燃气轮机原理第四章 燃烧室4-4&4-5.ppt

燃气轮机原理第四章燃气轮机燃烧室,4-4液体燃料的雾化与喷油嘴,液体燃料喷散雾化的目的把连续流动的燃料射流分裂成为很多微小的细滴，以求增加液体燃料蒸发的总表面积；把燃料合理地分布到燃烧空间中去，使与空气混合成为可燃混合物，为继而发生的蒸发和燃烧过程做好准备。,液体燃料的雾化机理,在液体表面存在两种力的相互作用，即液体的表面张力和内聚力，它们的作用是力求把液体团聚起来不使其分散，并将液体的表面积缩到最小的程度。当外力施加给液体时，如高速运动的液体在喷向空间时，外界空气以阻力形式作用于液体，力图把液体表面因紊流扰动而引起的凸起部分脱离液体主流而变成细小的颗粒。,液体燃料的雾化机理,当外力的作用大于液体内部表面张力和内聚力的作用时，液体就不能维持原状而分裂成小块和细粒，这种分离过程一直进行到每个微粒的内力与外力相平衡为止。粘性大的液体，表面张力和内聚力也大；作用于液体上的外力与喷油速度（喷油嘴的压力降）有关。,液体燃料的雾化机理,圆柱形射流的分裂雾化过程,a重力作用使射流分裂b脉动或脉动与空气摩擦使射流分裂c脉动和空气摩擦使射流以不对称波动形式分裂d立即喷散雾化,随喷油压降增加，abcd,起始雾化压力降,对于利用压力喷射作用而雾化的情况来说，总是存在一个使液体刚开始喷散而雾化的最低喷油压力降，称为起始雾化压力降（p）。当喷油压力降低于起始雾化压力降时，液体不能雾化成细小的颗粒。粘度小的柴油，p57MPa（表压）；粘度大的重油，p1015MPa（表压）。,喷油嘴类型,机械离心式喷油嘴---利用液体燃料的压力势能取得雾化效果的喷油机构简单离心式喷油嘴双油路离心式喷油嘴回油式喷油嘴空气雾化喷油嘴---利用高速气体的喷散效应实现液体燃料的雾化,简单离心式喷油嘴,切向孔,旋流室,喷口,切向孔,,,,,喷雾锥角,,简单离心式喷油嘴,通过喷口的燃油流量为从点火到满载，燃油流量如果变化20倍，则喷油压力变化400倍；为保证喷油雾化质量，最低油压为0.5MPa，于是最高油压为200MPa。,为喷口面积,为喷油压力降,简单离心式喷油嘴,200MPa的油压，是目前乃至将来的发动机的供油泵和油路系统所无法接受的；200MPa的油压，使得从喷嘴喷出的油束具有很大的动能，有可能将火焰管击穿；流量调节范围小，只在燃烧轻油燃料的小功率燃气轮机中还能见到。,双油路离心式喷油嘴,通过喷口的燃油流量为通过增加喷口面积F来增加供油量；由两条油路组成，喷油量较小时，仅副油路单独工作；喷油量增加到一定范围后，主油路接通，两条油路同时供油。,为喷口面积,为喷油压力降,双油路离心式喷油嘴,双油路双喷口喷油嘴工作特性曲线,1-副油路喷油嘴的流量特性曲线2-主油路喷油嘴的流量特性曲线3-主、副油路在喷油压降相同时的联合流量特性曲线4-主、副油路在喷油压力不同时的联合流量特性曲线,缺点第二条主油路刚投入工作时pfc，由于起始喷油压力很低，在瞬间会使喷雾质量有所恶化。,共同工作原理,通过改变供油压力或喷口面积来改变供油量,为喷口面积,为喷油压力降,简单离心式喷油嘴双油路离心式喷油嘴,回油式喷油嘴,,,,,,回油,,切向孔,喷口,,旋流室,,环形孔,,,回油室,,回油活门,,回油式喷油嘴,满负荷时，回油流量qmw0，此时供给喷油嘴的总油量应等于由喷口喷出的燃料量，即qmfqmB；在其它工况下，qmfqmB；正是由于在低负荷工况下能有大量的燃料qmf流进燃烧室，从而使油流具有相当高的切向速度，因而燃料雾化不会恶化。,回油式喷油嘴,缺点喷油嘴的工作特性会受回油流道阻力特性变化而激烈的变化，就是说，喷油量qmB对回油流道中阻力变化敏感，因而当机组中采用几个回油式喷油嘴并联工作时，由于回油流道阻力特性各不相同，就会使每个喷油嘴之间燃油流量有很大差别；一般情况下，qmfqmB，油泵消耗大。,空气雾化喷油嘴,压气机增压比不断提高，空气的密度很大，小油滴在高压空气里运动时由于质量小而空气阻力很大，油滴的穿透距离缩短；在火焰管头部靠近喷油嘴处燃油过分集中，而离开喷油嘴较远处燃油浓度比较稀，影响了燃烧过程；高压燃烧室头部火焰辐射和燃烧室冒烟问题严重。,空气雾化喷油嘴,控制雾化空气的压力pf和流量qf是改善雾化质量的关键。,雾化空气的消耗量qf4qmfL0,雾化空气的压力pf/p21.51.8,燃油流量调节范围7100,,300m/s的速度,空气雾化喷油嘴,优点工作可靠性很高，即使应用较脏的重油也不会发生喷油嘴堵塞和磨损现象，雾化质量比较稳定。缺点需要增添高压雾化空气源的设备，燃料雾化消耗的能量较大。,4-5燃烧室的分类及其优缺点,1-点火器2-联焰管5-燃烧室,分管型燃烧室,每个圆管火焰管有各自的外壳，组成一个单管。各个单管之间有联焰管进行传焰。,优点调试用气量少；强度和刚性好；装拆维护方便。缺点迎风面积最大，空间利用率低，重量最大；与压气机出口环形气流配合不好，很难得到周向均匀的温度场。,逐渐淘汰,4-5燃烧室的分类及其优缺点,1-火焰管2-燃烧室外壳3-联焰管4-燃烧室内壳5-环形内腔,环管型燃烧室,把几个单独的火焰管放在一个环形外壳内，火焰管之间有联焰管进行传焰。,优点迎风面积较小；用含13个火焰管的试件可试验，无需很大的气源；缺点气动布局差，扩压器设计困难；出口燃气周向温度场不如环形燃烧室好；重量比环形燃烧室重。,仍被一些现有发动机使用,4-5燃烧室的分类及其优缺点,6-火焰管外壁7-火焰管内壁,环型燃烧室,火焰管及壳体都是同心环结构，无联焰管。,优点空间利用率最高，迎风面积最小；能与压气机配合获得最佳气动设计，压力损失最小；可获得均匀的出口周向温度场；缺点调试时需要大型气源；火焰管刚性差；装拆维修困难。,新型发动机上广泛使用,