某燃气轮机空气雾化喷嘴的试验研究

文章编号:100721385(2009)0520011203

某燃气轮机空气雾化喷嘴的试验研究

马洪安1　田永久2　赵永朝2　张宝诚1　刘　凯1

(1.沈阳航空工业学院动力与能源工程学院,辽宁沈阳　110136; 2.沈阳黎明航空发动机集团公司技术中心,辽宁沈阳　110043)

摘　要:进行了某型燃机空气雾化喷嘴燃油喷雾特性的试验研究。得到以下结论:在油压不变的

情况下,雾化锥角总是随着空气压力的增加有所减小,索特尔平均直径S MD随之迅速减小,整体

减小幅度大约在10～30μm;气压不变时,雾化锥角和索特尔平均直径随着油压的增加而稍有增

大;当气压为0.3M Pa时,索特尔平均直径基本都保持在30μm以内。

关键词:燃气轮机;空气雾化喷嘴;雾化锥角;索特尔平均直径

中图分类号:V223文献标识码:A

现代燃气轮机已进入一个高度发展的时代,它广泛应用于航空、电力工业、油/气管道输送、石油化工、冶金、船舶及车辆动力。先进燃气轮机技术具有高效率、低噪音、低排放等一系列特点,是当代提供清洁、可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式。其中燃气轮机燃烧室工况复杂,在燃烧室中所发生的物理化学过程,存在各种耦合和相互作用,包括气体流动与掺混、燃油雾化和蒸发、紊流输运、高速化学反应、燃气的辐射和对流、传热传质等各种现象[1,3,4]。

喷嘴是燃烧室关键部件。喷嘴供油技术在燃气轮机研究中占有相当重要的地位,并且是燃气轮机高设计技术、高加工技术的一个重要组件[2]。应用现行的设计计算方法设计压力雾化喷嘴,工程试验是一个重要环节,喷嘴的性能要进行大量的流量、雾化角度和雾化粒径试验,以及性能的稳定性试验研究、测定,最后在燃气轮机上试用、修改、完善[3]。

1　试验设备介绍

本文进行了某型燃气轮机GE空气雾化喷嘴的大量性能试验研究,测定了供油特性、雾化锥角特性和雾化粒度,得出一些有益的结果。

1.1　试验设备

图1示出了喷嘴激光多普勒综合试验器。该试验器主要包括三维可调喷嘴试验台、供油系统、电动控制系统、监视采集系统、控制台等。喷嘴索

收稿日期:2009207221

作者简介:马洪安(19802),男,河南内黄人,讲师,主要研究方向:航空发动机燃烧设计与分析,E-mail:mahongan-sy@。特尔直径的测量采用了TSI公司的相位多普勒粒子分析仪/激光多普勒测速仪系统P DP A/LDV,该系统包括5W的大功率激光器、分光器、发射探头、接收探头、光电转换器和数据处理器,如图2

所示。

1.2　试验喷嘴及工况

试验喷嘴为燃气轮机空气雾化喷嘴,如图3所示。它是三路空气雾化喷嘴,最外面通道的介质是空气,中间的介质是冷却用水,内部通路供燃油,其结构示于图4。该喷嘴的设计制造技术代表了当今先进水平,也是世界各国燃机发展的主

2009年10月第26卷第5期

沈阳航空工业学院学报

Journal of Shenyang I nstitute of Aer onautical Engineering

Oct.2009

Vol.25　No.5

要方向之一

。

图3　某型燃气轮机喷嘴图

本试验主要观测燃油随着供油压力和雾化空气压力改变其粒度和锥角的变化情况。根据喷嘴的工作条件,选择供油压力为0.1MPa 、0.2MPa 、0.3MPa 、0.4MPa 和0.5MPa,以及雾化空气的压

力为0.1MPa 、0.2MPa 和0.3MPa 为试验工况

。

1-连接螺帽;2-螺帽堵头;3-连接件;4-导引件;5-空气罩;6-燃油喷嘴体;7-喷嘴头部外罩;8-喷嘴体;9-适配件

图4　GE4319地面燃气轮机燃料喷嘴

2　试验结果及分析

2.1　GE 喷嘴的流量特性试验

表1列出喷嘴油路单独工作时的流量特性试验结果。图5为对应的为喷嘴油路供油特性曲线。

表1　燃油流量特性试验结果

油压P (MPa )0.100.200.300.400.50燃油流量Q

(m l/m in )

3250

4480

5450

6350

7100

从表1和图4可以得到:燃油流量随着供油压力的升高而迅速上升,供油压力从0.1MPa 上升至0.5MPa 时,燃油流量由3250m l/m in 上升至7100m l/m in;但是当供油压力从0.40MPa 加到0.5MPa 时,供油量增加趋势变缓,没有供油压力

从0.1MPa 增加到0.2MPa 时那样快,燃油流量由1230m l/m in 下降至750m l/m in,符合流量压力的

Q ～P

的变化规律。

图5　喷嘴油路供油特性曲线

2.2　GE 喷嘴的锥角特性试验

表2列出了不同油压气压下的锥角值。

表2　不同油压气压下的锥角值

气压(MPa )

油压(MPa )

0.10.20.30.40.50

87909090900.186898989900.283878988890.3

81

87

88

88

88

从表2可以看出,当油压一定时,随着气压的

增加,锥角有减小的趋势,但趋势随着供油压力的增加有所减缓;气压一定时,随着油压的升高,雾化锥角逐渐增加。可以理解为,当供油压力较低时,燃油流量较少,较大的供气压力提供了足量的雾化空气,将油口喷出且已展开的燃油压缩了,使得燃油锥角减小较为明显;而当燃油压力较大时,空气对其影响力大大减弱,使得燃油基本保持了原有的流动趋势,锥角变化减小,由供油压力为0.1MPa 时的6°之差减小至0.5MPa 的2°。2.3　GE 喷嘴的雾化粒径特性试验

表3列出不同油压、气压下的索特尔直径值,图6示出了试验过程中供油压力为0.3MPa 时喷嘴喷雾情况随着供气压力增加的雾化效果图。

12 沈阳航空工业学院学报 第26卷