一种双级反旋多点喷射的轻柴油燃气轮机燃烧室头部结构

本发明属于燃气轮机低排放燃烧室领域，具体涉及一种双级反旋多点喷射的轻柴油燃气轮机燃烧室头部结构。

背景技术：

1、燃气轮机是现代工业和军事领域中不可或缺的重要装备，其广泛应用于航运、发电等诸多领域，是国家工业和国防建设的重要支撑设备之一。燃烧室作为燃气轮机的三大件之一，其将燃料的化学能转化为内能，是燃气轮机污染物的主要来源。因此，采用先进的低排放燃烧室技术是降低燃气轮机污染物排放的核心。

2、现有燃用轻柴油的燃气轮机nox排放相对较高，且常常存在高工况运行时nox排放达到要求，而低工况运行时nox排放超标的问题。在贫油直喷燃烧室技术中，常见的单级旋流器旋向单一，旋流空气对雾化液滴的二次破碎强化较弱，易造成局部当量比过大，产生局部高温，使污染物增多。且单级旋流器的最佳运行工况范围较窄，无法实现燃烧室低排放的运行要求。喷嘴排布和分级方法的设计上存在不足，在燃气轮机低工况运行时，局部当量比较高，导致nox排放相对较高。

技术实现思路

1、本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了一种双级反旋多点喷射的轻柴油燃气轮机燃烧室头部结构，将多个双级反旋喷嘴布置在燃烧室头部，通过燃油分级方法将喷嘴分为值班级和主燃级，通过燃油分级和多点喷射，让不同喷嘴组合在不同工况下进行独立工作，能够保证在不同运行工况时，通过控制供油，让不同数量的喷嘴参与工作，而参与工作的喷嘴都在最佳运行工况，都具有良好的雾化效果，能强化油气掺混，改善燃烧区域轻柴油空间分布和局部当量比，提高燃烧效率，实现不同运行工况下nox的超低排放。

2、为了解决技术问题，本发明的技术方案是：

3、一种双级反旋多点喷射的轻柴油燃气轮机燃烧室头部结构，包括：头部底板、值班级喷嘴和主燃级喷嘴；所述值班级喷嘴固定在头部底板的中部，所述多个主燃级喷嘴以值班级喷嘴为轴心旋转对称分布并固定在头部底板上；所述值班级喷嘴和主燃级喷嘴均采用双级反旋喷嘴。

4、进一步，所述值班级喷嘴包括：值班级供油管、值班级内旋流叶片、值班级旋流器连接板、值班级外旋流叶片、值班级套筒、值班级文氏管、值班级雾化喷嘴；值班级套筒；所述值班级套筒内设置有值班级旋流器连接板，所述值班级旋流器连接板内设置有值班级供油管，所述值班级供油管内为值班级油路，所述值班级供油管的出口端设置安装有值班级雾化喷嘴，所述值班级套筒下游设置安装有值班级文氏管；所述值班级旋流器连接板内壁与值班级供油管外壁之间固接值班级内旋流叶片，所述值班级旋流器连接板外壁与值班级套筒内壁之间固接值班级外旋流叶片。

5、进一步，所述值班级供油管、值班级内旋流叶片、值班级旋流器连接板、值班级外旋流叶片、值班级套筒、值班级雾化喷嘴及值班级文氏管的轴线共线。

6、进一步，所述值班级文氏管与值班级套筒外径大小相同，通过固接将所述值班级套筒固定在值班级文氏管前端；

7、所述值班级文氏管包括：值班级文氏管收缩段和值班级文氏管扩张段；所述值班级文氏管出口端面与头部底板齐平，所述值班级雾化喷嘴的出口端面靠近值班级文氏管喉部端面；所述值班级文氏管收缩段与值班级雾化喷嘴轴线形成值班级文氏管收缩角，所述值班级文氏管扩张段与值班级雾化喷嘴轴线形成值班级文氏管扩张角。

8、进一步，所述主燃级喷嘴包括：主燃级供油管、主燃级内旋流叶片、主燃级旋流器连接板、主燃级外旋流叶片、主燃级套筒、主燃级文氏管及主燃级雾化喷嘴主燃级套筒；所述主燃级套筒内设置有环状的主燃级旋流器连接板，所述主燃级旋流器连接板内设置有主燃级供油管，所述主燃级供油管管内为主燃级油路，所述主燃级供油管的出口端设置安装有主燃级雾化喷嘴，所述主燃级套筒下游设置安装有主燃级文氏管；所述主燃级旋流器连接板外壁与主燃级套筒内壁之间固接主燃级外旋流叶片，所述主燃级旋流器连接板内壁与主燃级供油管外壁之间固接主燃级内旋流叶片。

9、进一步，所述主燃级供油管、主燃级内旋流叶片、主燃级旋流器连接板、主燃级外旋流叶片、主燃级套筒、主燃级文氏管及主燃级雾化喷嘴的轴线共线。

10、进一步，所述主燃级文氏管与主燃级套筒外径大小相同，通过固接将主燃级套筒布置在主燃级文氏管前端，所述主燃级文氏管出口端面与头部底板齐平，所述主燃级雾化喷嘴出口端面靠近主燃级文氏管喉部端面；

11、所述主燃级文氏管包括：主燃级文氏管收缩段和主燃级文氏管扩张段，所述主燃级文氏管收缩段与主燃级雾化喷嘴轴线形成主燃级文氏管收缩角，所述主燃级文氏管扩张段与主燃级雾化喷嘴轴线形成主燃级文氏管扩张角。

12、进一步，所述值班级内旋流叶片和值班级外旋流叶片采用旋流叶片或旋流孔。

13、进一步，所述主燃级内旋流叶片和主燃级外旋流叶片采用旋流叶片或旋流孔。

14、进一步，将一个值班级喷嘴布置在头部底板的正中心，将八个主燃级喷嘴以值班级喷嘴为圆心等间距布置在头部底板的圆周上，在工作时，参与燃烧的空气通过一个值班级供油管外壁与值班级套筒内壁之间的环形通道和多个主燃级供油管外壁与主燃级套筒内壁之间的环形通道并流经对应的内、外旋流叶片进入燃烧室；低工况运行时，仅单独给值班级喷嘴供油，使其单独工作；在中工况运行时，给值班级喷嘴和一半的主燃级喷嘴供油，参与工作；高工况运行时，给值班级喷嘴和全部的主燃级喷嘴供油，使其全部都参与工作。

15、与现有技术相比，本发明的优点在于：

16、1、对比现有燃烧室中常用的单旋流喷嘴，本发明使用双级反旋喷嘴，可以在文氏管中产生强湍流剪切带。强湍流剪切带促进油雾二次破碎，减小液滴的索特尔当量直径，并使液滴与旋流空气强烈地掺混，优化油雾空间分布，降低喷嘴作用范围内的局部当量比，使燃料以接近贫燃预混状态进行燃烧，进而降低nox排放。

17、2、本发明中的双级反旋旋流器可以在喷嘴文氏管出口处产生回流区，起到稳定火焰的作用。同时值班级文氏管扩张段可以起到限制气体回流到喷嘴出口，保证喷嘴不易烧蚀、积碳。

18、3、使用本发明一种双级反旋多点喷射的轻柴油燃气轮机燃烧室头部结构，通过燃油分级和多点喷射，在不同工况下，使不同数量的双级反旋喷嘴参与工作。低工况运行时，仅单独给值班级喷嘴供油，使其单独工作；在中工况运行时，给值班级喷嘴和一半的主燃级喷嘴供油，参与工作；高工况运行时，给值班级喷嘴和全部的主燃级喷嘴供油，使其全部都参与工作。这样的燃油分级方法，能保证每个参与工作的喷嘴都在额定的燃油流量范围内工作，均能达到额定的雾化效果，在低工况时不会产生因燃油流量小于额定工况而雾化效果变差；在不同工况下燃烧室中燃烧区域的当量比都能维持在0.4～0.55，属于贫油部分预混燃烧，能有效降低nox排放；相较于非多点喷射的燃烧室，在中、低工况下，该发明能有效防止因为燃油需求量减小，供油流量达不到喷嘴额定流量，而导致喷嘴雾化效果变差现象的发生，能有效避免因雾化不良而导致的燃油与空气混合不充分、燃烧效率低、排放升高。通过上述描述，该发明能保证在不同工况下，燃烧室中各工作喷嘴均能达到额定的雾化效果，燃烧区域当量比在0.4～0.55之间，能有效限制nox的排放。

19、4、该头部结构简单，零件易于加工和装配，发明整体维护便捷。