[发明专利]一种用于低污染燃烧室的气体燃料喷嘴

说明书

本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种用于低污染燃烧室的气体燃料喷嘴，本方案将喷嘴进入的气体燃料进行节流‑分配‑节流‑喷射四个步骤处理，通过设置节流装置，减小并控制喷嘴的流量系数，弱化喷嘴喷口孔径尺寸对燃料流量的影响，以保证不同喷嘴之间、喷嘴不同喷射孔之间燃料流量分配的均匀性，同时增大喷嘴压降，降低喷嘴燃料流量对燃烧室内压力波动的敏感性，提高燃烧稳定性。

技术领域

本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种用于低污染燃烧室的气体燃料喷嘴。

背景技术

随着人们对环保问题的重视，世界各国对工业燃气轮机的污染物排放提出严格的要求，为了使污染物排放能维持在较低水平，贫油预混燃烧技术被广泛采用，但该燃烧组织方式极易出现燃烧不稳定，尤其是燃用气态燃料的单管燃烧室或环管燃烧室(通常由6～20个火焰筒和喷嘴等组成)，每个燃烧室都是一个相对独立的燃烧系统，如果空气分配和燃料分配过程中出现不均匀，会极易导致某一燃烧室出现燃烧温度场发生变化，燃烧变得不稳定，燃烧室内出现压力波动，而并联在燃料总管上的各喷嘴的燃料流量对燃烧室内压力的波动非常敏感，因此各喷嘴的燃料流量会随之波动，燃料供给的波动将会进一步恶化燃烧的稳定性，造成燃烧室出现振荡燃烧、回火等问题。同时对于设置值班级燃料的喷嘴，值班级燃料的变化也直接影响了燃烧室污染物NOx的排放，进而影响了燃气轮机燃烧室的污染物排放性能、燃烧稳定性及使用寿命。

目前，气态燃料喷嘴为了控制同一批次不同喷嘴间的流量一致性，对喷嘴喷口尺寸的加工精度要求非常高，这大大增加了喷嘴加工及维护的难度。同时最为关键的是，目前通过严格控制喷嘴喷口尺寸加工精度的方法，并不能有效解决燃烧室在较低工况状态及燃烧不稳定时燃料分配不均匀、喷嘴燃料流量不稳定的问题。

本发明涉及燃气轮机低污染燃烧室气体燃料喷嘴设计技术，通过在喷嘴内部设计节流装置，目的是通过节流装置和喷口共同控制喷嘴不同喷口的流量系数，降低并联在燃料总管上的各喷嘴燃料分配对喷口尺寸的过度依赖，同时增大喷嘴压降，降低了喷嘴燃料流量对燃烧室内不稳定燃烧的敏感性，保证了各喷嘴燃料流量的均匀性。同时为了解决燃烧稳定性和喷嘴端面过热的问题，本发明在喷嘴内设计空气引流通道，将引入的空气在喷嘴内部与值班级燃料进行换热，提高值班燃料的温度，增强值班级燃料值班稳燃的作用，同时其自身温度的降低使其在喷嘴端面的清吹效果更出色，有效防止喷嘴端面的烧蚀。

现有气态燃料喷嘴仅通过喷口尺寸的高加工精度来控制不同喷嘴间的流量一致性，尤其对于预混燃烧室喷嘴，主要存在以下问题：

(1)喷口尺寸的加工精度要求非常高，大大增加了喷嘴加工及维护的难度；

(2)喷嘴上喷口数量较多，喷口的分布位置不同，工作环境不同，而喷口尺寸较小，在燃烧室热环境中，极易受到燃烧热变形、燃料腐蚀及结焦积碳等复杂环境影响；

(3)由于并联在燃料总管上的各喷嘴燃料分配对喷口尺寸的过度依赖，喷口有效面积的如果受到影响，直接导致喷口喷射燃料的流量改变，进而影响了燃气轮机燃烧室的污染物排放性能、燃烧稳定性及使用寿命；

(4)目前仅仅依靠控制喷嘴喷口燃料射流速度的方式并不能有效控制各喷嘴对燃烧室内不稳定燃烧的敏感性，在个别燃烧室内发生不稳定燃烧时喷嘴流量分配将随之恶化，易造成燃烧室振荡燃烧、回火等问题。

发明内容

本发明之前，喷嘴内部无节流装置，喷嘴各喷射孔燃料流量控制完全由喷口高精度加工尺寸决定，喷嘴内部无空气和燃料的换热。

本方案将喷嘴进入的气体燃料进行节流-分配-节流-喷射四个步骤处理，通过设置节流装置，减小并控制喷嘴的流量系数，弱化喷嘴喷口孔径尺寸对燃料流量的影响，以保证不同喷嘴之间、喷嘴不同喷射孔之间燃料流量分配的均匀性，同时增大喷嘴压降，降低喷嘴燃料流量对燃烧室内压力波动的敏感性，提高燃烧稳定性。