某重型燃气轮机燃料喷嘴组流量试验研究

　　燃料喷嘴组是燃气轮机(燃机)燃烧室关键部件之一,其流量特性不仅决定燃机功率,而且直接影响燃烧室温度分布、燃烧效率、污染物排放量等燃机性能。某重型燃机设计功率110 MW,尖峰负荷125 MW,可燃用天然气和柴油两燃料,总空气流量为356 kg/s,燃烧室出口温度为1 210℃,设计工况下天然气流量为33 600 m3/h(标准状态),其燃烧室为环管型,共20个火焰筒,每个火焰筒装有一个燃料喷嘴组。本文主要叙述SH-1型气体流量试验器的研制,以及喷嘴组各流路燃料气流量试验及单管燃烧试验结果。试验表明,燃料喷嘴组达到设计要求,燃烧室出口温度分布系数小于10%,沿叶高径向温度分布合理。

　　1　燃料喷嘴组的流路

　　图1为某重型燃机燃烧室采用的燃料喷嘴组。燃料径向分3级喷射,第1级外环8个喷嘴,每个喷嘴由流路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组成,流路Ⅲ为气路,喷射孔尺寸为d12,流路Ⅰ、Ⅱ为油路;第2级中环斜向安装的8个喷杆为气路,每个喷杆开有10个d1.1射流孔,用流路Ⅴ表示;第3级喷嘴组前端罩筒斜面上开有30个d1的孔,为气路,用流路Ⅳ表示。

2　气体流量试验器

　　喷嘴组结构复杂,流量测量精度要求高,不能依照一般加力总管的流量分布试验方法进行,要靠控制单个喷嘴精度及喷嘴组试验来保证喷嘴组的流量分布要求[1]。因此,自行开发研制了SH-1型气体流量试验器(图2),包括进气系统、测量系统、操作系统、显示系统以及数据采集系统。试验器外形尺寸1 200 mm×800 mm×1 380 mm。

　　2.1　进气系统

　　进气管路向试验器引入试验空气,调整进气压力、温度。进气管路设置有快速加温器、冷却器。进气温度可在-30~40℃之间调节。

　　为了实现进气压力稳定,在试验器进口设置自力式压力调节阀。在测量中随压力波动可自动调节调节阀开度,以保持设定压力。实际应用表明,该阀反应灵敏、稳定性好,在较大压力波动下仍能保持设定的工作压力。

　　2.2　测量系统[2,3]

　　试验器测量系统采用一体化紧凑式设计,主要元器件包括:流量孔板,压力、压差、温度、湿度等各类传感器,控制阀门,显示仪表,数据采集卡,液晶显示器及试件接口等。气体流动受外界干扰因素多,参数波动大,一般测量仪器很难精确测量。本试验器在比较多种测量元件的基础上选定了高精度孔板。为进一步提高精度,设置了不同孔径的孔板以适应不同流量测量要求,确保每条流路测量流量均在仪表高精度量程段。同时,还可实现喷嘴组多个流路同步测量,以及流量不均匀度测量,既保证测量精度,又有较宽的测量范围。各孔板流量测量范围分别为: