[發明專利]雙層帽罩空氣流量分配智能燃燒調節系統及調節方法

有效

• 申請號: 202111432657.1
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114413281B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 劉云鵬;李偉;顏應文;李井華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/26
• 分類號: F23R3/26;F23R3/12;F23R3/42
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王慧穎

本發明公開了一種雙層帽罩空氣流量分配智能燃燒調節系統及調節方法，屬于燃氣輪機領域。本發明通過利用內層帽罩對外層帽罩進行遮擋方式，來改變帽罩進氣孔的開孔面積，調節燃燒室火焰筒的流量分配比例，從而保證主燃區頭部油氣比在各工況下均處于設計狀態下燃燒。內層帽罩旋轉后對外層帽罩進氣孔形成有效遮擋，降低帽罩進氣孔的流通面積，從而降低流經該結構經旋流器進入火焰筒頭部的空氣流量，實現對流經帽罩進氣孔空氣流量的調節，達到對火焰筒主燃區參與燃燒空氣流量分配的智能控制，從而精準控制燃燒室在不同工況下的燃燒油氣比，達到拓寬燃燒室燃燒邊界、提高燃燒效率、降低污染物排放目的。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機領域，涉及一種應用于燃燒室帽罩空氣流量分配的智能調節方法與系統，具體是一種可轉動的雙層帽罩的空氣流量分配智能調節方法與調節系統。

背景技術

由于燃氣輪機性能要求越來越高，對燃燒室各工況的燃燒性能提出了較高要求，而燃氣輪機從小狀態切換到大狀態對燃燒室有著較高要求，需保證各工況切換時燃燒室主燃區依然處于良好的燃燒狀態。目前，為了實現燃燒室在不同工況不同燃油流量下的穩定燃燒工作，一般采用技術是空氣分級和燃油分級策略，小工況時僅值班級噴油，這時只需要少量的空氣參與燃燒，而在最大工況時，在值班級噴嘴外圍的一圈主級噴嘴開始工作，此時噴油量較大，需要提供更多的空氣來參與燃燒。

為了保證在任何工況下空氣流量都能達到設計要求，通常采用多級旋流技術。然而由于燃燒室火焰筒上開孔面積保持固定不變，因此不論在任何工況下，進入燃燒室火焰筒主燃區的流量分配占比是固定不變的，由此帶來主燃區富油時炭黑生成，低燃燒效率以及主燃區貧油時容易熄火等一系列問題。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的缺陷，公開了一種可轉動雙層帽罩空氣流量分配智能調節方法與系統，該系統主要應用在裝配有“孔式帽罩”主燃燒室中，其關鍵技術是智能連續調節帽罩進氣孔的開孔面積，從而智能調節經帽罩進氣孔流入燃燒室頭部的空氣流量，達到改變燃燒室主燃區空氣流量分配的目的；在各工況下燃油流量不變的條件下，通過調節經帽罩和旋流器進入火焰筒頭部的空氣流量，從而保證主燃區在任意工況下的油氣比均處于設計油氣比下燃燒，對燃燒室各工況下的燃燒穩定性、燃燒效率以及污染物排放均有較大的改善。

本發明是這樣實現的：

一種雙層帽罩空氣流量分配智能燃燒調節系統，包括火焰筒，其特征在于，所述的火焰筒頭部設置有雙層帽罩，所述的雙層帽罩為外層帽罩以及內層帽罩，外層帽罩以及內層帽罩上均開設有帽罩進氣孔，所述的內層帽罩的位于外層帽罩的內表面；外層帽罩與火焰筒頭部壁面固定連接；內層帽罩的外環根部與火焰筒形成定位活接，所述的內層帽罩能相對外層帽罩轉動，通過沿圓周方向轉動內層帽罩位置，實現對外層帽罩進氣孔實施部分遮擋，即可控制雙層帽罩進氣孔的開孔面積；內層帽罩外環根部設有輔助受力條，輔助受力條上設置環形齒輪，環形齒輪與動力齒輪相嚙合，動力齒輪經傳動軸與外部電機相連；外部電機接收控制終端的調節信號后控制動力齒輪的轉動，動力齒輪通過嚙合作用帶動環形齒輪旋轉，從而帶動內層帽罩圓周方向轉動；旋轉后的內層帽罩對外層帽罩上的帽罩進氣孔形成有效遮擋，從而減小帽罩進氣孔流通面積，從而減少從帽罩進氣孔經旋流器流入主燃區參與燃燒的空氣流量，降低火焰筒主燃區空氣流量分配比，控制燃燒室在不同工況下的油氣比，實現智能燃燒調控。

進一步，所述的系統中還包括擴壓器、機匣，火焰筒位于機匣內部，火焰筒內部設置旋流器，火焰筒的壁面上設置主燃孔、摻混孔；氣流通過擴壓器進入，通過智能調節帽罩進氣孔的開孔面積，進而改變通過雙層帽罩進入火焰筒頭部和內外環流道之間的流量分配，流入內外環通道的空氣分別經主燃孔、摻混孔結構流入火焰筒中；通過智能調節從帽罩進氣孔經旋流器流入火焰筒頭部主燃區的空氣流量，精準控制主燃區在不同工況下的燃燒油氣比，達到提高燃燒效率，拓寬點熄火邊界，降低污染物排放。本發明的系統在各工況下燃油流量不變的條件下，智能控制主燃區在任意工況下的空氣流量，從而保證主燃區的油氣比均處于設計油氣比下燃燒，實現提高燃燒效率，降低污染物排放，拓寬點熄火邊界等目的。