一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴的制作方法
【專利摘要】一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，該燃燒室噴嘴包括噴嘴中心流道、噴嘴外圍流道和旋流裝置；噴嘴中心流道的壁面為中空環(huán)形燃料管。在噴嘴中心流道內(nèi)部設(shè)有多個中心流道燃料噴管，在噴嘴外圍流道內(nèi)設(shè)有多個外圍流道燃料噴管。燃料從中空環(huán)形燃料管進入，通過中心流道燃料噴管以及外圍流道燃料噴管分別進入同軸布置的噴嘴中心流道及噴嘴外圍流道，中空環(huán)形燃料管上設(shè)置中心流道空氣進口管，通過控制進入噴嘴中心流道的空氣量，進而控制噴嘴中心及外圍流道的空氣比，調(diào)整整個噴嘴的旋流數(shù)。本實用新型還在中空環(huán)形燃料管尾段設(shè)置了防回火中空環(huán)形燃料管。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，降低了噴嘴壓力損失，提高了燃料摻混能力，同時具有防回火的功能。
【專利說明】一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種燃氣輪機燃燒室低旋流噴嘴，屬于燃氣輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]專利W02012141982A1描述了應(yīng)用于燃氣輪機燃燒室的低旋流噴嘴。如圖1所示，在低旋流噴嘴I中，燃料通過燃料進口管15進入，空氣通過空氣進口管16進入，燃料和空氣在文氏管171內(nèi)混合。文氏管171下游為雙層結(jié)構(gòu)，其中噴嘴中心流道12設(shè)置一個限流孔板172，限流孔板172上均勻布置多個限流孔173 ;噴嘴外圍流道13設(shè)置旋流裝置132，旋流裝置132由多個旋流葉片組成。上游均勻混合氣分別通過旋流裝置132和限流孔板172，產(chǎn)生低旋流混合氣，進入燃燒擴張區(qū)174燃燒。進入噴嘴中心流道的流量由限流孔板的有效流通面積決定，由于限流孔板的小孔直徑及流通面積較小，因此其帶來較大的壓力損失。為使燃料和空氣混合均勻，文氏管171軸向長度LI 一般為150mm?220mm之間，導致噴嘴過長，在與其他類型噴嘴配合使用時，對安裝造成不便；當回火現(xiàn)象發(fā)生時，該結(jié)構(gòu)無相應(yīng)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方式，易對上游旋流裝置、限流孔板等部件造成損壞。
實用新型內(nèi)容
[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提出一種燃氣輪機燃燒室低旋流噴嘴，可以有效降低噴嘴的壓力損失，增加噴嘴的摻混能力，合理降低噴嘴長度，加強對噴嘴中心、外圍流道燃料分配的控制，降低燃燒室的污染物，而且具有防回火功能。同時該噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，易加工。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，所述燃燒室噴嘴包括同軸布置的噴嘴中心流道、噴嘴外圍流道和旋流裝置，旋流裝置設(shè)置在所述噴嘴外圍流道內(nèi)，其特征在于:噴嘴中心流道的壁面為中空環(huán)形燃料管，該中空環(huán)形燃料管的頂端與頭部端蓋連接，燃料從外部經(jīng)頭部端蓋進入中空環(huán)形燃料管，另一端伸入噴嘴內(nèi)部；在中空環(huán)形燃料管上設(shè)置至少一個中心流道空氣進口管；在所述噴嘴中心流道內(nèi)部設(shè)有多個中心流道燃料噴管，該中心流道燃料噴管一端與中空環(huán)形燃料管內(nèi)壁面相連通，另一端設(shè)置于噴嘴中心流道內(nèi)，中心流道燃料噴管設(shè)置中心流道燃料噴注孔；所述中心流道空氣進口管處于頭部端蓋和中心流道燃料噴管之間；
[0006]在所述的旋流裝置上游設(shè)置多個外圍流道燃料噴管，該外圍流道燃料噴管一端與噴嘴外壁面相連，另一端與中空環(huán)形燃料管相連通；在外圍流道燃料噴管上設(shè)置外圍流道燃料噴注孔。
[0007]本實用新型的技術(shù)特征還在于:所述中空環(huán)形燃料管的尾端設(shè)有一段長度在3?8mm之間的防回火中空環(huán)形燃料管；所述防回火中空環(huán)形燃料管距中空環(huán)形燃料管的末端的距離L2為5mm?15mm,所述中空環(huán)形燃料管的末端距旋流裝置的距離L3在10mm?150mm之間。
[0008]本實用新型所述的防回火中空環(huán)形燃料管的壁面厚度為中空環(huán)形燃料管壁面厚度的0.2?0.5倍。
[0009]本實用新型的上述技術(shù)方案中，所述中心流道空氣進口管的個數(shù)優(yōu)選為4?8個。
[0010]本實用新型所述中心流道燃料噴注孔沿所述噴嘴中心流道徑向位置均勻布置或錯落布置于所述中心流道燃料噴管壁面兩側(cè)；所述外圍流道燃料噴注孔沿所述噴嘴外圍流道徑向位置均勻布置或交叉布置于所述外圍流道燃料噴管壁面兩側(cè)；所述外圍流道燃料噴注孔及中心流道燃料噴注孔的中心線與所述燃燒室噴嘴中心線呈90°。
[0011]優(yōu)選地，外圍流道燃料噴管的數(shù)量與旋流裝置葉片數(shù)量保持一致，或旋流裝置葉片數(shù)量是外圍流道燃料噴管的數(shù)量的整數(shù)倍。
[0012]優(yōu)選地，外圍流道燃料噴管設(shè)置于旋流裝置內(nèi)，與旋流葉片組成一體化結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選地:中心流道燃料噴管為圓管、錐形管或橢圓形管，其軸向位置與外圍流道燃料噴管相對距離在O?1mm之間，其數(shù)量為4?8個，其頂端由一個環(huán)形管連接。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果:本實用新型涉及的燃氣輪機燃燒室低旋流噴嘴，通過中心流道空氣進口管的有效面積控制進入噴嘴中心流道的空氣量，進而控制噴嘴中心及外圍流道的空氣比，調(diào)整整個噴嘴的旋流數(shù)；燃料從中空環(huán)形燃料管進入，流過中心流道空氣進口管，分別進入中心流道燃料噴管和外圍流道燃料噴管，與對應(yīng)流道的空氣混合；中空環(huán)形燃料管深入到噴嘴下游，且其尾端設(shè)有防回火中空環(huán)形燃料管，回火發(fā)生時，燒毀該區(qū)域，將預混燃燒變?yōu)閿U散燃燒，保護上游旋流裝置、噴嘴裝置等重要部件；中心流道燃料噴管內(nèi)采用環(huán)形管連接，降低中心流道燃料噴管的震動，降低環(huán)形管后的鈍體渦損失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一個低旋流噴嘴簡圖。
[0016]圖2為本實用新型提供燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本實用新型的立體示意圖。
[0018]圖中符號說明:1_低旋流燃燒室噴嘴；10_中空環(huán)形燃料管；101_中空環(huán)形燃料管的尾端；102-防回火中空環(huán)形燃料管；103-中空環(huán)形燃料管的末端；111-中心流道空氣進口管；112_外圍流道空氣進口 ；12_噴嘴中心流道；121-中心流道燃料噴管；122_環(huán)形管；13_噴嘴外圍流道；131_外圍流道燃料噴管；132_旋流裝置；14a-外圍流道燃料射流孔；14b-中心流道燃料射流孔；15_燃料進口管；16_空氣進口管；171-文氏管；172-限流孔板；173_限流孔；174_燃燒擴張段；2_頭部端蓋。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做詳細說明:
[0020]圖2及圖3為本實用新型提供燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該低旋流燃燒室噴嘴I包括同軸布置的噴嘴中心流道12、噴嘴外圍流道13和旋流裝置132，旋流裝置132設(shè)置在所述噴嘴外圍流道13內(nèi)，噴嘴中心流道12的壁面為中空環(huán)形燃料管10，該中空環(huán)形燃料管10的頂端與頭部端蓋2連接，燃料從外部經(jīng)頭部端蓋2進入中空環(huán)形燃料管，另一端伸入噴嘴內(nèi)部，隔開噴嘴中心流道12和噴嘴外圍流道13。
[0021]在中空環(huán)形燃料管10上設(shè)置至少一個中心流道空氣進口管111，(本實施例中設(shè)有四個中心流道空氣進口管)；在所述噴嘴中心流道12內(nèi)部設(shè)有多個中心流道燃料噴管121 (本實施例中設(shè)有五個，且均勻布置)，每個中心流道燃料噴管121 —端與中空環(huán)形燃料管10內(nèi)壁面相連通，另一端設(shè)置于噴嘴中心流道12內(nèi)，在中心流道燃料噴管121設(shè)置中心流道燃料噴注孔14b ;所述中心流道空氣進口管111處于頭部端蓋2和中心流道燃料噴管121之間。在所述的旋流裝置132上游設(shè)置多個外圍流道燃料噴管131 (實施例設(shè)置了 12個外圍流道燃料噴管)，外圍流道燃料噴管131 —端與噴嘴外壁面相連，另一端與中空環(huán)形燃料管10相連通；在外圍流道燃料噴管131上設(shè)置外圍流道燃料噴注孔14a。
[0022]所述中心流道空氣進口管111設(shè)置在中空環(huán)形燃料管10上，連通外界空氣進入噴嘴中心流道12，所述中心流道空氣進口管111位置處于端蓋2下游，中心流道燃料噴管121的上游，通過控制中心流道空氣進口管111的有效流通面積可以方便地控制進入噴嘴中心流道12的空氣量，進而控制低旋流噴嘴的中心、外圍流道空氣流量分配，進而控制整個噴嘴的旋流數(shù)；
[0023]所述中心流道燃料噴管121設(shè)置于噴嘴中心流道12內(nèi)，一端與中空環(huán)形燃料管10內(nèi)壁面相連，中心流道燃料噴管121設(shè)置中心流道燃料射流孔14b。
[0024]本實用新型的另一技術(shù)方案是:所述中空環(huán)形燃料管10的尾端101設(shè)置有長度在3?8mm之間的防回火中空環(huán)形燃料管102 ;所述防回火中空環(huán)形燃料管102距中空環(huán)形燃料管的末端103的距離L2為5mm?15mm ;中空環(huán)形燃料管的末端103距旋流裝置132的距離L3在10mm?150mm之間。正常工作范圍時，中空環(huán)形燃料管10及防回火中空環(huán)形燃料管102可以承受當?shù)毓ぷ鳝h(huán)境溫度(一般小于700°C)，發(fā)生回火的時候(環(huán)境溫度超過1000C )，所述防回火中空環(huán)形燃料管102首先被燒壞，保護了噴嘴上游裝置尤其是旋流裝置132、外圍流道燃料噴管131和中心流道燃料噴管121。防回火中空環(huán)形燃料管102的壁面厚度一般為中空環(huán)形燃料管10壁面厚度的0.2?0.5倍，確保該區(qū)域在高溫環(huán)境溫度下比其他區(qū)域更容易燒壞?；蛘?，防回火中空環(huán)形燃料管102的材料采用奧氏體不銹鋼，中空環(huán)形燃料管10其他區(qū)域的材料為hastelloy-x,回火發(fā)生時，防回火中空環(huán)形燃料管102比其他區(qū)域更容易燒壞，保護上游結(jié)構(gòu)。
[0025]本實用新型的又一優(yōu)選技術(shù)方案為:中心流道空氣進口管111為4?8個，保證中心流道空氣進口氣流的均勻性；中心流道燃料噴管121的內(nèi)側(cè)由一個環(huán)形管122連接，可以降低中心流道燃料噴管的震動，同時空氣可以從環(huán)形管122通過，降低環(huán)形管122后的鈍體渦損失；中心流道燃料噴管121上的中心流道燃料噴注孔14b沿噴嘴中心流道12徑向位置均勻布置或錯落布置于中心流道燃料噴管121壁面兩側(cè)；外圍流道燃料噴管131上的外圍流道燃料噴注孔14a沿噴嘴外圍流道13徑向位置均勻布置或交叉布置于外圍流道燃料噴管131壁面兩側(cè)，確保在燃料貫穿深度不高的時候仍然具有良好的混合性能；所述外圍流道燃料噴注孔14a及中心流道燃料噴注孔14b的中心線與所述燃燒室噴嘴中心線呈90°。
[0026]本實用新型的又一優(yōu)選為，外圍流道燃料噴管131的數(shù)量與旋流裝置132葉片數(shù)量保持一致，或旋流裝置132葉片數(shù)量是外圍流道燃料噴管131的數(shù)量的整數(shù)倍。
[0027]本實用新型的實施方式還可以將外圍流道燃料噴管131設(shè)置于旋流裝置132內(nèi)，與旋流葉片組成一體化結(jié)構(gòu)，即將旋流裝置中的旋流葉片制成中空結(jié)構(gòu)，旋流葉片的兩側(cè)設(shè)置燃料噴注孔代替外外圍流道燃料射流孔，使旋流葉片與中空環(huán)形燃料管相連通。
[0028]中心流道燃料噴管121為圓管、錐形管或橢圓形管，其軸向位置與外圍流道燃料噴管131相對距離在O?1mm之間，其數(shù)量為4?8個。
[0029]本實用新型的工作過程如下:
[0030]燃料從中空環(huán)形燃料管10進入，通過與中空環(huán)形燃料管10相連通的中心流道燃料噴管121和外圍流道燃料噴管131，一部分通過中心流道燃料噴管121上的燃料噴射孔14進入噴嘴中心流道12 ;另一部分通過外圍流道燃料噴管131上的燃料噴注孔14進入噴嘴外圍流道13 ;空氣一部分從外圍流道空氣進口 112進入噴嘴外圍流道13，另一部分通過中心流道空氣進口管進入噴嘴中心流道，空氣經(jīng)過中心流道燃料噴管121與外圍流道燃料噴管131時與噴出的燃料混合形成燃料空氣混合氣，噴嘴外圍流道13內(nèi)的燃料空氣混合氣流經(jīng)旋流裝置132與噴嘴中心流道內(nèi)的混合氣在噴嘴下游匯聚形成低旋流氣流，在下游進行燃燒。通過控制進入所述噴嘴中心流道12的燃料空氣比例低于進入所述噴嘴外圍流道13的燃料空氣比例。即使低旋流噴嘴的回流區(qū)較小，燃燒區(qū)的中心區(qū)仍存在回流區(qū)，控制進入回流區(qū)內(nèi)的燃料量，可以降低回流區(qū)內(nèi)的高溫區(qū)，進而降低氮氧化物的產(chǎn)生，降低污染。
【權(quán)利要求】
1.一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，所述燃燒室噴嘴包括同軸布置的噴嘴中心流道(12)、噴嘴外圍流道(13)和旋流裝置(132)，旋流裝置設(shè)置在所述噴嘴外圍流道(13)內(nèi)，其特征在于:噴嘴中心流道(12)的壁面為中空環(huán)形燃料管(10)，該中空環(huán)形燃料管(10)的頂端與頭部端蓋(2)連接，燃料從外部經(jīng)頭部端蓋(2)進入中空環(huán)形燃料管，另一端伸入噴嘴內(nèi)部；在中空環(huán)形燃料管(10)上設(shè)置至少一個中心流道空氣進口管(111);在所述噴嘴中心流道(12)內(nèi)部設(shè)有多個中心流道燃料噴管(121)，中心流道燃料噴管(121) —端與中空環(huán)形燃料管(10)內(nèi)壁面相連通，另一端設(shè)置于噴嘴中心流道(12)內(nèi)，在中心流道燃料噴管(121)上設(shè)有中心流道燃料噴注孔(14b);所述中心流道空氣進口管(111)處于頭部端蓋(2)和中心流道燃料噴管(121)之間； 在所述的旋流裝置(132)上游設(shè)置多個外圍流道燃料噴管(131)，外圍流道燃料噴管(131)一端與噴嘴外壁面相連，另一端與中空環(huán)形燃料管(10)相連通；在外圍流道燃料噴管(131)上設(shè)有外圍流道燃料噴注孔(14a)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，其特征在于:所述中空環(huán)形燃料管的尾端(101)設(shè)有一段長度在3?8mm之間的防回火中空環(huán)形燃料管(102);所述防回火中空環(huán)形燃料管(102)距中空環(huán)形燃料管的末端(103)的距離L2為5mm?15mm,所述中空環(huán)形燃料管的末端(103)距旋流裝置的距離L3在10mm?150mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，其特征在于:防回火中空環(huán)形燃料管(102)的壁面厚度為中空環(huán)形燃料管(10)壁面厚度的0.2?0.5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一權(quán)利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴,其特征在于:所述中心流道空氣進口管(111)的個數(shù)為4?8個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一權(quán)利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴,其特征在于:所述中心流道燃料噴注孔(14b)沿所述噴嘴中心流道(12)徑向位置均勻布置或錯落布置于所述中心流道燃料噴管(121)壁面兩側(cè)；所述外圍流道燃料噴注孔(14a)沿所述噴嘴外圍流道(13)徑向位置均勻布置或交叉布置于所述外圍流道燃料噴管(131)壁面兩側(cè)；所述外圍流道燃料噴注孔(14a)及中心流道燃料噴注孔(14b)的中心線與所述燃燒室噴嘴中心線呈90° ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一權(quán)利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴,其特征在于:外圍流道燃料噴管(131)的數(shù)量與旋流裝置(132)葉片數(shù)量保持一致，或旋流裝置(132)葉片數(shù)量是外圍流道燃料噴管(131)的數(shù)量的整數(shù)倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一權(quán)利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴,其特征在于:外圍流道燃料噴管(131)設(shè)置于旋流裝置(132)內(nèi)，與旋流葉片組成一體化結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一權(quán)利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，其特征在于:中心流道燃料噴管(121)為圓管、錐形管或橢圓形管，其軸向位置與外圍流道燃料噴管(131)相對距離在O?1mm之間，其數(shù)量為4?8個，其頂端由一個環(huán)形管(122)連接。
【文檔編號】F23R3/38GK204006116SQ201420105251
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】李珊珊 申請人:北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司