一种多级旋流部分预混的地面燃机燃烧室头部的制作方法

本发明属于地面燃气轮机燃烧室技术领域，尤其涉及一种多级旋流部分预混的地面燃机燃烧室头部。

背景技术：

随着地面发电用燃气轮机技术的发展，现代地面燃气轮机不断追求更低的污染排放和更高的经济性，燃气轮机总体性能的提升对于燃烧室设计提出了更高的要求。燃气轮机燃烧室的基本功能是在有限的空间内高强度的通过组织燃料与空气流动并发生化学反应，将燃料中化学能转化为热能从而推动透平做功。其核心为湍流混合过程与化学作用的耦合。

更高的燃烧室出口温度意味着燃烧室内的温度更高，燃烧室内更高的温度则会增加污染物nox的排放。目前降低燃烧室污染排放的主要思想就是将燃烧室内主燃区的温度控制在1670k～1900k之间，同时降低燃料在高温区的停留时间。而预混燃烧方式是实现该思想的最好方法，再结合扩散燃烧来稳定燃烧室火焰。比如dln(drylownox)燃烧室就采用了部分预混燃烧的方式，即主燃级采用预混燃烧的方式，副燃级采用扩散燃烧的方式。dln燃烧室大部分燃料都在主燃级进行预先混合，主燃级的燃烧好坏直接关系着燃烧室的整体性能。

目前主要是通过提高主燃级气流速度来减少燃料在高温区的停留时间和回火，所以燃料和高速空气在较短的时间内难以充分的混合，而燃料预混的不均匀会直接导致局部高温区的出现，增大污染排放和燃烧不稳定性。

技术实现要素：

本发明提供一种多级旋流部分预混的地面燃机燃烧室头部，能加强燃料和空气的掺混，提高主燃级预混均匀性，减少燃料停留时间，降低燃烧室的nox排放。同时能提高燃烧效率和燃烧室燃烧的稳定性。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种多级旋流部分预混的地面燃机燃烧室头部，包括主燃级旋流装置、值班级旋流装置扩压器和收敛环；所述主燃级旋流装置包括一级主燃级旋流筒组和二级主燃级旋流筒；所述一级主燃级旋流筒组包括多个以火焰筒的轴线为中心周向均匀分布的一级主燃级旋流筒；所述二级主燃级旋流筒设置在一级主燃级旋流筒组的下游，用于二次预混所述一级主燃级旋流筒组下游的燃气混合物；所述收敛环设置在所述一级主燃级旋流筒的下游；所述值班级旋流装置包括一级值班级旋流筒和套装在所述一级值班级旋流筒外部的二级值班级旋流筒，所述扩压器设置在所述值班级旋流装置的下游，所述二级值班级旋流筒用于增大所述扩压器内燃油混合物的的中心回流度。

进一步的，所述二级主燃级旋流筒包括多个以火焰筒的轴线为中心周向均匀分布的二级主燃级旋流器，各所述二级主燃级旋流器之间设置有挡板。

进一步的，所述二级主燃级旋流器的中轴设置在其上游相邻两个一级主燃级旋流筒的中轴的排布圆弧的中点。

进一步的，所述一级主燃级旋流筒内的旋流器的叶片数量为10～12个，安装角度为18～20°，叶片宽度为一级主燃级旋流筒直径的0.08～0.15倍；所述二级主燃级旋流器的叶片数量为10～12个，安装角度为14～18°，叶片宽度为一级主燃级旋流筒直径的0.08～0.15倍；所述二级主燃级旋流器的叶片长度等于所述一级主燃级旋流筒内的旋流器的叶片长度。

进一步的，二级值班级旋流筒包括以一级值班级旋流筒的中轴为中心，周向分布的多个二级值班级旋流叶片，各所述二级值班级旋流叶片均固定在所述一级值班级旋流器的外筒的外壁。

进一步的，一级值班级旋流筒内的旋流叶片数量为8～10个，安装角度为30～40°；二级值班级旋流筒内的旋流叶片数量为18～24片，周向上分布均匀，安装角度为35～40°，所述二级值班级旋流筒的旋流方向与所述一级值班级旋流筒的旋流方向相反。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

外围主燃级沿轴向分布有前后两组微角度旋流器加强燃料的预混，周向上的错开排布更是弥补了上游旋流筒间隙处不能很好掺混的缺陷，极大的提高了燃料和空气的掺混，使得燃烧更加均匀，大大减少了nox的排放。主燃级沿轴向两级旋流器的配合使得其进入火焰筒的气流分布更加均匀，湍动能更大，再配合以中心进行扩散燃烧的值班级可以有效提高燃烧室燃烧效率和燃烧稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例燃烧室头部剖视图；

图2为本发明实施例燃烧室的剖视图；

其中：1、一级主燃级旋流筒；2、二级主燃级旋流筒；3、值班级旋流装置；4、扩压器；5、火焰筒；6、机匣；7、收敛段外环；8、收敛环内环。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本公开实施例提供一种多级旋流部分预混的地面燃机燃烧室头部，如图1所示，包括主燃级旋流装置、值班级旋流装置3扩压器4和收敛环；主燃级旋流装置包括一级主燃级旋流筒1组和二级主燃级旋流筒2；一级主燃级旋流筒1组包括多个以火焰筒5的轴线为中心周向均匀分布的一级主燃级旋流筒1；二级主燃级旋流筒2设置在一级主燃级旋流筒1组的下游，用于二次预混一级主燃级旋流筒1组下游的燃气混合物；收敛环设置在一级主燃级旋流筒1的下游；值班级旋流装置3包括一级值班级旋流筒和套装在一级值班级旋流筒外部的二级值班级旋流筒，扩压器4设置在值班级旋流装置3的下游，二级值班级旋流筒用于增大扩压器4内燃油混合物的的中心回流度。

在本实施例中，如图1所示，收敛环包括收敛环内环和收敛环外环，共同组成前宽后窄的通道结构，可以提高主燃级的射流动量，增强掺混的同时也可防止回火的发生。

在本实施例中，如图1所示，二级主燃级旋流筒2包括多个以火焰筒5的轴线为中心周向均匀分布的二级主燃级旋流器，各二级主燃级旋流器之间设置有挡板。

在本实施例中，如图1所示，二级主燃级旋流器的中轴设置在其上游相邻两个一级主燃级旋流筒1的中轴的排布圆弧的中点。

在本实施例中，如图1所示，一级主燃级旋流筒1内的旋流器的叶片数量为10～12个，安装角度为18～20°，叶片宽度为一级主燃级旋流筒1直径的0.08～0.15倍；二级主燃级旋流器的叶片数量为10～12个，安装角度为14～18°，叶片宽度为一级主燃级旋流筒1直径的0.08～0.15倍；二级主燃级旋流器的叶片长度等于一级主燃级旋流筒1内的旋流器的叶片长度。在本实施例中，叶片宽度较窄，为旋流筒直径的十分之一，这样可以以较小的压力损失达到燃料完全掺混的目的。

在本实施例中，二级值班级旋流筒包括以一级值班级旋流筒的中轴为中心，周向分布的多个二级值班级旋流叶片，各二级值班级旋流叶片均固定在一级值班级旋流器的外筒的外壁。

在本实施例中，一级值班级旋流筒内的旋流叶片数量为8～10个，安装角度为30～40°；二级值班级旋流筒内的旋流叶片数量为18～24片，周向上分布均匀，安装角度为35～40°，二级值班级旋流筒的旋流方向与一级值班级旋流筒的旋流方向相反。

如图2所示，本实施例的燃烧室头部设置在燃烧室的进口，燃烧室包括机匣6和套装在机匣6内部的火焰筒5，火焰筒5的头部套装在收敛环上。

在本实施例中，燃烧室用于地面燃气轮机时需若干个进行并联，并沿圆周方向均匀分布，斜插入燃烧室外壳内。燃烧室外壳与燃烧室兼压气机气缸连接成一整体。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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