CN116951472A - 一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，属于船舶液体燃料的燃气轮机燃烧室技术领域。解决现有技术中雾化效果不理想，污染物生成量较高的问题。包括主燃预膜雾化旋流器、整流罩和值班级旋流器，整流罩内设主燃预膜雾化旋流器和值班级旋流器，主燃预膜雾化旋流器包括主燃级油路通道、二级轴向旋流器、一级轴向旋流器和分通道，一级轴向旋流器设置在二级轴向旋流器内，一级轴向旋流器侧壁加工预膜雾化喷嘴腔和预膜喷嘴压力腔，预膜雾化喷嘴腔和预膜喷嘴压力腔通过旋流孔连通，主燃级油路通道与预膜喷嘴压力腔连通。燃油雾化水平得到提高，在满足整机性能参数的同时在小工况时提高燃油的雾化程度降低污染物排放水平。

Description

一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构

技术领域

本发明涉及一种低污染燃烧室头部结构，属于船舶液体燃料的燃气轮机燃烧室技术领域。

背景技术

随着各国技术进步，船舶对高性能的船舶燃气轮机装备的需求越发迫切；同时温室效应导致的极端环境问题使得国际组织对大气污染物排放标准制定日趋严格，这对低污染燃气轮机的研制提出了更严苛的要求，为了实现碳中和目标，在船舶动力装备方面的技术自主创新及优化更替已经迫在眉睫。

目前燃烧室燃料喷射多采用压力雾化喷嘴，通过喷嘴内部的巨大压差实现燃油的雾化，但该喷嘴在小工况时油压较低导致雾化效果不理想，喷射点下游局部出现燃油富集使得燃烧出现局部高温、污染物生成量较高。

因此，亟需提出一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决现有技术中在小工况时油压较低导致雾化效果不理想，喷射点下游局部出现燃油富集使得燃烧出现局部高温、污染物生成量较高的问题，提供一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，包括主燃预膜雾化旋流器、整流罩和值班级旋流器，所述整流罩内设置有若干周向布置的主燃预膜雾化旋流器和一个中心布置的值班级旋流器，主燃预膜雾化旋流器包括主燃级油路通道、二级轴向旋流器、一级轴向旋流器和分通道，一级轴向旋流器设置在二级轴向旋流器内侧，一级轴向旋流器的侧壁加工有预膜雾化喷嘴腔和预膜喷嘴压力腔，预膜雾化喷嘴腔和预膜喷嘴压力腔通过旋流孔连通，主燃级油路通道的一端通过分通道与预膜喷嘴压力腔连通。

优选的：二级轴向旋流器的中部具有喉部结构，一级轴向旋流器的端部具有半球形结构，一级轴向旋流器的半球形结构上加工有若干周向等距布置的中心射流孔。

优选的：所述主燃级油路通道通过三个周向等距布置的分通道设置在一级轴向旋流器内侧。

优选的：旋流孔倾斜布置，旋流孔的数量为九个，九个旋流孔周向等距布置。

优选的：主燃预膜雾化旋流器的数量为九个，九个主燃预膜雾化旋流器周向等距布置。

优选的：还包括底盘，主燃预膜雾化旋流器的二级轴向旋流器通过底盘与整流罩连接，底盘上与二级轴向旋流器连接处对应设置有第一通孔，值班级旋流器通过底盘与整流罩连接，底盘上与值班级旋流器连接处对应设置有第二通孔。

优选的：还包括外置式燃油管道和盖板，盖板上与主燃级油路通道、值班级旋流器对应位置设置有外置式燃油管道，外置式燃油管道与主燃级油路通道、值班级旋流器连通。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明中的一级轴向旋流器、二级轴向旋流器共同作用预膜雾化喷嘴腔流出的液膜油膜破碎，燃油雾化水平得到提高，且通过中心射流孔喷射高速气流可消除中心的回流区，使回流区范围减小且更加稳定有助于点火稳定，还可推动雾化后的油气混合物高速进入火焰筒避免在喉部自燃，在满足整机性能参数的同时在小工况时提高燃油的雾化程度降低污染物排放水平；

2.本发明的旋流孔可使燃油在形成液膜前具有旋向速度以提高液膜雾化水平。

3.本发明的外置式燃油管道可以有效防止高温导致的燃油管道结焦。

4.本发明设计的整流罩可以使燃烧室头部各级旋流器进气较为均匀，温度均匀，能够为多点分级燃烧室头部进气不均匀提供一种解决思路。

附图说明

图1是一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构的立体图；

图2是一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构的主视图；

图3是图2中A-A剖视图；

图4是图3中B处放大图；

图5是主燃预膜雾化旋流器的结构示意图；

图6是图5中C-C剖视图；

图7是一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构的使用状态剖视图；

图8是图7中D处放大图；

图9是一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构的使用状态立体图。

图中：1-外置式燃油管道，2-主燃预膜雾化旋流器，3-整流罩，4-值班级旋流器，5-底盘，6-盖板，2-1-主燃级油路通道，2-2-二级轴向旋流器，2-3-预膜雾化喷嘴腔，2-4-中心射流孔，2-5-一级轴向旋流器，2-6-喉部结构，2-7-分通道，2-8-预膜喷嘴压力腔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1-9说明本实施方式，本实施方式的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，包括主燃预膜雾化旋流器2、整流罩3和值班级旋流器4，所述整流罩3内设置有若干周向布置的主燃预膜雾化旋流器2和一个与整流罩3同轴心布置的值班级旋流器4，漏斗型的整流罩可以使燃烧室头部各级旋流器进气较为均匀，能够为多点分级燃烧室头部进气不均匀提供一种解决思路，整流罩的小直径端与环管型燃烧室火焰筒7固定连接，环管型燃烧室火焰筒7的端部设置挡溅盘，挡溅盘上有冷却孔可以对其进一步冷却，挡溅盘与整流罩3焊接，主燃预膜雾化旋流器2包括主燃级油路通道2-1、二级轴向旋流器2-2、一级轴向旋流器2-5和分通道2-7，一级轴向旋流器2-5设置在二级轴向旋流器2-2内侧，一级轴向旋流器2-5的外壁通过二级轴向旋流器2-2的二级轴向旋流器叶片与二级轴向旋流器2-2的内壁同轴固定设置，一级轴向旋流器2-5的侧壁加工有环形的预膜雾化喷嘴腔2-3和预膜喷嘴压力腔2-8，预膜雾化喷嘴腔2-3和预膜喷嘴压力腔2-8之间具有隔板，隔板上加工有旋流孔2-9，预膜雾化喷嘴腔2-3和预膜喷嘴压力腔2-8通过旋流孔2-9连通，主燃级油路通道2-1的一端通过分通道2-7与预膜喷嘴压力腔2-8连通；本发明采用油膜式喷嘴以及配套在喷嘴上下的一、二级旋流器进行油膜破碎，与传统主燃旋流器相比，燃油雾化水平得到提高，且添加直喷射流孔(中心射流孔2-4)喷射高速气流可消除中心的回流区使回流区范围减小且更加稳定有助于点火稳定，还可推动雾化后的油气混合物高速进入火焰筒避免在喉部自燃；主燃旋流器燃油通道内设置与轴向成45°夹角的旋流孔，可使燃油在形成液膜前具有旋向速度以提高液膜雾化水平，在满足整机性能参数的同时在小工况时提高燃油的雾化程度降低污染物排放水平。

具体实施方式二：结合图1-9说明本实施方式，本实施方式的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，二级轴向旋流器2-2的中部具有喉部结构2-6，一级轴向旋流器2-5的端部具有半球形结构，一级轴向旋流器2-5的半球形结构上加工有若干周向等距布置的中心射流孔2-4；中心射流孔2-4为直喷射流孔，中心射流孔2-4喷射高速气流可消除中心的回流区使回流区范围减小且更加稳定有助于点火稳定，还可推动雾化后的油气混合物高速进入火焰筒避免在喉部自燃；在供油系统压力作用下液体燃料流经主燃级油路通道2-1、分通道2-7、预膜喷嘴压力腔2-8、预膜雾化喷嘴腔2-3以液膜形式流出，一级轴向旋流器2-5具有若干周向布置的叶片，二级轴向旋流器2-2具有若干周向布置的叶片，一级轴向旋流器2-5的叶片与二级轴向旋流器2-2的叶片旋向相反，即两个旋流叶片方向相反，所以液膜在中心气流交汇的地方，也就是液膜喷出或流出的位置产生剪切破碎；即液膜流出后受到环管一级轴向旋流器2-5的轴向牵拉作用使液膜沿轴向破碎又受到环管二级轴向旋流器2-2的剪切作用，油膜在二者合力作用下被破碎从而雾化，如图3所示，主燃级油路通道2-1位于中心射流孔2-4的左侧，一级轴向旋流器2-5位于喉部结构2-6的左侧，中心射流孔2-4位于与预膜喷嘴压力腔2-8对应位置，一级轴向旋流器2-5一端位于二级轴向旋流器2-2内，另一端位于二级轴向旋流器2-2外。

具体实施方式三：结合图1-9说明本实施方式，本实施方式的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，所述主燃级油路通道2-1通过三个周向等距布置的分通道2-7设置在一级轴向旋流器2-5内侧。

具体实施方式四：结合图1-9说明本实施方式，本实施方式的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，旋流孔2-9倾斜布置，旋流孔2-9倾斜方向与二级轴向旋流器2-2叶片倾斜方向相同，但是倾斜具体角度可以相同，也可以不同，旋流孔2-9的数量为九个，九个旋流孔2-9周向等距布置；液体燃料经过主燃级油路通道2-1后分为三路进入预膜喷嘴压力腔2-8，在压力腔内降压增速，后经与主轴方向成45°的方形旋流孔2-9以获得旋向速度，提高预膜喷嘴2-3喷出后的成膜质量，与常规压力雾化离心喷嘴相比，本发明使燃油在空间上分布更加均匀，燃油雾化水平得到提高，大大降低了燃油液滴的尺寸，提高了燃烧效率，降低燃烧室污染物排放。

具体实施方式五：结合图1-9说明本实施方式，本实施方式的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，主燃预膜雾化旋流器2的数量为九个，九个主燃预膜雾化旋流器2周向等距布置；主燃预膜雾化旋流器(2)以值班级为中心周向均匀分，可按照正三角(3个)倒三角(6个)将其按需求设计为分为两级对应不同工况，单独或同时开启，便于控制工况，正三角(3个)为主燃一级，倒三角(6个)为主燃二级，在0-0.12工况下只启动值班级，0.12-0.5工况下启动值班级加主燃一级，0.8-1.0工况下启动值班级、主燃一级、二级，保证燃烧室主燃级内平均温度较低，使燃料雾化更加充分尤其是小工况时，提高掺混水平、燃烧效率从而降低污染物排放水平。

具体实施方式六：结合图1-9说明本实施方式，本实施方式的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，还包括底盘5，主燃预膜雾化旋流器2的二级轴向旋流器2-2的外壁通过底盘5与整流罩3的内壁固定连接，底盘5上与二级轴向旋流器2-2连接处对应设置有第一通孔，值班级旋流器4的外壁通过底盘5与整流罩3的内壁固定连接，底盘5上与值班级旋流器4连接处对应设置有第二通孔。

具体实施方式七：结合图1-9说明本实施方式，本实施方式的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，还包括外置式燃油管道1和盖板6，盖板6上与主燃级油路通道2-1、值班级旋流器4对应位置固定设置有外置式燃油管道1，外置式燃油管道1包括中心布置的第一管道和周向布置的第二管道，外置式燃油管道1的第二管道、第一管道分别与主燃级油路通道2-1、值班级旋流器4连通，外置式燃油管道1与供油系统连通；可将油管复杂的外置式燃油管道1结构放置在机匣外，可以有效防止高温导致的燃油管道结焦；本发明作为整体安装在环管型燃烧室火焰筒头部并可配套不同种类机匣且外置式燃油管道盖板也可做不同变形。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，其特征在于：包括主燃预膜雾化旋流器(2)、整流罩(3)和值班级旋流器(4)，所述整流罩(3)内设置有若干周向布置的主燃预膜雾化旋流器(2)和一个中心布置的值班级旋流器(4)，主燃预膜雾化旋流器(2)包括主燃级油路通道(2-1)、二级轴向旋流器(2-2)、一级轴向旋流器(2-5)和分通道(2-7)，一级轴向旋流器(2-5)设置在二级轴向旋流器(2-2)内侧，一级轴向旋流器(2-5)的侧壁加工有预膜雾化喷嘴腔(2-3)和预膜喷嘴压力腔(2-8)，预膜雾化喷嘴腔(2-3)和预膜喷嘴压力腔(2-8)通过旋流孔(2-9)连通，主燃级油路通道(2-1)的一端通过分通道(2-7)与预膜喷嘴压力腔(2-8)连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，其特征在于：二级轴向旋流器(2-2)的中部具有喉部结构(2-6)，一级轴向旋流器(2-5)的端部具有半球形结构，一级轴向旋流器(2-5)的半球形结构上加工有若干周向等距布置的中心射流孔(2-4)。

3.根据权利要求2所述的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，其特征在于：所述主燃级油路通道(2-1)通过三个周向等距布置的分通道(2-7)设置在一级轴向旋流器(2-5)内侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，其特征在于：旋流孔(2-9)倾斜布置，旋流孔(2-9)的数量为九个，九个旋流孔(2-9)周向等距布置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，其特征在于：主燃预膜雾化旋流器(2)的数量为九个，九个主燃预膜雾化旋流器(2)周向等距布置。

6.根据权利要求5所述的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，其特征在于：还包括底盘(5)，主燃预膜雾化旋流器(2)的二级轴向旋流器(2-2)通过底盘(5)与整流罩(3)连接，底盘(5)上与二级轴向旋流器(2-2)连接处对应设置有第一通孔，值班级旋流器(4)通过底盘(5)与整流罩(3)连接，底盘(5)上与值班级旋流器(4)连接处对应设置有第二通孔。

7.根据权利要求5所述的一种基于主燃预膜雾化的多点分级低污染燃烧室头部结构，其特征在于：还包括外置式燃油管道(1)和盖板(6)，盖板(6)上与主燃级油路通道(2-1)、值班级旋流器(4)对应位置设置有外置式燃油管道(1)，外置式燃油管道(1)与主燃级油路通道(2-1)、值班级旋流器(4)连通。