一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴的製作方法

2023-04-25 14:26:26 2

一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴的製作方法
【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形燃料管。在噴嘴中心流道內部設有多個中心流道燃料噴管，在噴嘴外圍流道內設有多個外圍流道燃料噴管。燃料從中空環形燃料管進入，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，中空環形燃料管上設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，調整整個噴嘴的旋流數。本實用新型還在中空環形燃料管尾段設置了防回火中空環形燃料管。本實用新型結構簡單，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

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種燃氣輪機燃燒室低旋流噴嘴，屬於燃氣輪機結構設計【技術領域】。

【背景技術】
[0002]專利W02012141982A1描述了應用於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內混合。文氏管171下遊為雙層結構，其中噴嘴中心流道12設置一個限流孔板172，限流孔板172上均勻布置多個限流孔173 ;噴嘴外圍流道13設置旋流裝置132，旋流裝置132由多個旋流葉片組成。上遊均勻混合氣分別通過旋流裝置132和限流孔板172，產生低旋流混合氣，進入燃燒擴張區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，由於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；當回火現象發生時，該結構無相應的自適應調節方式，易對上遊旋流裝置、限流孔板等部件造成損壞。
實用新型內容
[0003]為了解決現有技術中存在的問題，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，降低燃燒室的汙染物，而且具有防回火功能。同時該噴嘴結構簡單，易加工。
[0004]本實用新型所採用的技術方案如下:
[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，旋流裝置設置在所述噴嘴外圍流道內，其特徵在於:噴嘴中心流道的壁面為中空環形燃料管，該中空環形燃料管的頂端與頭部端蓋連接，燃料從外部經頭部端蓋進入中空環形燃料管，另一端伸入噴嘴內部；在中空環形燃料管上設置至少一個中心流道空氣進口管；在所述噴嘴中心流道內部設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形燃料管內壁面相連通，另一端設置於噴嘴中心流道內，中心流道燃料噴管設置中心流道燃料噴注孔；所述中心流道空氣進口管處於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遊設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，另一端與中空環形燃料管相連通；在外圍流道燃料噴管上設置外圍流道燃料噴注孔。
[0007]本實用新型的技術特徵還在於:所述中空環形燃料管的尾端設有一段長度在3?8mm之間的防回火中空環形燃料管；所述防回火中空環形燃料管距中空環形燃料管的末端的距離L2為5mm?15mm,所述中空環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形燃料管的壁面厚度為中空環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方案中，所述中心流道空氣進口管的個數優選為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於所述中心流道燃料噴管壁面兩側；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於所述外圍流道燃料噴管壁面兩側；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]優選地，外圍流道燃料噴管的數量與旋流裝置葉片數量保持一致，或旋流裝置葉片數量是外圍流道燃料噴管的數量的整數倍。
[0012]優選地，外圍流道燃料噴管設置於旋流裝置內，與旋流葉片組成一體化結構。
[0013]優選地: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，其數量為4?8個，其頂端由一個環形管連接。
[0014]本實用新型與現有技術相比具有以下優點及突出性的技術效果: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，調整整個噴嘴的旋流數；燃料從中空環形燃料管進入，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，與對應流道的空氣混合；中空環形燃料管深入到噴嘴下遊，且其尾端設有防回火中空環形燃料管，回火發生時，燒毀該區域，將預混燃燒變為擴散燃燒，保護上遊旋流裝置、噴嘴裝置等重要部件；中心流道燃料噴管內採用環形管連接，降低中心流道燃料噴管的震動，降低環形管後的鈍體渦損失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現有技術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構示意圖。
[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_中空環形燃料管；101_中空環形燃料管的尾端；102-防回火中空環形燃料管；103-中空環形燃料管的末端；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構示意圖。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設置在所述噴嘴外圍流道13內，噴嘴中心流道12的壁面為中空環形燃料管10，該中空環形燃料管10的頂端與頭部端蓋2連接，燃料從外部經頭部端蓋2進入中空環形燃料管，另一端伸入噴嘴內部，隔開噴嘴中心流道12和噴嘴外圍流道13。
[0021]在中空環形燃料管10上設置至少一個中心流道空氣進口管111，(本實施例中設有四個中心流道空氣進口管)；在所述噴嘴中心流道12內部設有多個中心流道燃料噴管121 (本實施例中設有五個，且均勻布置)，每個中心流道燃料噴管121 —端與中空環形燃料管10內壁面相連通，另一端設置於噴嘴中心流道12內，在中心流道燃料噴管121設置中心流道燃料噴注孔14b ;所述中心流道空氣進口管111處於頭部端蓋2和中心流道燃料噴管121之間。在所述的旋流裝置132上遊設置多個外圍流道燃料噴管131 (實施例設置了 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，另一端與中空環形燃料管10相連通；在外圍流道燃料噴管131上設置外圍流道燃料噴注孔14a。
[0022]所述中心流道空氣進口管111設置在中空環形燃料管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位置處於端蓋2下遊，中心流道燃料噴管121的上遊，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；
[0023]所述中心流道燃料噴管121設置於噴嘴中心流道12內，一端與中空環形燃料管10內壁面相連，中心流道燃料噴管121設置中心流道燃料射流孔14b。
[0024]本實用新型的另一技術方案是:所述中空環形燃料管10的尾端101設置有長度在3?8mm之間的防回火中空環形燃料管102 ;所述防回火中空環形燃料管102距中空環形燃料管的末端103的距離L2為5mm?15mm ;中空環形燃料管的末端103距旋流裝置132的距離L3在10mm?150mm之間。正常工作範圍時，中空環形燃料管10及防回火中空環形燃料管102可以承受當地工作環境溫度(一般小於700°C)，發生回火的時候(環境溫度超過1000C )，所述防回火中空環形燃料管102首先被燒壞，保護了噴嘴上遊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。防回火中空環形燃料管102的壁面厚度一般為中空環形燃料管10壁面厚度的0.2?0.5倍，確保該區域在高溫環境溫度下比其他區域更容易燒壞。或者，防回火中空環形燃料管102的材料採用奧氏體不鏽鋼，中空環形燃料管10其他區域的材料為hastelloy-x,回火發生時，防回火中空環形燃料管102比其他區域更容易燒壞，保護上遊結構。
[0025]本實用新型的又一優選技術方案為: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的內側由一個環形管122連接，可以降低中心流道燃料噴管的震動，同時空氣可以從環形管122通過，降低環形管122後的鈍體渦損失；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於中心流道燃料噴管121壁面兩側；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於外圍流道燃料噴管131壁面兩側，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選為，外圍流道燃料噴管131的數量與旋流裝置132葉片數量保持一致，或旋流裝置132葉片數量是外圍流道燃料噴管131的數量的整數倍。
[0027]本實用新型的實施方式還可以將外圍流道燃料噴管131設置於旋流裝置132內，與旋流葉片組成一體化結構，即將旋流裝置中的旋流葉片製成中空結構，旋流葉片的兩側設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]燃料從中空環形燃料管10進入，通過與中空環形燃料管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內的燃料空氣混合氣流經旋流裝置132與噴嘴中心流道內的混合氣在噴嘴下遊匯聚形成低旋流氣流，在下遊進行燃燒。通過控制進入所述噴嘴中心流道12的燃料空氣比例低於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較小，燃燒區的中心區仍存在回流區，控制進入回流區內的燃料量，可以降低回流區內的高溫區，進而降低氮氧化物的產生，降低汙染。
【權利要求】
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)，旋流裝置設置在所述噴嘴外圍流道(13)內，其特徵在於:噴嘴中心流道(12)的壁面為中空環形燃料管(10)，該中空環形燃料管(10)的頂端與頭部端蓋(2)連接，燃料從外部經頭部端蓋(2)進入中空環形燃料管，另一端伸入噴嘴內部；在中空環形燃料管(10)上設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)內部設有多個中心流道燃料噴管(121)，中心流道燃料噴管(121) —端與中空環形燃料管(10)內壁面相連通，另一端設置於噴嘴中心流道(12)內，在中心流道燃料噴管(121)上設有中心流道燃料噴注孔(14b);所述中心流道空氣進口管(111)處於頭部端蓋(2)和中心流道燃料噴管(121)之間； 在所述的旋流裝置(132)上遊設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，另一端與中空環形燃料管(10)相連通；在外圍流道燃料噴管(131)上設有外圍流道燃料噴注孔(14a)。
2.根據權利要求1所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，其特徵在於:所述中空環形燃料管的尾端(101)設有一段長度在3?8mm之間的防回火中空環形燃料管(102);所述防回火中空環形燃料管(102)距中空環形燃料管的末端(103)的距離L2為5mm?15mm,所述中空環形燃料管的末端(103)距旋流裝置的距離L3在10mm?150mm之間。
3.根據權利要求2所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，其特徵在於:防回火中空環形燃料管(102)的壁面厚度為中空環形燃料管(10)壁面厚度的0.2?0.5倍。
4.根據權利要求1?3任一權利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴,其特徵在於:所述中心流道空氣進口管(111)的個數為4?8個。
5.根據權利要求1?3任一權利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴,其特徵在於: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於所述中心流道燃料噴管(121)壁面兩側；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於所述外圍流道燃料噴管(131)壁面兩側；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.根據權利要求1?3任一權利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴,其特徵在於:外圍流道燃料噴管(131)的數量與旋流裝置(132)葉片數量保持一致，或旋流裝置(132)葉片數量是外圍流道燃料噴管(131)的數量的整數倍。
7.根據權利要求1?3任一權利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴,其特徵在於:外圍流道燃料噴管(131)設置於旋流裝置(132)內，與旋流葉片組成一體化結構。
8.根據權利要求1?3任一權利要求所述的一種燃氣輪機低旋流燃燒室噴嘴，其特徵在於: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，其數量為4?8個，其頂端由一個環形管(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 優先權日:2014年3月10日
【發明者】李珊珊 申請人:北京華清燃氣輪機與煤氣化聯合循環工程技術有限公司