；/n所述的第二级轮毂整体位于第一级轮毂外壁外侧，在第一级轮毂与第二级轮毂之间布置有一圈第二旋流叶片，且第二旋流叶片全部位于第二级轮毂的渐缩旋流流道中，在第二旋流叶片内部设有叶片燃料腔，在第二旋流叶片表面开设有第二预混级的燃料喷孔，第二预混级的燃料喷孔与第二级轮毂的渐缩掺混段连通；所述的第二级轮毂的内壁与外壁之间设有第二级轮毂燃料环腔；所述的第二级轮毂前端安装有第一整流燃料环腔，第一整流燃料环腔与第二级轮毂燃料环腔连通；所述的第二级燃料导管布置在第二级轮毂的前方，第二级燃料导管通过燃料管转接段与第一整流燃料环腔连接；/n所述的第三级轮毂整体位于第一级轮毂外壁外侧，在第二级轮毂与第三级轮毂之间布置有一圈第三旋流叶片，且第三旋流叶片全部位于第三级轮毂的渐缩旋流流道中，在第三旋流叶片内部设有叶片燃料腔，在第三旋流叶片表面开设有第三预混级的燃料喷孔，第三预混级的燃料喷孔与第三级轮毂的渐缩掺混段连通；所述的第三级轮毂的内壁与外壁之间设有第三级轮毂燃料环腔；所述的第三级轮毂前端安装有第二整流燃料环腔，第二整流燃料环腔与第三级轮毂燃料环腔连通；所述的第三级燃料导管布置在第三级轮毂的前方，第三级燃料导管通过燃料管转接段与第二整流燃料环腔连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器，其特征在于：包括值班级燃料流路、第一级轮毂、第二级轮毂、第三级轮毂、第一级燃料导管、第二级燃料导管、第三级燃料导管；所述的第一级轮毂、第二级轮毂、第三级轮毂的内壁内侧空间均由渐缩旋流流道和渐缩掺混段组成，渐缩旋流流道位于渐缩掺混段前方，各渐缩掺混段的末端均与一体化文氏管连接；
所述的值班级燃料流路包括值班级燃料导管和中心钝体；所述的中心钝体设置在第一级轮毂的渐缩旋流流道中，在中心钝体与第一级轮毂之间布置有一圈第一旋流叶片；所述的第一级轮毂的内壁与外壁之间设有第一级轮毂燃料环腔，在第一级轮毂内壁表面上均匀排布有第一预混级的燃料喷孔，第一预混级的燃料喷孔与第一级轮毂燃料环腔连通；所述的第一级燃料导管布置在第一级轮毂前方，第一级燃料导管通过燃料支路与第一级燃料腔连通；所述的值班级燃料导管一端与中心钝体前端连接，另一端从第一级燃料导管底部伸出；所述的中心钝体内部设有值班级燃料腔，沿中心钝体的斜坡面以及端面开设有值班级燃料喷孔，值班级燃料喷孔与第一级轮毂的渐缩掺混段连通；
所述的第二级轮毂整体位于第一级轮毂外壁外侧，在第一级轮毂与第二级轮毂之间布置有一圈第二旋流叶片，且第二旋流叶片全部位于第二级轮毂的渐缩旋流流道中，在第二旋流叶片内部设有叶片燃料腔，在第二旋流叶片表面开设有第二预混级的燃料喷孔，第二预混级的燃料喷孔与第二级轮毂的渐缩掺混段连通；所述的第二级轮毂的内壁与外壁之间设有第二级轮毂燃料环腔；所述的第二级轮毂前端安装有第一整流燃料环腔，第一整流燃料环腔与第二级轮毂燃料环腔连通；所述的第二级燃料导管布置在第二级轮毂的前方，第二级燃料导管通过燃料管转接段与第一整流燃料环腔连接；
所述的第三级轮毂整体位于第一级轮毂外壁外侧，在第二级轮毂与第三级轮毂之间布置有一圈第三旋流叶片，且第三旋流叶片全部位于第三级轮毂的渐缩旋流流道中，在第三旋流叶片内部设有叶片燃料腔，在第三旋流叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宁波，孙继昊，罗绍文，杨洪磊，李智明，郑洪涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23