主燃级、燃烧室头部及氢燃料燃气轮机燃烧室

技术领域

本说明书涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种主燃级及氢燃料燃气轮机燃烧室。

背景技术

随着全球变暖加剧，人类逐渐认识到保护环境的重要性，纷纷制定相关政策减缓全球变暖的步伐。因此，提出“碳达峰，碳中和”的发展战略。航空运输是空中有害排放物氮氧化(NOx)、温室气体二氧化碳(CO

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种主燃级及氢燃料燃气轮机燃烧室，以达到燃气轮机燃烧室采用氢燃料时降低污染排放的目的。

本发明的技术方案为：一种主燃级，包括内圈一级径向涡流器、内圈二级径向涡流器、外圈一级径向涡流器、外圈二级径向涡流器和多点直射式氢气喷嘴，其中，外圈一级径向涡流器同轴间隔设置在内圈一级径向涡流器的外侧，外圈二级径向涡流器同轴间隔设置在内圈二级径向涡流器的外侧，且内圈一级径向涡流器与内圈二级径向涡流器同轴设置，并位于内圈二级径向涡流器的上游，多点直射式氢气喷嘴呈环状结构并位于内圈一级径向涡流器和外圈一级径向涡流器之间。

进一步地，直射式氢气喷嘴的出口端为楔形结构，直射式氢气喷嘴的氢气喷孔设置在楔形结构的楔形面上，且氢气喷孔的轴线与直射式氢气喷嘴的入口轴线之间具有夹角。

进一步地，内圈一级径向涡流器与内圈二级径向涡流器之间设置有挡流舌片，挡流舌片的弯曲方向与气体流向相同。

进一步地，外圈一级径向涡流器与外圈二级径向涡流器之间设置有挡流舌片，挡流舌片的弯曲方向与气体流向相同。

本发明还提供了一种燃烧室头部，包括上述主燃级。

进一步地，燃烧室头部包括值班级，值班级与主燃级同轴设置，且主燃级位于值班级的外侧。

进一步地，值班级包括：中心轴向涡流器，沿轴向设置有中心锥体，在中心锥体的外部同轴设有涡流器叶片；层膜式氢气喷嘴，同轴设置在中心轴向涡流器的外侧，层膜式氢气喷嘴的出口设置有外收敛舌片和内收敛舌片，外收敛舌片的下游端和内收敛舌片的下游端均朝向层膜式氢气喷嘴的中心轴线倾斜设置。

进一步地，燃烧室头部还包括沿气体流动方向依次设置的一级值班级径向涡流器和二级值班级径向涡流器，其中，一级值班级径向涡流器位于层膜式氢气喷嘴的出口处。

本发明进一步提供一种氢燃料燃气轮机燃烧室，包括上述燃烧室头部。

进一步地，燃烧室头部为多个，沿氢燃料燃气轮机燃烧室本体的周向间隔均布。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：采用内外两路空气对直射式氢气喷嘴喷射出的氢气进行“裹挟”同时进行掺混，在下游进行部分预混燃烧，实现稳定燃烧的同时减少污染排放。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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是本发明实施例中主燃级结构示意图；

图2是本发明实施例中值班级结构示意图；

图3是本发明实施例中燃烧室头部结构示意图；

图4是本发明实施例中氢燃料燃气轮机燃烧室的结构示意图。

图中附图标记：10、扩压器；11、喷嘴；12、外机匣；13、内环火焰筒；14、外环火焰筒；15、燃烧室头部；16、内机匣；18、氢气喷嘴组件；19、一级值班级径向涡流器；20、二级值班级径向涡流器；21、套筒；22、文氏管；24、中心锥体；25、涡流器叶片；26、外收敛舌片；28、内收敛舌片；29、层膜式氢气喷嘴；30、直射式氢气喷嘴；31、氢气喷孔；32、内圈一级径向涡流器；33、内圈二级径向涡流器；34、挡流舌片；35、外圈二级径向涡流器；36、外圈一级径向涡流器；37、中心轴向涡流器；38、套筒扩张段起始端面；39、文氏管出口端面。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，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申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请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，在没有背离本申请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。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种主燃级，包括内圈一级径向涡流器32、内圈二级径向涡流器33、外圈一级径向涡流器36、外圈二级径向涡流器35和多点直射式氢气喷嘴30，其中，外圈一级径向涡流器36同轴间隔设置在内圈一级径向涡流器32的外侧，外圈二级径向涡流器35同轴间隔设置在内圈二级径向涡流器33的外侧，且内圈一级径向涡流器32与内圈二级径向涡流器33同轴设置，并位于内圈二级径向涡流器33的上游，多点直射式氢气喷嘴30呈环状结构并位于内圈一级径向涡流器32和外圈一级径向涡流器36之间。

采用内外两路空气对直射式氢气喷嘴30喷射出的氢气进行“裹挟”同时进行掺混，在下游进行部分预混燃烧，实现稳定燃烧的同时减少污染排放。

直射式氢气喷嘴30的出口端为楔形结构，直射式氢气喷嘴30的氢气喷孔31设置在楔形结构的楔形面上，且氢气喷孔31的轴线与直射式氢气喷嘴30的入口轴线之间具有夹角。

具体地，楔形结构的楔形角度γ在45°-90°之间，楔形结构上下两侧各布置n个直径为d的氢气喷孔31，且有n*π*d

优选地，内圈一级径向涡流器32与内圈二级径向涡流器33之间设置有挡流舌片34，挡流舌片34的弯曲方向与气体流向相同。外圈一级径向涡流器36与外圈二级径向涡流器35之间设置有挡流舌片34，挡流舌片34的弯曲方向与气体流向相同。

挡流舌片34使得主燃级内圈一级径向涡流器32和外圈一级径向涡流器36出口气流收敛，并与直射式氢气喷嘴30的楔形面上的氢气喷孔31射流氢气进行强有力的掺混，形成预混气。

其中，挡流舌片34间的径向间距h小于主燃级出口喉道高度H，其相差在0.5mm-1.5mm之间。

如图2和图3所示，本发明还提供了一种燃烧室头部15，包括主燃级，主燃级为上述的主燃级。燃烧室头部15还包括值班级，值班级与主燃级同轴设置，且主燃级位于值班级的外侧。

具体地，值班级包括中心轴向涡流器37和层膜式氢气喷嘴29。中心轴向涡流器37位于燃烧室头部15的中心位置，中心轴向涡流器37沿轴向设置有中心锥体24，在中心锥体24的外部同轴设有涡流器叶片25；层膜式氢气喷嘴29同轴设置在中心轴向涡流器37的外侧，层膜式氢气喷嘴29的出口设置有外收敛舌片26和内收敛舌片28，外收敛舌片26的下游端和内收敛舌片28的下游端均朝向层膜式氢气喷嘴29的中心轴线倾斜设置。且中心轴向涡流器37、层膜式氢气喷嘴29、外收敛舌片26和内收敛舌片28组成值班级氢气喷嘴组件18。

优选地，燃烧室头部15还包括沿气体流动方向依次设置的一级值班级径向涡流器19和二级值班级径向涡流器20，其中，一级值班级径向涡流器19位于层膜式氢气喷嘴29的出口处。

进一步地，燃烧室头部15还包括文氏管22和套筒21，保证层膜式氢气喷嘴29的出口端面与文氏管22喉道的距离m适中，使得空气和氢气有足够的距离掺混。文氏管出口端面39与套筒扩张段起始端面38平齐或存在-3mm至3mm的偏差范围；同时文氏管22出口气流角α和套筒21扩张段气流角β接近，且在±3°以内，以满足来自于文氏管22的气流和来自于套筒21的气流相匹配，既不过度干涉也不过度分离。

如图4所示，本发明还提供了一种氢燃料燃气轮机燃烧室，包括上述燃烧室头部15。燃烧室头部15为多个，沿氢燃料燃气轮机燃烧室本体的周向间隔均布。

优选地，氢燃料燃气轮机燃烧室还包括扩压器10、外机匣12、内机匣16、内环火焰筒13、外环火焰筒14和喷嘴11。

本发明可以在常规低排放燃烧室基础上直接替换原有头部方案，火焰筒不作调整，使得氢燃烧室头部产生的温度场与原有燃油燃烧室头部产生的温度场接近，如此对下游涡轮的影响较小，实现现有燃料燃气轮机燃烧室直接替换为氢燃烧室，而不产生较大改动，既可实现燃烧室(燃气轮机)性能，又实现低成本的要求。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。