[发明专利]一种微型燃气轮机燃烧室喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，是一种专用于100kW级微型燃气轮机燃烧室的小尺度液体燃料雾化喷嘴。

背景技术

微型燃气轮机是分布式发电、分布式供能的主要动力之一，其功率一般在数百千瓦以下，普遍采用回热循环，发电效率可达30％或更高，具有结构紧凑，体积小，效率高以及可靠性高等优点。燃烧室是微型燃气轮机的主要部件之一。

燃油雾化喷嘴是燃烧室的重要部件之一，其性能的好坏直接关系到整个燃烧室的性能以及寿命。为保证燃烧室正常运行以及机组的启动以及变工况性能，通常要求燃油喷嘴能在一个较宽的负荷范围内保证良好的雾化质量，即要求燃油液滴有一个良好的雾化粒度以及合适的雾化角度。以往燃气轮机燃烧室普遍采用离心式喷嘴来实现燃油雾化，所产生的油雾液滴直径在50至400μm之间。在压力雾化技术中，利用油泵将燃油加压后送给雾化喷嘴，在离心力和燃油表面张力的相互作用，将油膜撕裂成小的油滴，从喷嘴中喷出，形成锥形分布的油雾，从而完成整个雾化过程。由于离心式喷嘴性能的限制，如果直接使用在微型燃气轮机燃烧室上将有可能带来如下的问题：

1.由于单油路的离心式雾化喷嘴的雾化质量随进口油压(燃油流量)变化较大，无法同时满足微型燃气轮机机组在启动以及额定工况及变工况下的雾化性能。

2.为达到良好的雾化性能，离心式喷嘴所需要的进口油压较高，这将对机组的安全以及稳定性带来隐患，同时也增加了整个机组管路的制造以及运行成本。

3.由于离心式雾化喷嘴前端处于燃烧室的高温区，没有特殊的冷却技术，容易导致喷嘴烧坏。同时，燃油有可能焦化，从而堵塞喷嘴。

4.由于离心式雾化喷嘴前端油雾浓度较高，含氧量相对不足，导致燃油燃烧不充分，容易产生排气冒烟等现象。

以往在重型燃气轮机燃烧室中采用气动雾化喷嘴来解决这一问题，但对于微型燃气轮机来说，由于结构尺寸大大减小，燃油流量降低，喷嘴尺寸大大减小，因此，有必要对燃烧室的雾化喷嘴做进一步的改进，使得微型燃气轮机燃烧室在各种运行工况下都能获得合理的雾化粒度分布，使得整个燃烧室能够满足高效低污染燃烧技术的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一个适用于100kW级的微型燃气轮机燃烧室的小尺度喷嘴，该喷嘴无论是在机组启动还是额定工况下运行都能获得良好的雾化效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

提供一种微型燃气轮机燃烧室喷嘴，是用于100kW级微型燃气轮机燃烧室的小尺寸液体燃料喷嘴，它将液体燃料雾化；其包括燃油油路(1)、气路(2)及燃烧器根部风喷入通道(3)三部分，燃油油路(1)是一个不锈钢管，前端与内置式离心雾化装置(6)过度配合，外壁与环形气路(2)的内环管(9)的内壁过度配合；环形气路(2)的外环管外壁为喷嘴外壁面(4)，外壁面(4)向右渐凸起延伸成圆台状燃烧器根部，燃烧器根部设有多数个风喷入通道(3)；

环形气路(2)中设有轴向旋流器(7)，环形气路(2)的出口为环状缩口(8)，环状缩口(8)围于喷嘴喷口(11)的周圆；

燃油油路(1)、环形气路(2)及圆台状燃烧器根部同一轴线，喷嘴喷口(11)的中心位于轴线上；

喷嘴外壁面(4)直径不大于15毫米，燃烧器根部风喷入通道外壁(5)直径不大于25mm。

所述的喷嘴，其所述内置式离心雾化装置(6)，结构为一常规的离心式雾化喷嘴，通过选择该离心式喷嘴的最佳特性参数和旋流室结构与尺寸达到最佳雾化效果，该结构参数的范围为1.8～2.5。

所述的喷嘴，其所述轴向旋流器(7)，其外周圆表面设有多数个均匀分布的气路通道，气路通道为槽(10)，该槽(10)为蜗杆涡丝走向，展开线角度为55°～65°。

所述的喷嘴，其所述环形缩口(8)，为一环形渐缩口，该缩口根据空气动力学计算，其出口面积恰好达到当地音速所要求的临界面积。

所述的喷嘴，其所述燃烧器根部多数个风喷入通道(3)，为一组8～12个沿圆周方向均匀分布的圆孔，位于环形缩口(8)的外周圆；该圆孔按一定方向旋转，圆孔中轴线与喷嘴轴线之间的夹角在剖面上的投影为42°～48°，在下视面上的投影为20°～25°，其旋流方向与雾化气旋流方向相反。

所述的喷嘴，其该喷嘴结构组装采用滚压成型方式，以保证喷嘴的气密性和同心度，同时保证喷嘴喷口(11)具有一定的圆度以及保证喷嘴轴线与喷嘴喷口(11)出口面垂直，并满足光洁度要求。

所述的喷嘴，其所述多数个均匀分布的气路通道，为三个。