燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及燃氣輪機【技術領域】，提供了一種燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，包括噴嘴外壁以及插設在噴嘴外壁中的燃料注入體；燃料注入體的內(nèi)部設有中心燃料通道，在燃料注入體的徑向方向上設有多個燃料噴射管，每個燃料噴射管的側(cè)壁均設有多個燃料噴射孔，燃料噴射管頂部和噴嘴外壁之間設有第一級環(huán)形氣流通道；燃料噴射管的前方的燃料腔室內(nèi)設有整流孔板，保證軸向進氣的均勻性，并作為調(diào)整噴嘴內(nèi)部流場的一種方法；燃料噴射管的后方的噴嘴外壁的內(nèi)壁上設有軸向旋流裝置，軸向旋流裝與燃料注入體之間設有第二級環(huán)形氣流通道，通過燃料噴射管和軸向旋流裝置的共同作用，保證燃料空氣摻混均勻，燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
【專利說明】燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣輪機【技術領域】，特別提供一種燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴。

【背景技術】
[0002]在我國當前的能源結(jié)構(gòu)中，采用傳統(tǒng)燃煤技術的火力發(fā)電占據(jù)了絕大部分份額。但是這種傳統(tǒng)的發(fā)電技術存在發(fā)電效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗費淡水資源多等缺點。以天然氣為燃料的燃氣輪機發(fā)電技術作為清潔能源技術之一，可以在滿足發(fā)電負荷要求的同時，有效的降低污染物的排放，這其中燃氣輪機燃燒室噴嘴的設計對于組織燃燒、降低污染物排放尤為重要。
[0003]燃氣輪機燃燒室中，燃料氣和空氣通過噴嘴實現(xiàn)預混合和速度型的改變，在噴嘴出口達到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空氣混合比例，進入燃燒室組織燃燒，形成穩(wěn)定的流場和燃燒場。當前，對燃氣輪機燃燒室噴嘴的設計形式，例如專利CN 100567823C，采用底部帶缺口的空氣旋流葉片，提高空氣通道內(nèi)周側(cè)的速度，匹配噴嘴出口速度型和燃料空氣混合比例。
[0004]但是，該噴嘴缺乏相應的整流部件，軸向進氣不均勻。由于空氣旋流葉片底部存在缺口，通道內(nèi)周側(cè)的氣流偏轉(zhuǎn)角度小，旋流強度弱，導致這一側(cè)燃料和空氣的摻混效果變差；同時燃料氣在空心葉片兩側(cè)開孔噴注，燃料氣和空氣的摻混距離較短，影響燃燒的組織和污染物的生成。因此，仍然需要更加合理有效的燃氣輪機燃燒室噴嘴形式來組織燃燒和控制污染物排放。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有燃氣輪機缺乏相應的整流部件，軸向進氣不均勻，空氣旋流葉片旋流強度弱，燃料和空氣的摻混效果差，影響燃燒的組織和污染物的生成的問題。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]本發(fā)明提供的一種燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，該技術方案在噴嘴軸向環(huán)形進氣通道前端布置整流孔板，并沿軸向方向在燃料注入體上依次布置燃料噴射管和軸向旋流裝置，燃料噴射管固定在燃料注入體上，并通過壁面開孔連通中心燃料通道，從燃料噴射管兩側(cè)的燃料噴射孔供給燃料。燃料噴射管頂部和噴嘴外壁的內(nèi)壁間設有第一級環(huán)形氣流通道。軸向旋流裝置固定在噴嘴外壁的內(nèi)壁上，旋流裝置底部和燃料注入體間有第二級環(huán)形氣流通道，軸向旋流裝置沿外圍環(huán)形空氣通道均勻布置。通過整流孔板保證軸向進氣的均勻性，并作為調(diào)整噴嘴內(nèi)部流場的一種方法。通過燃料噴射管和軸向旋流裝置的共同作用，保證噴嘴出口速度分布合理、燃料空氣摻混均勻，合理控制燃燒區(qū)域，維持燃燒室內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
[0009]優(yōu)選的，所述通風孔的孔徑為1.5mm?10mm。
[0010]優(yōu)選的，所述整流孔板與所述燃料噴射管之間的距離為所述通風孔的孔徑的10?50倍。
[0011]優(yōu)選的，所述整流孔板垂直于軸向設置，所述整理孔板的內(nèi)、外兩端分別與所述燃料注入體和噴嘴外壁連接。
[0012]優(yōu)選的,所述整流孔板的厚度為2mm?5mm。
[0013]優(yōu)選的，所述燃料噴射孔的孔徑大小為0.1mm?0.5mm。
[0014]優(yōu)選的，所述軸向旋流裝置包括多個圓周布設的旋流葉片，所述第二級環(huán)形氣流通道的寬度為所述旋流葉片長度的10%?50%。
[0015]優(yōu)選的，多個所述旋流葉片與多個所述燃料噴射管在軸向上相對交錯設置。
[0016]優(yōu)選的，在進氣方向上，并位于所述軸向旋流裝置的后方的所述燃料室具有徑向收縮結(jié)構(gòu)。
[0017]優(yōu)選的，所述燃料注入體插入到所述噴嘴外壁的一端為錐形。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明提供的一種燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，該技術方案在軸向環(huán)形進氣通道前端布置整流孔板，并沿軸向方向在燃料注入體上依次布置燃料噴射管和軸向旋流裝置，燃料噴射管固定在燃料注入體上，并通過壁面開孔連通中心燃料通道，從燃料噴射管兩側(cè)的燃料噴射孔供給燃料。燃料噴射管頂部和噴嘴外壁的內(nèi)壁間有第一級環(huán)形氣流通道。軸向旋流裝置固定在噴嘴外壁的內(nèi)壁上，旋流裝置底部和燃料注入體間有第二級環(huán)形氣流通道，軸向旋流裝置沿外圍環(huán)形空氣通道均勻布置。通過整流孔板保證軸向進氣的均勻性，并作為調(diào)整噴嘴內(nèi)部流場的一種方法。通過燃料噴射管和軸向旋流裝置的共同作用，保證噴嘴出口速度分布合理、燃料空氣摻混均勻，合理控制燃燒區(qū)域，維持燃燒室內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例的一種燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴的示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實施例的一種燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴的立體剖視圖。
[0022]附圖標記:1、中心燃料通道；2、環(huán)形空氣通道；3、燃料注入體；4、整流孔板；5、燃料噴射管；6、軸向旋流裝置；7、燃料噴射孔；8、噴嘴外壁；9、第一級環(huán)形氣流通道；10、第二級環(huán)形氣流通道；11、空氣環(huán)形氣流通道；12、混合氣空氣環(huán)形氣流通道；13、徑向收縮結(jié)構(gòu)。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0024]在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，術語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或狀態(tài)關系為基于附圖所示的方位或狀態(tài)關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0026]結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的一種燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，包括噴嘴外壁8以及一端插設在噴嘴外壁8中的燃料注入體3，噴嘴外壁8通過空壓機送入高壓氣體；燃料注入體3的內(nèi)部設有中心燃料通道1，在燃料注入體3的徑向方向上設有多個與中心燃料通道I相通的燃料噴射管5，每個燃料噴射管5的側(cè)壁均設有燃料噴射孔7，燃料噴射孔7的孔徑大小為Φ0.1?Φ0.5，根據(jù)實際工況，選擇適合的燃料噴射量，燃料通過燃料噴射孔7噴入到噴嘴外壁8中與空氣混合，燃料噴射管5頂部和噴嘴外壁8之間形成有第一級環(huán)形氣流通道119，并且第一級環(huán)形氣流通道119的寬度優(yōu)選為燃料噴射管5的高度的10%?50%，由此增大了外圍環(huán)形空氣通道2外周側(cè)的氣流軸向速度，減少燃燒室內(nèi)壁面的附面層效應，保證外周側(cè)氣流速度型分布。
[0027]沿噴嘴外壁8的進氣方向，在所述噴嘴外壁(8)內(nèi)，且位于所述燃料噴射管5的前方設有整流孔板4,整流孔板4垂直于軸向設置,其厚度為2mm?5mm,整理孔板的內(nèi)、夕卜兩端分別與燃料注入體3和噴嘴外壁8連接，使其與圓周側(cè)無縫隙，空氣只通過通風孔通入。整流孔板4能夠?qū)M氣整流，并調(diào)整進氣的速度分布，配合燃料噴射孔7的位置更易形成合理的噴嘴出口速度分布和摻混效果，通風孔的孔徑可以為1.5mm?10mm，根據(jù)實際壓降需要，選擇不同通風孔孔徑的整流孔板4 ;整流孔板4與燃料噴射管5之間的距離為通風孔的孔徑的10?50倍，使空氣通過穿過各通風孔后，再經(jīng)過一段距離的相互融合成方向均一的氣流。
[0028]沿所述噴嘴外壁8的進氣方向，在所述噴嘴外壁8的內(nèi)壁上，且位于所述燃料噴射管5的后方設有軸向旋流裝置6，軸向旋流裝置6優(yōu)選包括數(shù)量為多個且圓周均布的旋流葉片，旋流葉片的數(shù)量優(yōu)選為6?12個；軸向旋流裝置6與燃料注入體3之間形成有第二級環(huán)形氣流通道10，第二級環(huán)形氣流通道10的寬度優(yōu)選為旋流葉片長度的10 %?50 %，由此增大了外圍環(huán)形空氣通道2內(nèi)周側(cè)的氣流軸向速度，減少燃料注入體3附面層對噴嘴出口速度型的影響，且燃料注入體3插入到噴嘴外壁8的一端為錐形，保證燃料注入體3下游不產(chǎn)生回流區(qū)，提高燃燒可靠性。由此，燃料噴射管5與軸向旋流裝置6能夠強化燃料氣和空氣的旋流混合，保證流體速度分布合理、燃料空氣摻混均勻，進而提升燃燒穩(wěn)定性。
[0029]多個旋流葉片與多個燃料噴射管5在軸向上相對交錯設置，配合燃料噴射孔7高度位置的調(diào)整，能夠為噴嘴提供更寬的設計空間，滿足不同燃料和空氣摻混的需要，改善噴嘴燃料注入體3至噴嘴出口部分的速度分布。
[0030]優(yōu)選的，將燃料噴射管5與噴嘴外壁8的開口之間的距離為燃料噴射管5的長度的50%?100%，防止分流燃料噴出噴嘴外壁8 ;并由此在燃料噴射管5與噴嘴外壁8的進氣口之間形成空氣進氣通道，噴向進氣口的燃料氣體與進入的空氣對沖而產(chǎn)生渦流，從而在空氣進氣通道中發(fā)生少量的混合。當然上述分流的燃氣只是少量，空氣進氣通道的主要作用是使進入的空氣恢復至軸向。
[0031]優(yōu)選的，燃料噴射管5與軸向旋流裝置6之間的距離為燃料噴射管5的長度的50%?100%，由此在燃料噴射管5與軸向旋流裝置6之間形成環(huán)形氣流通道11，實現(xiàn)了燃料氣和空氣進入旋流裝置前的預混合，對于保證噴嘴出口燃料氣和空氣的摻混效果起到促進作用。
[0032]優(yōu)選的，在進氣方向上，軸向旋流裝置6的后方的燃燒室具有徑向收縮段，空氣與燃料氣的混合氣在經(jīng)過此鏡像收縮結(jié)構(gòu)時發(fā)生瞬時的壓縮，燃料氣體的濃度增加，相對增加了混合程度，另外壓縮還能夠是氣體的熱運動加劇，進一步增大了燃料氣的混合濃度。
[0033]天然氣燃料進入軸向中心燃料通道1，通過燃料注入體3壁面開孔進入燃料噴射管5，從兩側(cè)的燃料噴射孔7噴出?？諝庋剌S向通過整流孔板4，在空氣環(huán)形氣流通道11同通過射流作用，形成滿足要求的均勻氣流，進入外圍軸向環(huán)形空氣通道2，貼近燃料注入體3的通道內(nèi)周側(cè)空氣在燃料噴射管5前端同燃料進行混合，進入混合氣環(huán)形氣流通道12增強混合效果；遠離燃料注入體3的空氣通道外周側(cè)的空氣保持軸向速度通過第一級環(huán)形氣流通道9，進入混合氣環(huán)形氣流通道12。經(jīng)過混合氣環(huán)形氣流通道12的燃料和空氣混合氣，外周側(cè)部分經(jīng)過軸向旋流裝置6作用產(chǎn)生旋流，混合效果進一步增強；內(nèi)周側(cè)部分保持原有氣流方向通過第二級環(huán)形氣流通道10，軸向速度得到保持。燃料和空氣混合氣在軸向旋流裝置6出口處摻混，經(jīng)過噴嘴收縮段13直至噴嘴出口。從而形成匹配的噴嘴出口速度分布和燃料空氣摻混效果，保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，包括噴嘴外壁(8)以及一端插設在所述噴嘴外壁⑶中的燃料注入體⑶；所述燃料注入體⑶的內(nèi)部設有中心燃料通道(I)，在所述燃料注入體(3)的徑向方向上設有多個與所述中心燃料通道(I)相通的燃料噴射管(5)，每個所述燃料噴射管(5)的側(cè)壁均設有多個燃料噴射孔(7)，燃料噴射管(5)頂部和噴嘴外壁(8)之間設有第一級環(huán)形氣流通道(9);在所述噴嘴外壁(8)內(nèi)，且位于所述燃料噴射管(5)的前方設有整流孔板(4)，所述整流孔板(4)上設有多個通風孔；在所述噴嘴外壁(8)的內(nèi)壁上，且位于所述燃料噴射管(5)的后方設有軸向旋流裝置￠)，軸向旋流裝與燃料注入體(3)之間設有第二級環(huán)形氣流通道(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，所述通風孔的孔徑為1.5mm?10mnin
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，所述整流孔板(4)與所述燃料噴射管(5)之間的距離為所述通風孔的孔徑的10?50倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，所述整流孔板(4)垂直于軸向設置，所述整理孔板的內(nèi)、外兩端分別與所述燃料注入體(3)和噴嘴外壁(8)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，所述整流孔板(4)的厚度為2mm?5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，所述燃料噴射孑L (7)的孔徑為0.1mm?0.5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，所述軸向旋流裝置(6)為旋流葉片，且數(shù)量為多個；多個旋流葉片沿所述噴嘴外壁(7)的圓周均布；所述第二級環(huán)形氣流通道(10)的寬度為所述旋流葉片長度的10%?50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，多個所述旋流葉片與多個所述燃料噴射管(5)在軸向上相對交錯設置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，在進氣方向上，并位于所述軸向旋流裝置(6)的后方的所述燃料室具有徑向收縮結(jié)構(gòu)(13)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的燃氣輪機燃燒室軸向進氣噴嘴，其特征在于，所述燃料注入體(3)插入到所述噴嘴外壁8的一端為錐形。
【文檔編號】F23R3/04GK104214800SQ201410447010
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】張珊珊, 張龍, 查筱晨 申請人:北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術有限公司