一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴的制作方法
【专利摘要】一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴，该燃烧室喷嘴包括喷嘴中心流道、喷嘴外围流道和旋流装置；喷嘴中心流道的壁面为中空环形燃料管。在喷嘴中心流道内部设有多个中心流道燃料喷管，在喷嘴外围流道内设有多个外围流道燃料喷管。燃料从中空环形燃料管进入，通过中心流道燃料喷管以及外围流道燃料喷管分别进入同轴布置的喷嘴中心流道及喷嘴外围流道，中空环形燃料管上设置中心流道空气进口管，通过控制进入喷嘴中心流道的空气量，进而控制喷嘴中心及外围流道的空气比，调整整个喷嘴的旋流数。本实用新型还在中空环形燃料管尾段设置了防回火中空环形燃料管。本实用新型结构简单，降低了喷嘴压力损失，提高了燃料掺混能力，同时具有防回火的功能。
【专利说明】一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，属于燃气轮机结构设计【技术领域】。
【背景技术】
[0002]专利W02012141982A1描述了应用于燃气轮机燃烧室的低旋流喷嘴。如图1所示，在低旋流喷嘴I中，燃料通过燃料进口管15进入，空气通过空气进口管16进入，燃料和空气在文氏管171内混合。文氏管171下游为双层结构，其中喷嘴中心流道12设置一个限流孔板172，限流孔板172上均匀布置多个限流孔173 ;喷嘴外围流道13设置旋流装置132，旋流装置132由多个旋流叶片组成。上游均匀混合气分别通过旋流装置132和限流孔板172，产生低旋流混合气，进入燃烧扩张区174燃烧。进入喷嘴中心流道的流量由限流孔板的有效流通面积决定，由于限流孔板的小孔直径及流通面积较小，因此其带来较大的压力损失。为使燃料和空气混合均匀，文氏管171轴向长度LI 一般为150mm?220mm之间，导致喷嘴过长，在与其他类型喷嘴配合使用时，对安装造成不便；当回火现象发生时，该结构无相应的自适应调节方式，易对上游旋流装置、限流孔板等部件造成损坏。
实用新型内容
[0003]为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，可以有效降低喷嘴的压力损失，增加喷嘴的掺混能力，合理降低喷嘴长度，加强对喷嘴中心、外围流道燃料分配的控制，降低燃烧室的污染物，而且具有防回火功能。同时该喷嘴结构简单，易加工。
[0004]本实用新型所采用的技术方案如下:
[0005]一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴，所述燃烧室喷嘴包括同轴布置的喷嘴中心流道、喷嘴外围流道和旋流装置，旋流装置设置在所述喷嘴外围流道内，其特征在于:喷嘴中心流道的壁面为中空环形燃料管，该中空环形燃料管的顶端与头部端盖连接，燃料从外部经头部端盖进入中空环形燃料管，另一端伸入喷嘴内部；在中空环形燃料管上设置至少一个中心流道空气进口管；在所述喷嘴中心流道内部设有多个中心流道燃料喷管，该中心流道燃料喷管一端与中空环形燃料管内壁面相连通，另一端设置于喷嘴中心流道内，中心流道燃料喷管设置中心流道燃料喷注孔；所述中心流道空气进口管处于头部端盖和中心流道燃料喷管之间；
[0006]在所述的旋流装置上游设置多个外围流道燃料喷管，该外围流道燃料喷管一端与喷嘴外壁面相连，另一端与中空环形燃料管相连通；在外围流道燃料喷管上设置外围流道燃料喷注孔。
[0007]本实用新型的技术特征还在于:所述中空环形燃料管的尾端设有一段长度在3?8mm之间的防回火中空环形燃料管；所述防回火中空环形燃料管距中空环形燃料管的末端的距离L2为5mm?15mm,所述中空环形燃料管的末端距旋流装置的距离L3在10mm?150mm之间。
[0008]本实用新型所述的防回火中空环形燃料管的壁面厚度为中空环形燃料管壁面厚度的0.2?0.5倍。
[0009]本实用新型的上述技术方案中，所述中心流道空气进口管的个数优选为4?8个。
[0010]本实用新型所述中心流道燃料喷注孔沿所述喷嘴中心流道径向位置均匀布置或错落布置于所述中心流道燃料喷管壁面两侧；所述外围流道燃料喷注孔沿所述喷嘴外围流道径向位置均匀布置或交叉布置于所述外围流道燃料喷管壁面两侧；所述外围流道燃料喷注孔及中心流道燃料喷注孔的中心线与所述燃烧室喷嘴中心线呈90°。
[0011]优选地，外围流道燃料喷管的数量与旋流装置叶片数量保持一致，或旋流装置叶片数量是外围流道燃料喷管的数量的整数倍。
[0012]优选地，外围流道燃料喷管设置于旋流装置内，与旋流叶片组成一体化结构。
[0013]优选地:中心流道燃料喷管为圆管、锥形管或椭圆形管，其轴向位置与外围流道燃料喷管相对距离在O?1mm之间，其数量为4?8个，其顶端由一个环形管连接。
[0014]本实用新型与现有技术相比具有以下优点及突出性的技术效果:本实用新型涉及的燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，通过中心流道空气进口管的有效面积控制进入喷嘴中心流道的空气量，进而控制喷嘴中心及外围流道的空气比，调整整个喷嘴的旋流数；燃料从中空环形燃料管进入，流过中心流道空气进口管，分别进入中心流道燃料喷管和外围流道燃料喷管，与对应流道的空气混合；中空环形燃料管深入到喷嘴下游，且其尾端设有防回火中空环形燃料管，回火发生时，烧毁该区域，将预混燃烧变为扩散燃烧，保护上游旋流装置、喷嘴装置等重要部件；中心流道燃料喷管内采用环形管连接，降低中心流道燃料喷管的震动，降低环形管后的钝体涡损失。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为现有技术中一个低旋流喷嘴简图。
[0016]图2为本实用新型提供燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴实施例的结构示意图。
[0017]图3为本实用新型的立体示意图。
[0018]图中符号说明:1_低旋流燃烧室喷嘴；10_中空环形燃料管；101_中空环形燃料管的尾端；102-防回火中空环形燃料管；103-中空环形燃料管的末端；111-中心流道空气进口管；112_外围流道空气进口 ；12_喷嘴中心流道；121-中心流道燃料喷管；122_环形管；13_喷嘴外围流道；131_外围流道燃料喷管；132_旋流装置；14a-外围流道燃料射流孔；14b-中心流道燃料射流孔；15_燃料进口管；16_空气进口管；171-文氏管；172-限流孔板；173_限流孔；174_燃烧扩张段；2_头部端盖。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细说明:
[0020]图2及图3为本实用新型提供燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴实施例的结构示意图。该低旋流燃烧室喷嘴I包括同轴布置的喷嘴中心流道12、喷嘴外围流道13和旋流装置132，旋流装置132设置在所述喷嘴外围流道13内，喷嘴中心流道12的壁面为中空环形燃料管10，该中空环形燃料管10的顶端与头部端盖2连接，燃料从外部经头部端盖2进入中空环形燃料管，另一端伸入喷嘴内部，隔开喷嘴中心流道12和喷嘴外围流道13。
[0021]在中空环形燃料管10上设置至少一个中心流道空气进口管111，(本实施例中设有四个中心流道空气进口管)；在所述喷嘴中心流道12内部设有多个中心流道燃料喷管121 (本实施例中设有五个，且均匀布置)，每个中心流道燃料喷管121 —端与中空环形燃料管10内壁面相连通，另一端设置于喷嘴中心流道12内，在中心流道燃料喷管121设置中心流道燃料喷注孔14b ;所述中心流道空气进口管111处于头部端盖2和中心流道燃料喷管121之间。在所述的旋流装置132上游设置多个外围流道燃料喷管131 (实施例设置了 12个外围流道燃料喷管)，外围流道燃料喷管131 —端与喷嘴外壁面相连，另一端与中空环形燃料管10相连通；在外围流道燃料喷管131上设置外围流道燃料喷注孔14a。
[0022]所述中心流道空气进口管111设置在中空环形燃料管10上，连通外界空气进入喷嘴中心流道12，所述中心流道空气进口管111位置处于端盖2下游，中心流道燃料喷管121的上游，通过控制中心流道空气进口管111的有效流通面积可以方便地控制进入喷嘴中心流道12的空气量，进而控制低旋流喷嘴的中心、外围流道空气流量分配，进而控制整个喷嘴的旋流数；
[0023]所述中心流道燃料喷管121设置于喷嘴中心流道12内，一端与中空环形燃料管10内壁面相连，中心流道燃料喷管121设置中心流道燃料射流孔14b。
[0024]本实用新型的另一技术方案是:所述中空环形燃料管10的尾端101设置有长度在3?8mm之间的防回火中空环形燃料管102 ;所述防回火中空环形燃料管102距中空环形燃料管的末端103的距离L2为5mm?15mm ;中空环形燃料管的末端103距旋流装置132的距离L3在10mm?150mm之间。正常工作范围时，中空环形燃料管10及防回火中空环形燃料管102可以承受当地工作环境温度(一般小于700°C)，发生回火的时候(环境温度超过1000C )，所述防回火中空环形燃料管102首先被烧坏，保护了喷嘴上游装置尤其是旋流装置132、外围流道燃料喷管131和中心流道燃料喷管121。防回火中空环形燃料管102的壁面厚度一般为中空环形燃料管10壁面厚度的0.2?0.5倍，确保该区域在高温环境温度下比其他区域更容易烧坏。或者，防回火中空环形燃料管102的材料采用奥氏体不锈钢，中空环形燃料管10其他区域的材料为hastelloy-x,回火发生时，防回火中空环形燃料管102比其他区域更容易烧坏，保护上游结构。
[0025]本实用新型的又一优选技术方案为:中心流道空气进口管111为4?8个，保证中心流道空气进口气流的均匀性；中心流道燃料喷管121的内侧由一个环形管122连接，可以降低中心流道燃料喷管的震动，同时空气可以从环形管122通过，降低环形管122后的钝体涡损失；中心流道燃料喷管121上的中心流道燃料喷注孔14b沿喷嘴中心流道12径向位置均匀布置或错落布置于中心流道燃料喷管121壁面两侧；外围流道燃料喷管131上的外围流道燃料喷注孔14a沿喷嘴外围流道13径向位置均匀布置或交叉布置于外围流道燃料喷管131壁面两侧，确保在燃料贯穿深度不高的时候仍然具有良好的混合性能；所述外围流道燃料喷注孔14a及中心流道燃料喷注孔14b的中心线与所述燃烧室喷嘴中心线呈90°。
[0026]本实用新型的又一优选为，外围流道燃料喷管131的数量与旋流装置132叶片数量保持一致，或旋流装置132叶片数量是外围流道燃料喷管131的数量的整数倍。
[0027]本实用新型的实施方式还可以将外围流道燃料喷管131设置于旋流装置132内，与旋流叶片组成一体化结构，即将旋流装置中的旋流叶片制成中空结构，旋流叶片的两侧设置燃料喷注孔代替外外围流道燃料射流孔，使旋流叶片与中空环形燃料管相连通。
[0028]中心流道燃料喷管121为圆管、锥形管或椭圆形管，其轴向位置与外围流道燃料喷管131相对距离在O?1mm之间，其数量为4?8个。
[0029]本实用新型的工作过程如下:
[0030]燃料从中空环形燃料管10进入，通过与中空环形燃料管10相连通的中心流道燃料喷管121和外围流道燃料喷管131，一部分通过中心流道燃料喷管121上的燃料喷射孔14进入喷嘴中心流道12 ;另一部分通过外围流道燃料喷管131上的燃料喷注孔14进入喷嘴外围流道13 ;空气一部分从外围流道空气进口 112进入喷嘴外围流道13，另一部分通过中心流道空气进口管进入喷嘴中心流道，空气经过中心流道燃料喷管121与外围流道燃料喷管131时与喷出的燃料混合形成燃料空气混合气，喷嘴外围流道13内的燃料空气混合气流经旋流装置132与喷嘴中心流道内的混合气在喷嘴下游汇聚形成低旋流气流，在下游进行燃烧。通过控制进入所述喷嘴中心流道12的燃料空气比例低于进入所述喷嘴外围流道13的燃料空气比例。即使低旋流喷嘴的回流区较小，燃烧区的中心区仍存在回流区，控制进入回流区内的燃料量，可以降低回流区内的高温区，进而降低氮氧化物的产生，降低污染。
【权利要求】
1.一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴，所述燃烧室喷嘴包括同轴布置的喷嘴中心流道(12)、喷嘴外围流道(13)和旋流装置(132)，旋流装置设置在所述喷嘴外围流道(13)内，其特征在于:喷嘴中心流道(12)的壁面为中空环形燃料管(10)，该中空环形燃料管(10)的顶端与头部端盖(2)连接，燃料从外部经头部端盖(2)进入中空环形燃料管，另一端伸入喷嘴内部；在中空环形燃料管(10)上设置至少一个中心流道空气进口管(111);在所述喷嘴中心流道(12)内部设有多个中心流道燃料喷管(121)，中心流道燃料喷管(121) —端与中空环形燃料管(10)内壁面相连通，另一端设置于喷嘴中心流道(12)内，在中心流道燃料喷管(121)上设有中心流道燃料喷注孔(14b);所述中心流道空气进口管(111)处于头部端盖(2)和中心流道燃料喷管(121)之间； 在所述的旋流装置(132)上游设置多个外围流道燃料喷管(131)，外围流道燃料喷管(131)一端与喷嘴外壁面相连，另一端与中空环形燃料管(10)相连通；在外围流道燃料喷管(131)上设有外围流道燃料喷注孔(14a)。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴，其特征在于:所述中空环形燃料管的尾端(101)设有一段长度在3?8mm之间的防回火中空环形燃料管(102);所述防回火中空环形燃料管(102)距中空环形燃料管的末端(103)的距离L2为5mm?15mm,所述中空环形燃料管的末端(103)距旋流装置的距离L3在10mm?150mm之间。
3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴，其特征在于:防回火中空环形燃料管(102)的壁面厚度为中空环形燃料管(10)壁面厚度的0.2?0.5倍。
4.根据权利要求1?3任一权利要求所述的一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴,其特征在于:所述中心流道空气进口管(111)的个数为4?8个。
5.根据权利要求1?3任一权利要求所述的一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴,其特征在于:所述中心流道燃料喷注孔(14b)沿所述喷嘴中心流道(12)径向位置均匀布置或错落布置于所述中心流道燃料喷管(121)壁面两侧；所述外围流道燃料喷注孔(14a)沿所述喷嘴外围流道(13)径向位置均匀布置或交叉布置于所述外围流道燃料喷管(131)壁面两侧；所述外围流道燃料喷注孔(14a)及中心流道燃料喷注孔(14b)的中心线与所述燃烧室喷嘴中心线呈90° ο
6.根据权利要求1?3任一权利要求所述的一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴,其特征在于:外围流道燃料喷管(131)的数量与旋流装置(132)叶片数量保持一致，或旋流装置(132)叶片数量是外围流道燃料喷管(131)的数量的整数倍。
7.根据权利要求1?3任一权利要求所述的一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴,其特征在于:外围流道燃料喷管(131)设置于旋流装置(132)内，与旋流叶片组成一体化结构。
8.根据权利要求1?3任一权利要求所述的一种燃气轮机低旋流燃烧室喷嘴，其特征在于:中心流道燃料喷管(121)为圆管、锥形管或椭圆形管，其轴向位置与外围流道燃料喷管(131)相对距离在O?1mm之间，其数量为4?8个，其顶端由一个环形管(122)连接。
【文档编号】F23R3/38GK204006116SQ201420105251
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】李珊珊 申请人:北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司