基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部及供给方法技术

本发明专利技术提供了一种基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部及供给方法，属于燃烧室领域，以解决现有燃烧室存在燃料管道空间占用率大的问题。上述头部包括燃料供给套管、钝体部件、N级轮毂以及N级旋流叶片；燃料供给套管包括同轴嵌套设置的多级燃料套管，末端处设有钝体部件，钝体部件内的燃料腔与多级燃料套管的中心导管相连通；钝体部件外同轴嵌套有N级轮毂；钝体部件末端和N级轮毂的各级轮毂末端位于同一轴心线上的不同位置；N级旋流叶片包括第一级旋流叶片至第N级旋流叶片；第i级旋流叶片内开有N

【技术实现步骤摘要】
基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部及供给方法


[0001]本专利技术涉及燃气轮机燃烧室领域，具体涉及一种基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部及供给方法。

技术介绍

[0002]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，该技术主要通过增加头部空气进气量、强化燃料与空气的掺混均匀性来降低燃烧当量比和燃烧温度，从而降低热力型氮氧化物的生成速率。如何在燃烧室受限空间内实现短距离快速输运和掺混、如何实现燃烧室头部的高效且低空间占有率的燃料供给方案均是低排放燃烧室的研究重点。
[0003]国内近年也有许多关于同轴分级燃烧室专利的申请。申请号为201910312864.X的专利申请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，其第一二级旋流器燃料供给并未采用双通道供给模式，燃料管道的空间占有率较大。申请号为202110664719.5的专利申请公开了一种用于低排放燃气轮机的同轴分级气体燃料燃烧室头部，其两级预混级均为平直段，中心值班级与第一级燃料管为部分套管形式，第二级燃料管单独从第二级轮毂接入，燃料管道空间占用率较大且头部进气量不算大。

技术实现思路

[0004]鉴于以上问题，本专利技术提出一种基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部及供给方法，用以解决现有技术存在的燃料管道空间占用率较大的问题。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部，所述同轴分级燃烧室头部包括燃料供给套管、钝体部件、N级轮毂以及N级旋流叶片；其中，N为大于等于1的整数；所述燃料供给套管包括同轴嵌套设置的多级燃料套管，所述多级燃料套管的中心导管级别为值班级燃料管；所述中心导管外嵌套有N级导管，该N级导管的级别从最外层向内依次递增；所述多级燃料套管末端处设有所述钝体部件，所述钝体部件内的燃料腔与所述多级燃料套管的中心导管相连通；所述钝体部件外同轴嵌套有所述N级轮毂，所述N级轮毂的各级轮毂级数由内至外依次递增；所述钝体部件末端和所述N级轮毂的各级轮毂末端位于同一轴心线上的不同位置；从所述中心导管末端沿所述轴心线向远离所述燃料供给套管的方向延伸，依次为所述钝体部件末端、级数依次递增的所述N级轮毂的各级轮毂末端；所述N级旋流叶片包括第一级旋流叶片至第N级旋流叶片；所述钝体部件与第一级轮毂之间设有第一级旋流叶片；相邻的两级轮毂之间设有与较高级轮毂对应级别的旋流叶片；第i级旋流叶片内开有N
‑
i+1个燃料腔，且所述第i级旋流叶片上设有第i级燃料喷射孔；所述N
‑
i+1个燃料腔之一用于与所述第i级燃料喷射孔相通，其余N
‑
i个分别用于与下游旋流叶片的燃料腔相通；其中，i＝1,2,
…
,N。
[0006]进一步地，N＝2；所述燃料供给套管为三层燃料导管，包括值班级燃料导管、第一
级燃料导管和第二级燃料导管；所述钝体部件为中心钝体；所述N级轮毂包括第一级轮毂和第二级轮毂；所述N级旋流叶片包括第一级旋流叶片以及第二级旋流叶片；所述值班级燃料导管、所述第二级燃料导管和所述第一级燃料导管依次由内至外同轴嵌套设置；所述中心钝体位于三层燃料导管末端，所述中心钝体内的燃料腔与值班级燃料导管相通，所述中心钝体上设有斜径向燃料喷射孔和轴向燃料喷射孔；所述中心钝体、第一级轮毂、第二级轮毂由内至外顺序同轴嵌套分布，沿着中心轴线方向从左至右依次顺序为：中心钝体末端、第一级轮毂末端、第二级轮毂末端；所述第一级轮毂内设有第一级轮毂燃料腔；所述第一级旋流叶片位于中心钝体与第一级轮毂之间，第一级旋流叶片内开有两个燃料腔，分别为上游燃料腔和下游燃料腔；第一级旋流叶片的迎风侧和背风侧均设有第一级燃料喷射孔，第一级燃料喷射孔与所述上游燃料腔相通；所述第二级旋流叶片位于第一级轮毂与第二级轮毂之间，采用NACA
‑
9612叶型，叶片内开有一个燃料腔，叶片迎风侧和背风侧设有第二级燃料喷射孔，燃料喷射孔与燃料腔相通。
[0007]进一步地，所述第一级燃料导管末端为锥段，锥段延伸至第一级旋流叶片内的上游燃料腔；所述第二级燃料导管延伸至第一级旋流叶片内的下游燃料腔。
[0008]进一步地，所述燃料供给套管从旋流器引出之后折转0～90
°
与燃烧室外燃料管道相接；所述中心钝体端面上有多个轴向燃料喷射孔，距离端面预定距离处沿周向均匀布置多个斜径向燃料喷射孔。
[0009]进一步地，所述第一级轮毂燃料腔的长度占轮毂总长度的75％～85％，最小壁厚大于1mm，以保证结构强度；所述第一级轮毂渐缩段与中心轴线之间夹角为β，所述第二级轮毂渐缩段与中心轴线之间夹角为γ，β和γ取值范围为30
°
～60
°
。
[0010]进一步地，所述第一级旋流叶片个数为6～8，第二级旋流叶片个数为12～16，每个叶片迎风侧和背风侧均布置3个燃料喷射孔，孔径为0.6～1mm；所述第一级旋流叶片内的上游燃料腔和下游燃料腔组合一起后的形状与第一级旋流叶片形状一致，第二级旋流叶片内的第二级旋流叶片燃料腔的形状与第二级旋流叶片的形状一致；上游燃料腔与第一级燃料导管相通，下游燃料腔与第二级燃料导管、第一级轮毂燃料腔和第二级旋流叶片燃料腔相通，最小壁厚大于1mm。
[0011]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种利用如上所述的基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部的燃料供给方法，所述方法包括：所有燃料由燃料导管进口进入头部，主流空气由空气入口进入旋流叶片所在的流道；值班级燃料/空气经过值班级燃料导管，从中心钝体上的斜径向燃料喷射孔和轴向燃料喷射孔喷出，值班级工作时，输运的工质为燃料，反之为空气，以防止中心钝体的烧蚀；第一级燃料经过第一级燃料导管流入第一级旋流叶片内的上游燃料腔，从第一级燃料喷射孔喷出，在叶片下游与空气充分预混；第二级燃料经过第二级燃料导管流入第一级旋流叶片内的下游燃料腔，再流入第一级轮毂燃料腔，再流入第二级旋流叶片燃料腔从第二级燃料喷射孔喷出，在叶片下游与空气充分预混。
[0012]本专利技术的一种基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部及供给方法，其采用套管式燃料供给方式，与现有的采用空间上分立的多个独立燃料管道供给方式不同，本专利技术的上述技术利用同轴嵌套设置的多级燃料套管作为燃料供给套管，能够大大提高燃烧室头部的空间利用率，采用分级分区燃烧模式，降低污染物排放，防止头部烧蚀。
[0013]根据本专利技术的实施例，采用套管式燃料供给方案，叶片内设置燃料双通道，可有效
地减少燃料输运管道所占用的燃烧室内有效面积，提高空间利用率。
[0014]根据本专利技术的实施例，采用同轴分级形式，可实现分级分区燃烧，起到稳定燃烧的作用，各级旋流器出口处于不同轴向位置，两级轮毂与中心轴线成一定角度，可加快气流速度以防止旋流器端面被烧蚀，燃料在各级旋流器内充分预混，可有效降低排放。
[0015]此外，根据本专利技术的实施例，中心钝体、第一级轮毂、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部，其特征在于，所述同轴分级燃烧室头部包括燃料供给套管、钝体部件、N级轮毂以及N级旋流叶片；其中，N为大于等于1的整数；所述燃料供给套管包括同轴嵌套设置的多级燃料套管，所述多级燃料套管的中心导管级别为值班级燃料管；所述中心导管外嵌套有N级导管，该N级导管的级别从最外层向内依次递增；所述多级燃料套管末端处设有所述钝体部件，所述钝体部件内的燃料腔与所述多级燃料套管的中心导管相连通；所述钝体部件外同轴嵌套有所述N级轮毂，所述N级轮毂的各级轮毂级数由内至外依次递增；所述钝体部件末端和所述N级轮毂的各级轮毂末端位于同一轴心线上的不同位置；从所述中心导管末端沿所述轴心线向远离所述燃料供给套管的方向延伸，依次为所述钝体部件末端、级数依次递增的所述N级轮毂的各级轮毂末端；所述N级旋流叶片包括第一级旋流叶片至第N级旋流叶片；所述钝体部件与第一级轮毂之间设有第一级旋流叶片；相邻的两级轮毂之间设有与较高级轮毂对应级别的旋流叶片；第i级旋流叶片内开有N
‑
i+1个燃料腔，且所述第i级旋流叶片上设有第i级燃料喷射孔；所述N
‑
i+1个燃料腔之一用于与所述第i级燃料喷射孔相通，其余N
‑
i个分别用于与下游旋流叶片的燃料腔相通；其中，i＝1,2,
…
,N。2.根据权利要求1所述的基于套管式燃料供给的同轴分级燃烧室头部，其特征在于，N＝2；所述燃料供给套管为三层燃料导管，包括值班级燃料导管(1a)、第一级燃料导管(2a)和第二级燃料导管(3)；所述钝体部件为中心钝体(1b)；所述N级轮毂包括第一级轮毂(4a)和第二级轮毂(5)；所述N级旋流叶片包括第一级旋流叶片(6a)以及第二级旋流叶片(7a)；所述值班级燃料导管(1a)、所述第二级燃料导管(3)和所述第一级燃料导管(2a)依次由内至外同轴嵌套设置；所述中心钝体(1b)位于三层燃料导管末端，所述中心钝体(1b)内的燃料腔与值班级燃料导管(1a)相通，所述中心钝体(1b)上设有斜径向燃料喷射孔(1d)和轴向燃料喷射孔(1c)；所述中心钝体(1b)、第一级轮毂(4a)、第二级轮毂(5)由内至外顺序同轴嵌套分布，沿着中心轴线(10)方向从左至右依次顺序为：中心钝体(1b)末端、第一级轮毂(4a)末端、第二级轮毂(5)末端；所述第一级轮毂(4a)内设有第一级轮毂燃料腔(4b)；所述第一级旋流叶片(6a)位于中心钝体(1b)与第一级轮毂(4a)之间，第一级旋流叶片(6a)内开有两个燃料腔，分别为上游燃料腔(6b)和下游燃料腔(6c)；第一级旋流叶片(6a)的迎风侧和背风侧均设有第一级燃料喷射孔(6d)，第一级燃料喷射孔(6d)与所述上游燃料腔(6b)相通；所述第二级旋流叶片(7a)位于第一级轮毂(4a)与第二级轮毂(5)之间，所述第二级旋流叶片内开有第...

【专利技术属性】
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，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：