CN105042638A - 一种双油路三气路多旋流空气雾化喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双油路三气路多旋流空气雾化喷嘴结构。本发明涉及一种空气雾化喷嘴结构，用以减小液体燃料的雾化直径，提高燃烧室燃烧效率，一级、二级、三级气路设置有轴向旋流叶片；燃油管路主油路通过多个扇形燃料流道与喷嘴主油路联通，燃油管路副油路与喷嘴副油路联通；喷嘴副油路位于一级和二级气路之间，喷嘴主油路位于二级和三级气路之间；喷嘴主、副油路末端内壁面开有多排燃料喷射孔，燃料喷射孔采用顺排或叉排布置；一级、三级气路旋流叶片的旋转方向相同并与二级气路旋流叶片旋转方向相反；一级、三级气路的气流以轴向直接进入喷嘴一级、三级气路，二级气路的气流通过在空气雾化喷嘴外壁面沿周向以一定角度均匀布置的径向矩形进气孔进入二级气路。

Description

一种双油路三气路多旋流空气雾化喷嘴结构

技术领域

本发明涉及燃烧领域，是一种减小液态燃料雾化直径、提高燃烧室燃烧效率、减少NOx排放的装置，具体来说是一种应用于燃气轮机燃烧室的双油路三气路空气雾化喷嘴结构。

背景技术

燃油雾化直径对燃气轮机燃烧室的燃烧性能有着至关重要的影响，液体燃料在进入燃气轮机燃烧室燃烧之前要经历先雾化再蒸发的过程，减小液体燃料的雾化直径可以有效减小燃料的蒸发时间及化学反应时间，进而达到增强燃烧室燃烧效率及优化出口温度分布的目的。针对军机上的燃气轮机而言，减小液体燃料雾化直径可以有效缩短燃气轮机燃烧室的轴向长度，增加燃气轮机整机推重比；针对民机上的燃气轮机而言，减小液体燃料雾化直径则可以增强燃烧温度的均匀性，减少NOx排放。

多级旋流空气雾化喷嘴目前广泛的应用于燃气轮机燃烧室液体燃料的雾化。早期空气雾化喷嘴的典型结构是离心喷嘴+多级旋流器：燃油从中心的离心喷嘴中喷出，冲击在文氏管上，形成一个薄的油膜，在文氏管出口边缘上，油膜破碎成条，然后迅速地进入了内外旋向相反的两股旋流的剪切层中雾化。剪切层中，破碎成条的油膜被进一步雾化，形成油雾。近些年来随着人们环保意识的日益增强，燃气轮机的污染物排放以及相关的控制技术越来越受到关注。传统的多级旋流空气雾化喷嘴结构出现了燃油分级技术，燃油从相邻两股旋流空气中的夹缝中喷嘴，其在向下游的流动过程中受到内、外两股旋流空气剪切力的作用，形成比较小的雾化颗粒。这种空气雾化喷嘴的不足之处在于其对加工工艺要求较高，如果由于某些原因造成燃油出口环缝在结构上与喷嘴本体结构不同心，极易造成燃油雾化质量恶化，进而导致温度分布不均匀，燃烧室出口温度分布品质下降。

本发明采用双级燃油直射与三级旋流空气组合的空气雾化喷嘴结构。燃油先从主、副油路在内壁面末端沿周向以一定夹角均匀布置的小孔喷出，在横向气流的作用下形成比较小的雾化颗粒，然后再在内、外两股旋流空气的作用下进一步雾化，形成更细的雾化颗粒。由于小孔加工相对简单，这可以使本发明的空气雾化喷嘴在降低液体燃料雾化直径的同时，大大降低喷嘴结构，避免由于加工工艺问题所造成的燃料空间分布不均。

发明内容

针对现有技术的缺点和不足，本发明的目的是提供一种双油路三气路多旋流空气雾化喷嘴结构，用以减小液体燃料的雾化直径，该结构具有多气路及主、副油路单独控制的特点，通过该结构可以有效减少液体燃料的雾化直径，提高燃烧室燃烧效率，减少NOx排放。

为实现上述技术目的，本发明的空气雾化喷嘴结构主要通过以下技术方案实现：

一种双油路三气路多旋流空气雾化喷嘴结构，所述空气雾化喷嘴包括喷嘴本体，其特征在于，

所述喷嘴本体为双层筒体结构，包括带有环形夹层的外筒体和带有环形夹层的内筒体，所述外筒体的环形夹层构成主油路通道，所述内筒体的环形夹层构成副油路通道，所述外筒体和内筒体在沿轴向的第一端基本平齐，所述内筒体沿轴向的第二端短于所述外筒体沿轴向的第二端；在所述外筒体的靠近其第二端的内壁上沿周向开设至少一排主油路燃料喷射孔，所述主油路燃料喷射孔与所述主油路通道联通；在所述内筒体的靠近其第二端的内壁上沿周向开设至少一排副油路燃料喷射孔，所述副油路燃料喷射孔与所述副油路通道联通；

在所述喷嘴本体的沿轴向的第一端的侧壁上设置有液态燃料供油管，该供油管为双层管路结构，包括同轴布置的内管路和外管路，所述外管路构成主燃油供应管路，所述内管路构成副燃油供应管路，且所述主燃油供应管路与所述主油路通道联通，所述副燃油供应管路与所述副油路通道联通；

所述内筒体的空腔构成一级气流通道，该气流通道包括横截面积逐渐缩小的进口段和横截面积基本保持不变的出口段，并且在该一级气流通道的进口段的第一端设置有一级气路旋流器；所述外筒体和内筒体之间的空腔部分构成二级气流通道，并且在该二级气流通道靠近所述内筒体的第二端的位置上设有二级气路旋流器；所述空气雾化喷嘴还包括一导风罩，该导风罩同轴套设在所述外筒体的第二端，该导风罩包括横截面积基本保持不变的进口段和横截面积逐渐缩小的出口段，该导风罩的出口段基本完全处于所述外筒体的第二端的外侧，所述外筒体和导风罩之间的空腔部分构成三级气流通道，并且在该三级气流通道中设有三级气路旋流器；

在所述外筒体的靠近其第一端的位置处沿周向开设若干径向进气孔，所述主油路通道在该位置处呈现为若干周向分布的扇形燃料通道，这些径向进气孔与扇形燃料通道间隔布置；

所述一级、三级气流通道的气流以轴向直接进入喷嘴，所述二级气流通道的气流通过所述径向进气孔进入喷嘴。

优选地，所述一级、二级、三级气路旋流器均为轴向旋流叶片。

优选地，所述主燃油供应管路通过所述若干扇形燃料通道与所述主油路通道联通。。

优选地，所述主、副油路燃料喷射孔均设置为多排，且多排燃料喷射孔顺排或叉排布置。

优选地，所述一级、三级气路旋流器的旋流叶片的旋转方向相同并与二级气路旋流器的旋流叶片旋转方向相反。

优选地，所述一级气路旋流器旋流数范围为0.6～1.0。

优选地，所述径向进气孔为径向矩形进气孔，相邻两所述径向矩形进气孔周向夹角范围为α＝30°～120°。

优选地，所述主、副油路燃料喷射孔直径范围为d＝0.5mm～1.0mm。

优选地，所述主、副油路燃料喷射孔排数为1～5。

优选地，所述主、副油路燃料喷射孔周向夹角范围为β＝5°～30°。

优选地，所述二级气路旋流器旋流数范围为1.0～1.2。

优选地，所述三级气路旋流器旋流数范围为1.2～1.5。

本发明的空气雾化喷嘴结构相比于现有技术具有显著的技术效果，能够有效降低液态燃料的雾化直径，提高燃烧室燃烧效率，降低NOx排放。

附图说明

图1为本发明的多旋流空气雾化喷嘴的结构示意图；

图2为本发明的多旋流空气雾化喷嘴的中心截面剖视图；

图3为本发明的多旋流空气雾化喷嘴A-A截面剖视图；

图4为本发明的多旋流空气雾化喷嘴B-B截面剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

如图1-4所示，本发明的双油路三气路多旋流空气雾化喷嘴结构，用以减小液体燃料的雾化直径，提高燃烧室燃烧效率，减少NOx排放；所述燃烧室采用液态燃料，所述空气雾化喷嘴包括喷嘴本体100，喷嘴本体100为双层筒体结构，包括带有环形夹层的外筒体101和带有环形夹层的内筒体102，外筒体101的环形夹层构成主油路通道1，内筒体102的环形夹层构成副油路通道102，外筒体101和内筒体102在沿轴向的第一端基本平齐，内筒体102沿轴向的第二端短于外筒体101沿轴向的第二端；在外筒体101的靠近其第二端的内壁上沿周向开设至少1～5排主油路燃料喷射孔10，主油路燃料喷射孔10与主油路通道1联通；在内筒体102的靠近其第二端的内壁上沿周向开设至少1～5排副油路燃料喷射孔9，副油路燃料喷射孔9与副油路通道2联通。

如图2所示，在喷嘴本体100的沿轴向的第一端(图中显示为左端)的侧壁上设置有液态燃料供油管103，该供油管103为双层管路结构，包括同轴布置的内管路和外管路，外管路构成主燃油供应管路，内管路构成副燃油供应管路，且主燃油供应管路与主油路通道1联通，副燃油供应管路与副油路通道2联通。

内筒体102的空腔构成一级气流通道3，该气流通道包括横截面积逐渐缩小的进口段和横截面积基本保持不变的出口段，并且在该一级气流通道3的进口段的第一端设置有一级气路旋流器6；外筒体101和内筒体102之间的空腔部分构成二级气流通道4，并且在该二级气流通道4靠近内筒体102的第二端(图中显示为右端)的位置上设有二级气路旋流器7。

本发明的空气雾化喷嘴还包括一导风罩104，该导风罩104同轴套设在外筒体101的第二端(图中显示为右端)，该导风罩104包括横截面积基本保持不变的进口段和横截面积逐渐缩小的出口段，该导风罩104的出口段基本完全处于外筒体101的第二端的外侧，外筒体101和导风罩104之间的空腔部分构成三级气流通道5，并且在该三级气流通道5中设有三级气路旋流器8。

如图1、3所示，在外筒体101的靠近其第一端(图中显示为左端)的位置处沿周向开设若干径向矩形进气孔11，主油路通道1在该位置处呈现为若干周向分布的扇形燃料通道，这些径向矩形进气孔与扇形燃料通道间隔布置。

一级、三级气流通道的气流以轴向直接进入喷嘴，二级气流通道的气流通过径向进气孔进入喷嘴。

优选地，一级、二级、三级气路旋流器均为轴向旋流叶片。

优选地，主燃油供应管路通过若干扇形燃料通道与主油路通道联通。。

优选地，主、副油路燃料喷射孔均设置为多排，且多排燃料喷射孔顺排或叉排布置。

优选地，一级、三级气路旋流器的旋流叶片的旋转方向相同并与二级气路旋流器的旋流叶片旋转方向相反。

优选地，一级气路旋流器旋流数范围为0.6～1.0。

优选地，径向进气孔为径向矩形进气孔，相邻两径向矩形进气孔周向夹角范围为α＝30°～120°。

优选地，主、副油路燃料喷射孔直径范围为d＝0.5mm～1.0mm。

优选地，主、副油路燃料喷射孔排数为1～5。

优选地，主、副油路燃料喷射孔周向夹角范围为β＝5°～30°。

优选地，二级气路旋流器旋流数范围为1.0～1.2。

优选地，三级气路旋流器旋流数范围为1.2～1.5。

本发明的双油路三气路多旋流空气雾化喷嘴结构，其工作原理是：一级、三级空气沿轴向直接进入一级、三级气路，二级空气从位于外筒体并沿周向以一定夹角均匀布置的径向矩形进气孔进入二级气路。主、副燃油分别从主、副燃油供应管路进入喷嘴主、副油路，然后分别从在主、副油路内壁面末端沿周向以一定夹角均匀布置的小孔喷入二级、一级气路，在二级空气和一级空气横向剪切力的作用下主、副路燃油雾化为比较小的液体颗粒。当主、副路燃油颗粒从二级、一级气路流出后，其会分别在旋向相反的三级与二级空气、二级与一级空气相互作用下进一步雾化，形成更细的雾化颗粒。

减小燃油雾化直径，可以使燃烧室内油气混合更加均匀，避免局部高温区的产生，进而有效降低燃烧室NOx排放，提高燃烧室燃烧效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种双油路三气路多旋流空气雾化喷嘴结构，所述空气雾化喷嘴包括喷嘴本体，其特征在于，

所述喷嘴本体为双层筒体结构，包括带有环形夹层的外筒体和带有环形夹层的内筒体，所述外筒体的环形夹层构成主油路通道，所述内筒体的环形夹层构成副油路通道，所述外筒体和内筒体在沿轴向的第一端基本平齐，所述内筒体沿轴向的第二端短于所述外筒体沿轴向的第二端；在所述外筒体的靠近其第二端的内壁上沿周向开设至少一排主油路燃料喷射孔，所述主油路燃料喷射孔与所述主油路通道联通；在所述内筒体的靠近其第二端的内壁上沿周向开设至少一排副油路燃料喷射孔，所述副油路燃料喷射孔与所述副油路通道联通；

在所述喷嘴本体的沿轴向的第一端的侧壁上设置有液态燃料供油管，该供油管为双层管路结构，包括同轴布置的内管路和外管路，所述外管路构成主燃油供应管路，所述内管路构成副燃油供应管路，且所述主燃油供应管路与所述主油路通道联通，所述副燃油供应管路与所述副油路通道联通；

所述内筒体的空腔构成一级气流通道，该气流通道包括横截面积逐渐缩小的进口段和横截面积基本保持不变的出口段，并且在该一级气流通道的进口段的第一端设置有一级气路旋流器；所述外筒体和内筒体之间的空腔部分构成二级气流通道，并且在该二级气流通道靠近所述内筒体的第二端的位置上设有二级气路旋流器；所述空气雾化喷嘴还包括一导风罩，该导风罩同轴套设在所述外筒体的第二端，该导风罩包括横截面积基本保持不变的进口段和横截面积逐渐缩小的出口段，该导风罩的出口段基本完全处于所述外筒体的第二端的外侧，所述外筒体和导风罩之间的空腔部分构成三级气流通道，并且在该三级气流通道中设有三级气路旋流器；

在所述外筒体的靠近其第一端的位置处沿周向开设若干径向进气孔，所述主油路通道在该位置处呈现为若干周向分布的扇形燃料通道，这些径向进气孔与扇形燃料通道间隔布置；

所述一级、三级气流通道的气流以轴向直接进入喷嘴，所述二级气流通道的气流通过所述径向进气孔进入喷嘴。

2.根据权利要求1所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述一级、二级、三级气路旋流器均为轴向旋流叶片。

3.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述主燃油供应管路通过所述若干扇形燃料通道与所述主油路通道联通。

4.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述主、副油路燃料喷射孔均设置为多排，且多排燃料喷射孔顺排或叉排布置。

5.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述一级、三级气路旋流器的旋流叶片的旋转方向相同并与二级气路旋流器的旋流叶片旋转方向相反。

6.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述一级气路旋流器旋流数范围为0.6～1.0。

7.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述径向进气孔为径向矩形进气孔，相邻两所述径向矩形进气孔周向夹角范围为α＝30°～120°。

8.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述主、副油路燃料喷射孔直径范围为d＝0.5mm～1.0mm。

9.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述主、副油路燃料喷射孔排数为1～5。

10.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴结构，其特征在于，所述主、副油路燃料喷射孔周向夹角范围为β＝5°～30°。