一種具有臺階中心體的燃料空氣混合器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣輪機的燃燒室結構，更具體而言涉及一種燃燒室燃料空氣混合器，屬于燃氣輪機結構設計技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著能源緊缺及全世界對環(huán)境保護問題的重視，各國對燃氣輪機燃燒室排放和燃燒效率的要求越來越嚴格，一般要求燃氣輪機在50%及以上負荷區(qū)間，燃燒室排放能維持在較低水平，同時保持較高的燃燒效率。為了達到低排放的目的，預混燃燒技術被廣泛采用。因此，需要能夠實現(xiàn)燃料與空氣預先混合的裝置，即燃料空氣混合器，并在混合器出口處形成混合均勻及有一定速度型的燃料空氣混合氣，進而進入火焰筒內參與燃燒。
[0003]由于從燃料空氣混合器噴射出的燃料在燃燒室內以預混火焰的方式燃燒，為達到極低的污染排放，火焰工作在可燃邊界附近，加上混合器噴射出的燃料空氣混合氣體射流速度較大，火焰的穩(wěn)定是比較困難的，現(xiàn)有技術中解決方法通常是中心體軸向長度小于燃料空氣混合器外壁面的長度，使得燃料空氣混合氣體從環(huán)形預混通道流出時先向中心體頭部端壁下游的中心區(qū)域擴張，在中心體頭部端壁下游的中心區(qū)域形成回流區(qū)，然后進入火焰筒內在火焰筒內進一步擴張，進而在火焰筒內形成較大的回流區(qū)域，用于火焰的穩(wěn)定，但這兩個回流區(qū)域易受火焰筒內其他氣流的影響作用，使得火焰存在不能穩(wěn)定或穩(wěn)定性差的風險。
[0004]為了提高火焰的穩(wěn)定性，現(xiàn)有中國專利文獻CN1704574中，采用了在混合器出口中心體附近制造與主流流動方向相反的撞擊空氣流動，形成再循環(huán)渦流，減少了噴射到回流區(qū)中的空氣量，從而降低混合器出口附近射流速度，提高了火焰穩(wěn)定性。而這種混合器內層擋板等結構加工連接等較為復雜，且不易于維修更換，并且再循環(huán)渦流并不容易控制，有可能難以解決火焰穩(wěn)定性問題。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有技術中存在的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是提供臺階形中心體的燃氣輪機燃料空氣混合器，旨在進一步提高混合器的穩(wěn)火性能，同時具有結構簡單、且便于加工維修的特點。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案如下:
[0007]一種具有臺階中心體的燃料空氣混合器，含有中心體和與中心體同軸布置的環(huán)形燃料空氣通道，所述環(huán)形燃料空氣通道內設有旋流裝置，在中心體內設有中心空氣通道，中心體末端設有中心空氣噴射孔，其特征在于:所述中心體的下游段呈臺階狀漸縮段，該臺階狀漸縮段與所述環(huán)形燃料空氣通道的外壁面形成突擴通道。
[0008]上述技術方案中，所述臺階狀漸縮段的長度為中心體長度的10%?30%。
[0009]優(yōu)選地，所述中心體下游段的臺階狀漸縮段具有2?5個臺階。
[0010]本發(fā)明的技術特征還在不:所述的臺階狀漸縮段上設有中心體側壁冷卻孔，所述中心體側壁冷卻孔為軸向冷卻孔、徑向冷卻孔和傾斜冷卻孔中的一種或它們的組合。
[0011]該發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果:①由于在中心體的下游段設置了臺階形漸縮結構，該臺階狀漸縮段與環(huán)形燃料空氣通道的外壁面形成突擴通道，當燃料空氣混合氣在向中心體末端方向流動的過程中，會流經(jīng)突擴通道，該突擴通道使混合氣流突然減速，因此在突擴通道處會形成局部的、獨立的、穩(wěn)定的突擴通道回流區(qū)，該局部小回流區(qū)有效提高了混合器的穩(wěn)火性能。②由于是對混合器的內部中心體進行結構改進，不會增加混合器的總體尺寸，保證了混合器能在原來的空間內直接安裝，且具有結構簡單、便于加工維修等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的具有臺階形中心體的燃料空氣混合器的結構原理示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的三維結構示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的氣動原理示意圖。
[0015]圖中符號說明如下:
[0016]1-中心體；2_環(huán)形燃料空氣通道；3_旋流裝置；4_中心體末端；5_中心空氣噴射孔；6_臺階狀漸縮段；7_突擴通道；8_中心體側壁冷卻孔；9_中心空氣通道；10_中空旋流葉片；11_燃料孔；12_環(huán)形燃料通道；13_突擴通道回流區(qū)；14_中心體突擴回流區(qū)；15_火焰筒突擴回流區(qū)。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發(fā)明的原理、結構和【具體實施方式】做進一步的說明。
[0018]圖1為本發(fā)明提供的一種具有臺階中心體的燃料空氣混合器的結構原理示意圖，該燃料空氣混合器包括中心體1、環(huán)形燃料空氣通道2和旋流裝置3 ;中心體I的內部設有中心空氣通道9和環(huán)形燃料通道12，中心體I的末端設有中心空氣噴射孔5 ;環(huán)形燃料空氣通道2與中心體I同軸布置；旋流裝置3包括周向設置的中空旋流葉片10，在中空旋流葉片上設置有燃料孔11，環(huán)形燃料通道12與燃料孔相連通。
[0019]本發(fā)明的中心體I的下游段呈臺階狀漸縮段6，該臺階狀漸縮段與所述環(huán)形燃料空氣通道的外壁面形成突擴通道7;臺階狀漸縮段6的長度優(yōu)選為中心體長度的10%?30%。所述中心體下游段的臺階狀漸縮段優(yōu)選具有2?5個臺階。臺階狀漸縮段6上設置有中心體側壁冷卻孔8 ;中心空氣通道9和突擴通道7通過所述的中心體側壁冷卻孔8相連通。中心體側壁冷卻孔8的形式可以是軸向冷卻孔或徑向冷卻孔，也可以是軸向冷卻孔、徑向冷卻孔和傾斜冷卻孔的組合形式。
[0020]本發(fā)明的工作原理如下:
[0021]空氣通過中心體I與環(huán)形壁2限定的空間流進混合器內部，并經(jīng)過旋流裝置3形成旋轉流動的氣流；燃料氣從燃料通道12進入中空旋流葉片10，并從中空旋流葉片10上設置的燃料孔11噴射而出；空氣和燃料氣在旋流裝置3所處的位置混合，燃料空氣混合氣在向中心體末端4方向流動的過程中，會流經(jīng)臺階狀漸縮段與環(huán)形燃料空氣通道的外壁面形成的突擴通道7，突擴通道7使混合氣流突然減速，在突擴通道7處形成局部的、獨立的、穩(wěn)定的突擴通道回流區(qū)13，且突擴通道回流區(qū)13不易受下游火焰筒內其他氣流的影響，有助于提高火焰穩(wěn)定的可靠性；由于氣流在中心體I中心體末端4下游進行擴張，會在中心體末端4下游的中心區(qū)域內形成中心體突擴回流區(qū)14;氣流從混合器進入火焰筒后，會在火焰筒內形成較大的火焰筒突擴回流區(qū)15，在突擴通道回流區(qū)13、中心體突擴回流區(qū)14、火焰筒突擴回流區(qū)15的共同作用下最終實現(xiàn)了可靠穩(wěn)定的燃燒火焰(參見圖3);同時，中心體末端4上開設的中心空氣噴射孔5以及臺階狀漸縮段6上開設的中心體側壁冷卻孔8，有冷卻氣體流出，以達到對此處壁面的冷卻作用，且該冷卻氣流不會對附近的回流區(qū)有明顯的破壞作用以保證穩(wěn)定的回流區(qū)域。
【主權項】
1.一種具有臺階中心體的燃料空氣混合器，含有中心體(I)和與中心體(I)同軸布置的環(huán)形燃料空氣通道(2)，所述環(huán)形燃料空氣通道(2)內設有旋流裝置(3)，在中心體內設有中心空氣通道(9)，中心體末端設有中心空氣噴射孔(5)，其特征在于:所述中心體(I)的下游段呈臺階狀漸縮段(6)，該臺階狀漸縮段與所述環(huán)形燃料空氣通道的外壁面形成突擴通道(7)。
2.如權利要求1所述的一種具有臺階中心體的燃料空氣混合器，其特征在于:所述臺階狀漸縮段(6)的長度為中心體(I)長度的10%?30%。
3.如權利要求1或2所述的一種具有臺階中心體的燃料空氣混合器，其特征在于:所述中心體(I)下游段的臺階狀漸縮段(6)具有2?5個臺階。
4.如權利要求3所述的一種具有臺階中心體的燃料空氣混合器，其特征在于:所述的臺階狀漸縮段(6)上設有中心體側壁冷卻孔(8)，所述中心體側壁冷卻孔為軸向冷卻孔、徑向冷卻孔和傾斜冷卻孔中的一種或它們的組合。
【專利摘要】一種具有臺階中心體的燃料空氣混合器，屬于燃氣輪機結構設計技術領域。所述混合器包括中心體、環(huán)形燃料空氣通道、旋流裝置以及設置在中心體末端的中心空氣噴射孔；所述中心體的下游段呈臺階狀漸縮段，該臺階狀漸縮段與所述環(huán)形燃料空氣通道的外壁面形成突擴通道；該突擴通道能夠在混合器中心體末端上游的突擴段的區(qū)域形成局部小回流區(qū)，從而提高了混合器的穩(wěn)火性能；同時由于是對混合器中心體的結構改進，在混合器總體尺寸不增加的前提下實現(xiàn)了結構易加工維修的效果，并節(jié)省了混合器徑向安裝空間。
【IPC分類】F23R3-22, F23R3-20
【公開號】CN104566461
【申請?zhí)枴緾N201410837685
【發(fā)明人】付鎮(zhèn)柏, 查筱晨, 張珊珊
【申請人】北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月26日