[發明專利]一種基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室

有效

• 申請號: 201210374686.1
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102889616A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 孔文俊;曾青華
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F23R3/44
• 分類號: F23R3/44;F23R3/34;F23D11/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明涉及一種采用單管形式的微型燃氣輪機燃燒室技術，特別涉及一種基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室。

背景技術

單管燃燒室由于剛性好、裝拆維護方便等優點，通常在微型燃氣輪機燃燒室設計中得以應用。美國著名的Honeywell公司推出的75kW微型燃氣輪機燃油燃燒室即采用了單管形式。

燃氣輪機燃燒室主要發展趨勢是低污染燃燒。新發展的燃氣輪機燃燒室必須滿足日益嚴格的污染物排放標準。

燃氣輪機燃燒室污染排放物主要為氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、未燃碳氫(UHC)和冒煙(Soot)。目前技術條件下冒煙問題已得到很好解決，余下三大排氣污染物可分為兩類：

一類是由于高的火焰溫度而產生的污染物-NO_x，一類是由于低的火焰溫度而產生的污染物-CO和UHC。根據污染物產生的機理以及實驗結果可知：燃燒室燃燒區當量比在很小的一個范圍(0.6～0.8)內，上述兩類污染物排放才達到最小。

對于常規微型單管燃油燃燒室來說，通常采用中心單噴嘴結構，這種結構進行的是液霧擴散燃燒方式，燃燒區當量比總是在1附近，遠超過上述低污染燃燒所需當量比的范圍要求，這樣雖然CO和UHC排放較小，但NO_x排放量則非常大，因此無法滿足污染物排放要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，以改進公知技術中存在的缺陷。

為實現上述目的，本發明提供的基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，所述燃燒室為單管結構，燃燒室的火焰筒外包覆有隔熱罩，隔熱罩與火焰筒之間形成一環腔；其中：

所述燃燒室的頭部由位于外圈的主燃級和位于中心的預燃級組成；

主燃級由多個主燃級噴嘴構成，所述的主燃級噴嘴繞火焰筒軸向中心線周向均勻布置，安裝在燃燒室的頭部端壁中；

主燃級噴嘴采用基于文丘里預混的中心噴霧，為外圈雙級旋流的結構，其包括油嘴、軸向空氣旋流器和文丘里預混段三部分，其中軸向空氣旋流器為雙級旋流結構；油嘴、軸向空氣旋流器和文丘里預混段三者同軸心，軸向空氣旋流器與文丘里預混段相連，油嘴安裝在軸向空氣旋流器中心，且油嘴出口端面布置在文丘里預混段的喉部處；

所述預燃級由單個預燃級噴嘴構成，安裝在燃燒室的頭部端壁中，且與主燃級同軸心；

主燃級和預燃級所需燃油由供油裝置分配提供。

所述基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，其中，所述主燃級噴嘴的個數大于或等于3。

所述基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，其中，所述油嘴為壓力霧化結構、氣動霧化結構或組合式結構。

所述基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，其中，所述軸向空氣旋流器為葉片式雙級反旋結構、葉片式雙級同旋結構、斜切孔式雙級反旋結構、斜切孔式雙級同旋結構或組合式雙級旋流結構。

所述基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，其中，預燃級噴嘴與主燃級噴嘴結構相同或為其它常規擴散燃燒結構。

所述基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，其中，所述主燃級與預燃級沿軸向間的距離x與徑向間的距離y之間的關系是：x＜y。

所述基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，其中，所述供油裝置為套管結構，其內管為預燃級供油通道，外管為主燃級供油通道。

所述基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，其中，所述主燃級供油通道連接均分進油管，并通過燃油分配環連接均分出油管，均分進油管和均分出油管與燃油分配環連接時采用相間均勻布置。

所述基于文丘里預混雙旋噴嘴的多點直噴燃燒室，其中，所述火焰筒的冷卻方式為氣膜冷卻、發散冷卻或復合冷卻方式。

本發明與現有技術相比的優點如下：

1)本發明采用多點噴射技術，使燃油與空氣分別在燃燒區橫截面上均勻分布，加速燃燒區上油氣的混合，從而有效降低了燃燒室污染物的排放。

2)本發明采用燃油分級燃燒技術，通過控制主燃級和預燃級的燃油流量，以保證滿足不同負荷下燃氣輪機的污染物排放要求。

3)本發明單元噴嘴采用基于文丘里預混的雙級旋流結構，該結構有助于霧化燃油和加強油氣混合的作用，有利于減少污染物的產生。

4)本發明的燃燒室燃燒用氣量全部由頭部供入，火焰筒上只有必要的冷卻孔和摻混孔，在增加燃燒室功效的同時簡化了燃燒室的結構。

附圖說明

圖1是本發明的燃燒室剖視圖；