CN104566460A - 一种具有突扩通道的燃料空气混合器 - Google Patents

Abstract

一种具有突扩通道的燃料空气混合器，属于燃气轮机结构设计技术领域。该燃料空气混合器包括中心体、环形燃料空气通道以及设置在环形燃料空气通道内的旋流装置；环形燃料空气通道下游段至少具有一段由环形突扩段形成的突扩通道，且中心体末端的轴向位置处于突扩通道的轴向范围内。本发明在环形燃料空气通道末端，通过设置环形突扩段，从而形成突扩通道，该突扩通道使混合气流突然减速，在突扩通道处形成局部的、独立的、稳定的突扩通道回流区，且突扩通道回流区不易受下游火焰筒内其它气流的影响，有效提高了火焰的稳定性。同时，由于是对混合器外周壁的结构改进，从而具有结构简单，易于加工维修的特点。

Description

一种具有突扩通道的燃料空气混合器

技术领域

本发明涉及燃气轮机的燃烧室结构，更具体而言涉及一种燃烧室燃料空气混合器，属于燃气轮机结构设计技术领域。

背景技术

随着能源紧缺及全世界对环境保护问题的重视，各国对燃气轮机燃烧室排放和燃烧效率的要求越来越严格，一般要求燃气轮机在50％及以上负荷区间，燃烧室排放能维持在较低水平，同时保持较高的燃烧效率。为了达到低排放的目的，预混燃烧技术被广泛采用。因此，需要能够实现燃料与空气预先混合的装置，即燃料空气混合器，并在混合器出口处形成混合均匀及有一定速度型的燃料空气混合气，进而进入火焰筒内参与燃烧。

由于从燃料空气混合器喷射出的燃料在燃烧室内以预混火焰的方式燃烧，为达到极低的污染排放，火焰工作在可燃边界附近，加上混合器喷射出的燃料空气混合气体射流速度较大，火焰的稳定是比较困难的，现有技术中解决方法通常是中心体轴向长度小于燃料空气混合器外壁面的长度，使得燃料空气混合气体从环形预混通道流出时先向中心体头部端壁下游的中心区域扩张，在中心体头部端壁下游的中心区域形成回流区，然后进入火焰筒内在火焰筒内进一步扩张，进而在火焰筒内形成较大的回流区域，用于火焰的稳定，但这两个回流区域易受火焰筒内其他气流的影响作用，使得火焰存在不能稳定或稳定性差的风险。

为了提高火焰的稳定性，现有专利文献CN1704574中，采用了在混合器出口中心体附近制造与主流流动方向相反的撞击空气流动，形成再循环涡流，减少了喷射到回流区中的空气量，从而降低混合器出口附近射流速度，提高了火焰稳定性。而这种混合器内层挡板等结构加工连接等较为复杂，且不易于维修更换，并且再循环涡流并不容易控制，有可能难以解决稳火的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有突扩通道的燃料空气混合器，旨在进一步提高混合器的稳火性能，同时具有结构简单、且便于加工维修的特点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种具有突扩通道的燃料空气混合器，包括中心体和与中心体同轴布置的环形燃料空气通道，在环形燃料空气通道内设有旋流装置，中心体末端开有中心空气喷射孔，其特征在于：环形燃料空气通道下游段至少具有一段由环形突扩段形成的突扩通道，且中心体末端的轴向位置处于突扩通道的轴向范围内。

上述技术方案中，所述的环形突扩段呈阶梯状排列。

优选地，所述的环形突扩段为2～5段。

本发明的技术特征还在于：所述的环形突扩段上设置有突扩段壁面冷却孔；突扩段壁面冷却孔为直孔或斜孔。位于突扩通道内的中心体侧壁上设置有中心体侧壁冷却孔；所述的中心体侧壁冷却孔为直孔或斜孔。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明通过在环形燃料空气通道末端设置环形突扩段，从而形成突扩通道，该突扩通道使混合气流在此突然减速，从而在突扩通道处形成局部的、独立的、稳定的突扩通道回流区，且突扩通道回流区不易受下游火焰筒内其它气流的影响，因此有效提高了火焰的稳定性。同时，由于是对混合器外周壁的结构改进，不受燃烧室其它部件的限制，没有匹配等问题，且具有结构简单，易于加工维修的特点。

附图说明

图1为本发明提供的一种结构原理示意图。

图2为一种整体三维结构图。

图3为本发明的气动原理示意图。

图中符号说明如下：

1-中心体；2-环形燃料空气通道；3-旋流装置；4-中心体末端；5-中心空气喷射孔；6-环形突扩段；7-突扩通道；8-突扩段壁面冷却孔；9-中心体侧壁冷却孔；10-旋流叶片；11-燃料孔；12-燃料通道；13-突扩段内中心体侧壁；14-突扩通道回流区；15-中心体突扩回流区；16-火焰筒突扩回流区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。

图1为本发明提供的一种具有突扩通道的燃料空气混合器，该燃料空气混合器包括中心体1、环形燃料空气通道2和旋流装置3；中心体1的内部设有中心空气通道和环形燃料通道12，中心体1的末端设有中心空气喷射孔5；环形燃料空气通道2与中心体1同轴布置；旋流装置3包括周向设置的中空旋流叶片10，在中空旋流叶片上设置有燃料孔11，环形燃料通道12与燃料孔相连通。

环形燃料空气通道2下游段至少具有一段由环形突扩段6形成的突扩通道7，且中心体末端4的轴向位置处应在环形突扩段6的轴向范围内；环形突扩段6数量范围优选为2～5段，其直径逐渐增大，并呈阶梯状排列；环形突扩段6上设置有突扩段壁面冷却孔8；突扩段壁面冷却孔8的形式可以是直孔和斜孔；处于环形突扩段范围内的中心体侧壁13上设置有中心体侧壁冷却孔9；中心体侧壁冷却孔9的形式可以是直孔和斜孔。

本发明的工作原理如下：

空气通过环形燃料空气通道2限定的空间流进混合器内部，并经过旋流装置3形成旋转流动的气流；燃料气从燃料通道12进入中空的旋流叶片10，并从旋流叶片10上设置的燃料孔11喷射而出；空气和燃料气在旋流装置3所处的位置开始混合，流经至中心体末端的轴向位置，与中心体末端4上开有的中心空气喷射孔5流出的空气汇合。设置在此处的由环形突扩段6限定的突扩通道7使混合气流突然减速，在突扩通道7处形成局部的、独立的、稳定的突扩通道回流区14，且突扩通道回流区14不易受下游火焰筒内其他气流的影响，有助于提高火焰稳定的可靠性；由于气流在中心体1头部端壁4下游进行扩张，会在中心体末端4下游的中心区域内形成中心体突扩回流区15；气流从混合器进入火焰筒后，会在火焰筒内形成较大的火焰筒突扩回流区16，在突扩通道回流区14、中心体突扩回流区15、火焰筒突扩回流区16的共同作用下最终实现了可靠稳定的燃烧火焰；同时，环形突扩段6上开设的突扩段壁面冷却孔8以及突扩段内中心体侧壁13上开设的中心体侧壁冷却孔9，有冷却气体流出，以达到对此处壁面的冷却作用，且该冷却气流不会对附近的回流区有明显的破坏作用以保证稳定的回流区域。

Claims (7)

1.一种具有突扩通道的燃料空气混合器，包括中心体(1)和与中心体(1)同轴布置的环形燃料空气通道(2)，在环形燃料空气通道内设有旋流装置(3)，中心体末端(4)开有中心空气喷射孔(5)，其特征在于：环形燃料空气通道(2)下游段至少具有一段由环形突扩段(6)形成的突扩通道(7)，且中心体末端(4)的轴向位置处于突扩通道(7)的轴向范围内。

2.如权利要求1所述的一种具有突扩通道的燃料空气混合器，其特征在于:所述的环形突扩段(6)呈阶梯状排列。

3.如权利要求2所述的一种具有突扩通道的燃料空气混合器，其特征在于:所述的环形突扩段(6)为2～5段。

4.如权利要求1、2或3所述的一种具有突扩通道的燃料空气混合器，其特征在于:所述的环形突扩段(6)上设置有突扩段壁面冷却孔(8)。

5.如权利要求4所述的一种具有突扩通道的燃料空气混合器，其特征在于:突扩段壁面冷却孔(8)为直孔或斜孔。

6.如权利要求如权利要求1、2或3所述的一种具有突扩通道的燃料空气混合器，其特征在于:位于突扩通道(7)内的中心体侧壁上设置有中心体侧壁冷却孔(9)。

7.如权利要求6所述的一种具有突扩通道的燃料空气混合器，其特征在于:所述的中心体侧壁冷却孔(9)为直孔或斜孔。