CN111006243B - 一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，由内至外包括压力旋流喷嘴、一级旋流器、二级旋流器，二级旋流器包括外壁、二级轮毂、设置在外壁内表面与二级轮毂外表面之间的二级轴向旋流叶片，外壁内表面端部设置有后台阶，一级旋流器包括一级轮毂、设置在一级轮毂外表面与二级轮毂内表面之间的一级轴向旋流叶片，二级轮毂内表面设置收敛段和扩展段并构成收缩‑扩张文氏管，压力旋流喷嘴与一级轮毂内壁连接，压力旋流喷嘴的出口位置与收缩‑扩张文氏管的喉部对应。本发明不仅可以避免回火，而且能够提高油气掺混水平，降低污染物排放。

Description

一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴
技术领域
本发明涉及一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，属于燃气轮机低污染燃烧室应用领域，应用于燃用超临界燃油的燃气轮机燃烧室头部。
背景技术
当前燃气轮机正朝着高温升、高推重比和低污染方向发展，而由高温升、高推重比带来的整机冷却需求上升，以及如何降低污染物排放，是液态燃料燃烧技术中亟待解决的问题。燃油作为极具潜力的冷却介质，在吸收了大部分整机热负荷后必然达到超临界状态，燃油喷入燃烧室中的过程中由超临界状态迅速转变成亚临界状态，部分燃油组分发生相变从而产生闪蒸。然而由于燃油闪蒸而带来的回火、火焰筒头部高温区增加等问题非但没有充分利用燃油焓值大幅提升所带来的优势，反而增加了污染物排放量。因此，目前迫切需要一种燃油闪蒸雾化喷嘴改进上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，不仅可以避免回火，而且能够提高油气掺混水平，降低污染物排放。
本发明的目的是这样实现的：由内至外包括压力旋流喷嘴、一级旋流器、二级旋流器，二级旋流器包括外壁、二级轮毂、设置在外壁内表面与二级轮毂外表面之间的二级轴向旋流叶片，外壁内表面端部设置有后台阶，一级旋流器包括一级轮毂、设置在一级轮毂外表面与二级轮毂内表面之间的一级轴向旋流叶片，二级轮毂内表面设置收敛段和扩展段并构成收缩-扩张文氏管，压力旋流喷嘴与一级轮毂内壁连接，压力旋流喷嘴的出口位置与收缩-扩张文氏管的喉部对应。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述压力旋流喷嘴内表面设置有粗糙凸起，在压力旋流喷嘴前端的内表面设置有旋流叶片。
2.带后台阶的二级旋流器外壁通过设置的凸台与火焰筒头部连接，所述凸台上设置有两排环形布置的吹扫孔，且两排吹扫孔交错布置。
3.一级轴向旋流叶片有八个。
4.二级轴向旋流叶片有十二个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.该发明应用于燃气轮机燃烧室时，不须改变火焰筒和机匣的径向尺寸，燃烧室周向的头部数量可以保持不变。2.该发明采取三种结构抑制回火现象发生，分别是一级旋流器的收缩-扩张文氏管，二级旋流器的后台阶，火焰筒头部的吹扫孔。3.该发明能够消除火焰筒头部高温区，从而降低污染物生成量，满足燃油闪蒸应用于燃烧室低排放的需求。
附图说明
图1为本发明实施例中的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中的横剖示意图；
图3为本发明实施例中的闪蒸旋流一体化喷嘴与火焰筒装配示意图。
图中：1.带粗糙凸起的压力旋流喷嘴，2.带收缩-扩张文氏管的一级旋流器，3.带后台阶的二级旋流器，4.吹扫孔，1-1.粗糙的凸起，1-2.旋流叶片，2-1.一级轴向旋流叶片，2-2.收缩-扩张文氏管，3-1.二级轴向旋流叶片，3-2.文氏管，3-3.后台阶。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1-2所示，一种防回火闪蒸旋流一体化喷嘴，包括：带粗糙凸起的压力旋流喷嘴1，带收缩-扩张文氏管的一级旋流器2，带后台阶的二级旋流器3，吹扫孔4。所述4个部件呈中心环形布置，由内到外依次为带粗糙凸起的压力旋流喷嘴1，带收缩-扩张文氏管的一级旋流器2，带后台阶的二级旋流器3，吹扫孔4，各部件中心线一致。所述的中心燃油喷嘴为压力旋流喷嘴，喷雾锥角90°，燃油流道内存在粗糙的凸起1-1和旋流叶片1-2，由于燃烧室内压力远低于燃油温度对应的饱和蒸汽压，超临界燃油经过粗糙凸起后内部气泡增多，在喷嘴出口即发生闪蒸。所述的带收缩-扩张文氏管的一级旋流器2主要包括8个轴向旋流叶片2-1和1个收缩-扩张文氏管2-2，文氏管喉部位置与压力旋流喷嘴1出口位置一致，燃油离开喷嘴后部分油滴附着于文氏管扩张段壁面形成油膜，形成空气预膜雾化；文氏管收缩段可防止燃油回流产生回火。所述的带后台阶的二级旋流器3主要包括12个轴向旋流叶片3-1，文氏管3-2和后台阶3-3，二级旋流空气可进一步对燃油进行剪切雾化，促进油气掺混水平的提高；后台阶下游也是火焰筒头部可形成回流区，卷吸部分燃油。后台阶主要包括以下三种功能：其一，避免燃油闪蒸后喷雾锥角增大使其容易喷射到火焰筒壁面，防止壁面积碳；其二，在回流区内产生稳定的新鲜油气混合物，形成值班级火焰以在不同工况下稳定燃烧；其三，防止文氏管壁面积聚燃油形成回火。所述的吹扫孔4共有两排，交错布置于火焰筒头部，空气经吹扫孔流入燃烧室内吹散由于燃油闪蒸而在火焰筒头部积聚的部分燃油，防止产生高温区烧坏火焰筒头部，并降低污染物生成量。
带粗糙凸起的压力旋流喷嘴1外壁与一级旋流器2轮毂内壁完全相接，喷嘴出口位置与一级旋流器文氏管2-2喉部位置一致。燃油流道内的粗糙凸起可以使超临界燃油内部气泡增多，提升闪蒸水平。一级旋流器叶片2-1内与-/轮毂内壁完全相接，外与二级旋流器3轮毂内壁完全相接，构成一级进气通道，一级旋流器文氏管2-2出口位置与二级旋流器文氏管3-2进口位置一致。文氏管由收缩段扩张段组成，喉部直径为进气流道直径的一半以避免燃油向文氏管上游运动，防止回火。
二级旋流器叶片3-1内与二级旋流器2轮毂外壁完全相接，外与外壁完全相接，构成二级进气通道。文氏管下游有后台阶，可以形成回流区卷吸部分燃油。后台阶主要包括以下三种功能：其一，避免燃油闪蒸后喷雾锥角增大使其容易喷射到火焰筒壁面，防止壁面积碳；其二，在回流区内产生稳定的新鲜油气混合物，形成值班级火焰以在不同工况下稳定燃烧；其三，防止文氏管壁面积聚燃油形成回火。
两排吹扫孔4交错布置于火焰筒头部。吹扫孔在火焰筒头部交错布置，空气经吹扫孔流入燃烧室内吹散由于燃油闪蒸而在火焰筒头部积聚的部分燃油，防止产生高温区烧坏火焰筒头部，并降低污染物生成量。
如图3所示，本发明应用时，首先将带粗糙凸起的压力旋流喷嘴1与一级旋流器2完全装配好，使喷嘴出口位置与文氏管2-2喉部位置一致；然后将二级旋流器3固定于一级旋流器2外侧，保证文氏管2-2出口与二级旋流器叶片3-1出口位置一致，最后将装配好的闪蒸旋流一体化喷嘴与火焰筒进行装配，使二者中心线完全对齐。
综上，本发明提供一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，包括带粗糙凸起的压力旋流喷嘴，带收缩-扩张文氏管的一级旋流器，带后台阶的二级旋流器，吹扫孔。所述防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴呈中心环形布置，由内至外依次为压力旋流喷嘴，一级旋流器，二级旋流器和吹扫孔。带粗糙凸起的压力旋流喷嘴外壁与一级旋流器轮毂内壁完全相接，喷嘴出口位置与一级旋流器文氏管喉部位置一致。燃油流道内的粗糙凸起可以使超临界燃油内部气泡增多，提升闪蒸水平。一级旋流器叶片内与轮毂外壁完全相接，外与二级旋流器轮毂内壁完全相接。文氏管由收缩段扩张段组成，喉部直径为进气流道直径的一半以避免燃油向文氏管上游运动，防止回火。二级旋流器叶片内与轮毂外壁完全相接，外与外壁完全相接。文氏管下游有后台阶，可以形成回流区卷吸部分燃油。后台阶主要包括以下三种功能：其一，避免燃油闪蒸后喷雾锥角增大使其容易喷射到火焰筒壁面，防止壁面积碳；其二，在回流区内产生稳定的新鲜油气混合物，形成值班级火焰以在不同工况下稳定燃烧；其三，防止文氏管壁面积聚燃油形成回火。吹扫孔在火焰筒头部交错布置，空气经吹扫孔流入燃烧室内吹散由于燃油闪蒸而在火焰筒头部积聚的部分燃油，防止产生高温区烧坏火焰筒头部，并降低污染物生成量。

Claims (5)

1.一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，其特征在于：由内至外包括压力旋流喷嘴、一级旋流器、二级旋流器，二级旋流器包括外壁、二级轮毂、设置在外壁内表面与二级轮毂外表面之间的二级轴向旋流叶片，外壁内表面端部设置有后台阶，一级旋流器包括一级轮毂、设置在一级轮毂外表面与二级轮毂内表面之间的一级轴向旋流叶片，二级轮毂内表面设置收敛段和扩展段并构成收缩-扩张文氏管，压力旋流喷嘴与一级轮毂内壁连接，压力旋流喷嘴的出口位置与收缩-扩张文氏管的喉部对应；燃油离开喷嘴后部分油滴附着于文氏管扩张段壁面形成油膜，形成空气预膜雾化；文氏管收缩段可防止燃油回流产生回火；所述压力旋流喷嘴内表面设置有粗糙凸起，在压力旋流喷嘴前端的内表面设置有旋流叶片。
2.根据权利要求1所述的一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，其特征在于：带后台阶的二级旋流器外壁通过设置的凸台与火焰筒头部连接，所述凸台上设置有两排环形布置的吹扫孔，且两排吹扫孔交错布置。
3.根据权利要求1或2所述的一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，其特征在于：一级轴向旋流叶片有八个。
4.根据权利要求1或2所述的一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，其特征在于：二级轴向旋流叶片有十二个。
5.根据权利要求3所述的一种防回火燃油闪蒸旋流一体化喷嘴，其特征在于：二级轴向旋流叶片有十二个。
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