一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构

本发明属于氢燃气轮机，具体涉及一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构。

背景技术：

1、在全球致力于减少碳排放、实现碳中和的大背景下，氢燃气轮机因其结构紧凑、启停灵活、功率密度大及零碳排放的特点，在航空、航海、发电等领域具备广阔的应用前景，但在氢燃气轮机的实际应用中，往往面临进口温度过高，压气机耗功增加，从而导致整个系统的净输出功率和效率下降的问题，同时，氢气较高的绝热火焰温度也会带来更高的nox排放，为了进一步提高氢燃气轮机净输出功率和效率，减少nox排放，可以采用射流预冷的方式降低压气机压缩过程中的工质温度，氢燃气轮机燃烧产物中含有大量水蒸气，这些水蒸气可以被冷却、液化、收集，最后通过喷水雾化结构在压气机进气或压缩过程中喷射水雾，利用液态水蒸发潜热来冷却工质降低压缩机耗功，从而提高整个燃气轮机的净输出功率和效率，同时也可以降低nox排放。

2、目前，用于压气机射流预冷的喷水雾化结构通常由安装于进气道或压气机进口的喷嘴矩阵构成，这种进气方式不仅会加剧进气损失，而且需要大功率的高压泵来提供液态水雾化所需要的压力，雾化成本高，且不适用于航空等对雾化系统体积和重量要求很高的领域，因此，有必要探索一种新型的适用于氢燃气轮机轴流压气机射流预冷的喷水雾化结构，改善或突破常规喷水雾化结构的局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，以解决上述用于氢燃气轮机轴流压气机射流预冷的常规喷水雾化结构存在的局限性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，包括开设在压气机转轴内部的转轴轴向供水通道和转轴径向供水通道，压气机转轴的表面套设安装有压气机轮盘，且压气机轮盘的表面安装有多个压气机叶片，所述压气机轮盘内开设有与转轴径向供水通道相连通的轮盘供水通道，所述压气机轮盘上还开设有与轮盘供水通道相连通的集水腔，所述压气机叶片的内部开设有叶片径向供水通道和多个叶片弦向供水通道，所述叶片径向供水通道与集水腔相连通，且叶片弦向供水通道与叶片径向供水通道连通，所述压气机叶片的内部还设置有多个与叶片弦向供水通道相连通的离心喷嘴。

3、优选的，所述离心喷嘴包括锥形旋流室和喷嘴出口，所述喷嘴出口与压气机叶片的表面相通。

4、优选的，所述压气机转轴在转轴径向供水通道和轮盘供水通道的连接处设置有凸台结构，且转轴径向供水通道和轮盘供水通道的连接处安装有密封垫圈。

5、优选的，所述集水腔是与压气机转轴同轴的环形腔体，且位于压气机轮盘的外侧。

6、优选的，所述叶片弦向供水通道和锥形旋流室相切，用于为水流提供切向速度。

7、优选的，所述离心喷嘴位于压气机叶片吸力面一侧，且沿叶片径向分布。

8、优选的，所述喷嘴出口的方向与气流方向垂直。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明克服了常规喷水雾化结构的局限性，利用轴流压气机高转速产生的离心力提供离心喷嘴雾化所需的压力，在减少轴流压气机功耗、提高轴流压气机效率的同时，大幅减小了使液态水雾化所需的泵功率，降低了雾化成本。

技术特征：

1.一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，其特征在于：包括开设在压气机转轴(9)内部的转轴轴向供水通道(8)和转轴径向供水通道(7)，压气机转轴(9)的表面套设安装有压气机轮盘(5)，且压气机轮盘(5)的表面安装有多个压气机叶片(1)，所述压气机轮盘(5)内开设有与转轴径向供水通道(7)相连通的轮盘供水通道(4)，所述压气机轮盘(5)上还开设有与轮盘供水通道(4)相连通的集水腔(3)，所述压气机叶片(1)的内部开设有叶片径向供水通道(11)和多个叶片弦向供水通道(12)，所述叶片径向供水通道(11)与集水腔(3)相连通，且叶片弦向供水通道(12)与叶片径向供水通道(11)连通，所述压气机叶片(1)的内部还设置有多个与叶片弦向供水通道(12)相连通的离心喷嘴(2)。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，其特征在于：所述离心喷嘴(2)包括锥形旋流室(13)和喷嘴出口(14)，所述喷嘴出口(14)与压气机叶片(1)的表面相通。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，其特征在于：所述压气机转轴(9)在转轴径向供水通道(7)和轮盘供水通道(4)的连接处设置有凸台结构，且转轴径向供水通道(7)和轮盘供水通道(4)的连接处安装有密封垫圈(6)。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，其特征在于：所述集水腔(3)是与压气机转轴(9)同轴的环形腔体，且位于压气机轮盘(5)的外侧。

5.根据权利要求1所述的一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，其特征在于：所述叶片弦向供水通道(12)和锥形旋流室(13)相切。

6.根据权利要求1所述的一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，其特征在于：所述离心喷嘴(2)位于压气机叶片(1)吸力面一侧，且沿叶片径向分布，所述喷嘴出口(14)的方向与气流方向垂直。

7.根据权利要求1所述的一种适用于氢燃气轮机轴流压气机射流预冷的喷水雾化结构，其特征在于，所述压气机叶片(1)内部的离心喷嘴(2)的喷嘴出口(14)面积an的计算公式为：

8.根据权利要求1所述的一种适用于氢燃气轮机轴流压气机射流预冷的喷水雾化结构，其特征在于，所述的一种适用于氢燃气轮机轴流压气机射流预冷的喷水雾化结构正常工作时轴流压气机转速n需满足：

技术总结
本发明公开了一种氢燃气轮机轴流压气机射流预冷用喷水雾化结构，包括开设在压气机转轴内部的转轴轴向供水通道和转轴径向供水通道，压气机转轴的表面套设安装有压气机轮盘，且压气机轮盘的表面安装有多个压气机叶片，所述压气机轮盘内开设有与转轴径向供水通道相连通的轮盘供水通道，所述压气机轮盘上还开设有与轮盘供水通道相连通的集水腔，所述压气机叶片的内部开设有叶片径向供水通道和多个叶片弦向供水通道；本发明克服了常规喷水雾化结构的局限性，利用轴流压气机高转速产生的离心力提供离心喷嘴雾化所需的压力，在减少轴流压气机功耗、提高轴流压气机效率的同时，大幅减小了使液态水雾化所需的泵功率，降低了雾化成本。

技术研发人员：李育隆,于恒,高远,马恩泽,杨正南,容诚钧
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16