CN111878848B - 一种喷嘴及燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机技术领域，公开了一种喷嘴及燃烧室，该喷嘴包括喷管、插设在喷管内的液体燃料喷射部以及液体燃料阻挡部，其中：喷管上设有空气入口，空气通过空气入口进入喷管内；液体燃料喷射部用于向液体燃料阻挡部的表面喷射液体燃料。上述实施例中，通过液体燃料与固定壁面之间的撞击以及空气助雾化使液体燃料形成细小的微粒，增强了雾化效果，保证了液体燃料与空气的充分混合。

Description

一种喷嘴及燃烧室

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种喷嘴及燃烧室。

背景技术

燃气轮机是一种把燃料的化学能转化为机械能、电能及热能的高端能源装备，具有热效率高、功率密度大、污染物排放低等特点，广泛应用在分布式能源、热电联产、飞机坦克动力等领域。

燃气轮机及航空发动机燃烧产物中含有NOx(氮氧化物)，NOx主要包含NO和NO2，其中，NO是一种无色无臭的气体，大气中的NO浓度如果达到了一定的程度，就会与血液中的血色素结合，造成血液缺氧从而引起中枢神经麻痹；NO2是一种红色有毒气体，对人体呼吸器官有刺激作用，容易引起肺气肿和肺癌，NO2还能破坏臭氧形成臭氧空洞。鉴于NOx对人体以及环境的危害，要尽可能采取技术措施降低NOx的排放量。

在燃气轮机中，燃烧室内燃料燃烧时的温度对NOx的影响非常大，NOx的产量和生成速度随着燃烧温度的升高呈指数增长。所以降低NOx的排放量，关键在于使燃料与空气充分混合，从而将燃烧室内的温度控制在较低水平(一般为1700K-1900K，若温度更低会影响燃烧效率)。燃气轮机所使用的燃料包括气体燃料以及液体燃料，气体燃料容易与空气进行混合，而液体燃料需要雾化处理以提高与空气的混合效果，现有技术中，一般采用空气助雾化技术，即液体燃料在喷出后，在空气流的作用下破碎成细小的微粒，但仅仅通过空气助雾化不能达到良好的雾化效果，从而影响液体燃料与空气的充分混合。

发明内容

本发明提供一种喷嘴及燃烧室，用以解决现有技术中存在雾化效果不佳、液体燃料与空气混合不充分的问题。

本发明实施例提供了一种喷嘴，该喷嘴包括喷管、插设在所述喷管内的液体燃料喷射部以及液体燃料阻挡部，其中：

所述喷管上设有空气入口，空气通过所述空气入口进入所述喷管内；

所述液体燃料喷射部用于向所述液体燃料阻挡部的表面喷射液体燃料。

上述实施例中，液体燃料在与空气的混合过程中，除在空气流的作用下破碎成细小的微粒外，受液体燃料阻挡部的阻挡，液体燃料喷出后还与液体燃料阻挡部的表面发生撞击，在撞击作用的影响下破碎成细小的微粒，从而使液体燃料可以与空气进行充分混合，保证了液体燃料的燃料效果。

可选的，所述液体燃料阻挡部包括溅板，所述溅板的设置方向与液体燃料的喷射方向成设定的夹角。

可选的，所述液体燃料阻挡部内设置有气体燃料通道，且所述液体燃料阻挡部表面设有与所述气体燃料通道连通的多个喷气孔。该喷嘴能够同时适用于液体燃料以及气体燃料，适应性强，且气体燃料与液体燃料之间的切换方便快捷，并能保证气体燃料以及液体燃料与空气的充分混合。

可选的，所述溅板沿所述喷管的轴线方向设置，所述液体燃料喷射部穿过所述喷管的侧壁并朝向所述溅板的表面设置。

可选的，所述液体燃料阻挡部包括沿气流的流动方向依次排列且连接的第一部分以及第二部分，所述第一部分用于设置所述气体燃料通道以及所述多个喷气孔，所述第二部分用于承受液体燃料射流的撞击。

可选的，所述空气入口包括位于所述喷管端部的第一入口以及位于所述喷管侧壁上的多个第二入口，每个第二入口的轴线方向与所述喷管内气体的流动方向之间的夹角为锐角。从第二入口进入喷管的空气一方面起到补气的作用，另一方面，还可以破坏附着在喷管内壁上的液膜。

可选的，所述多个第二入口沿所述喷管的轴线方向相错设置。

可选的，所述喷嘴还包括套设在所述喷管外的套筒，所述套筒与所述喷管之间的间隙形成空气通道，且所述套筒的内壁上设有环形的凸台；

所述液体燃料阻挡部固定在所述凸台上。

可选的，所述液体燃料阻挡部的表面为平面或曲面。

本发明实施例还提供了一种燃烧室，包括上述任一项技术方案中的喷嘴，该喷嘴用于向火焰筒内喷射燃料以及空气的混合物，两者混合过程中，除采用空气助雾化外，还通过液体燃料与固体壁面之间的撞击使液体燃料形成细小的微粒，增强了雾化效果，保证了液体燃料与空气之间的充分混合。

附图说明

图1为本发明实施例提供的喷嘴的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的液体燃料阻挡部的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的燃烧室与喷嘴的组装示意图。

附图标记：

10-喷管

101-第一入口 102-第二入口

20-液体燃料喷射部

30-液体燃料阻挡部

301-气体燃料通道 302-喷气孔

31-溅板 32-底座

40-套筒

50-卡套接头

60-机匣

70-火焰筒

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种喷嘴，该喷嘴中，通过液体燃料与固定壁面之间的撞击以及空气助雾化使液体燃料形成细小的微粒，增强了雾化效果，保证了液体燃料与空气的充分混合。

具体的，该喷嘴包括喷管、插设在喷管内的液体燃料喷射部以及液体燃料阻挡部，其中：

喷管上设有空气入口，空气通过空气入口进入喷管内；

液体燃料喷射部用于向液体燃料阻挡部的表面喷射液体燃料。

上述实施例中，液体燃料喷出后形成射流，液体燃料射流撞击在液体燃料阻挡部的表面，破碎后形成细小的微粒，达到雾化效果；未雾化的液体燃料附着在液体燃料阻挡部的表面形成液膜，液膜在重力作用下沿液体燃料阻挡部的表面流动，脱离液体燃料阻挡部后在空气流的作用下雾化成细小的微粒，这样，通过撞击雾化以及液膜雾化提高了液体燃料的雾化效果，保证了液体燃料与空气的充分混合。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的喷嘴的结构，现结合附图进行详细的描述。

如图1所示，该喷嘴包括喷管10、插设在喷管10内的液体燃料喷射部20以及液体燃料阻挡部30，其中，喷管10上设有空气入口，外部空气通过该空气入口进入喷管10内，喷管10与火焰筒70连通，用于向火焰筒70内喷射空气与燃料的混合物；液体燃料阻挡部30设置在液体燃料的喷射路径上，液体燃料喷射部20用于向液体燃料阻挡部30的表面喷射液体燃料；液体燃料喷出后形成射流，液体燃料射流撞击在液体燃料阻挡部30的表面，破碎后形成细小的微粒，达到雾化效果，未雾化的液体燃料附着在液体燃料阻挡部30的表面形成液膜，液膜在重力作用下沿液体燃料阻挡部30的表面流动，脱离液体燃料阻挡部30后在空气流的作用下雾化成细小的微粒，这样，通过撞击雾化以及液膜雾化提高了液体燃料的雾化效果，保证了液体燃料与空气的充分混合。

液体燃料喷射部20可以向一个方向喷射形成一股射流，也可以沿不同的方向喷射形成多股射流，液体燃料的喷射方向可以与液体燃料阻挡部30的表面垂直，也可以形成介于0°到90°之间的锐角。针对液体燃料喷射部20喷出的每一股射流，液体燃料阻挡部30都能与该股射流发生碰撞，从而阻截液体燃料射流沿原方向的流动，而使液体燃料在液体燃料阻挡部30的表面向四周溅射，这样，液体燃料在撞击作用下破碎成细小的微粒，达到雾化效果，具体的，液体燃料阻挡部30的表面可以为平面，也可以为曲面。

为了使该喷嘴能够同时适用于液体燃料以及气体燃料，可以在液体燃料阻挡部30内设置气体燃料通道301，并在液体燃料阻挡部30表面设置与气体燃料通道301连通的多个喷气孔302，这样，在需要燃烧气体燃料时，该液体燃料阻挡部30可以用于向喷管10内喷射气体燃料，气体燃料与空气在喷管10内先进行预混合，然后进入火焰筒70内发生燃烧反应；在需要燃烧液体燃料时，由液体燃料喷射部20朝向液体燃料阻挡部30的表面喷射液体燃料，液体燃料发生撞击雾化以及液膜雾化，增强了与空气的混合效果。该喷嘴适应性强，气体燃料与液体燃料之间的切换方便快捷，且能保证气体燃料以及液体燃料与空气的充分混合。具体设置时，可以在液体燃料阻挡部30上进行区域划分，使一部分用于喷射气体燃料，一部分用于阻截液体燃料，具体的，该液体燃料阻挡部30包括沿气流的流动方向依次排列且连接的第一部分以及第二部分，第一部分用于设置气体燃料通道301以及多个喷气孔302，第二部分用于承受液体燃料射流的撞击，将气体燃料通道301以及喷气孔302设置在第一部分可以延长气体燃料与空气的雾化路径，保证两者的充分混合。

液体燃料阻挡部30的目的在于提供与液体燃料射流发生碰撞的固体壁面，其结构有多种形式，在一个具体的实施例中，该液体燃料阻挡部30包括溅板31，溅板31的设置方向与液体燃料喷射部20的喷射方向成设定的夹角，该夹角可以理解为大于0°小于等于90°的任意一个角度。如图1所示，溅板31沿喷管10的轴线方向设置，液体燃料喷射部20穿过喷管10的侧壁并朝向溅板31的表面设置，其中，溅板31的表面为平面，液体燃料喷射部20为直射式喷嘴，溅板31与该直射式喷嘴之间的夹角介于30°至150°之间，液体燃料喷出后撞击溅板31的表面，液体燃料在撞击作用下破碎形成细小的微粒，形成雾化，未雾化的部分附着在溅板31表面形成液膜并沿溅板31表面向下游流动直至脱离溅板31，脱离溅板31后的这部分燃料在空气的作用下破碎成细小的微粒，形成雾化。另外，溅板31的表面还可以为曲面，液体燃料喷射部20还可以为能够同时向多个方向喷射液体燃料的燃料喷射组件。

继续参考图1，溅板31内设置有气体燃料通道301，且溅板31表面设有与气体燃料通道301连通的多个喷气孔302，溅板31的上段部分即第一部分，溅板31的下段部分即第二部分，气体燃料通道301以及喷气孔302设置在第一部分，气体燃料通道301的轴线方向与喷管10的轴线方向重合，喷气孔302的轴线方向与喷管10的轴线方向垂直，形成直射式喷气孔302。

该喷嘴还包括套设在喷管10外的套筒40，套筒40与喷管10之间的间隙形成空气通道，且套筒40的内壁上设有环形的凸台，液体燃料阻挡部30固定在凸台上。如图2所示，液体燃料阻挡部30除溅板31外，还包括底座32，溅板31与底座32固定连接，在连接时，可以通过卡套接头50将底座32抵压在凸台上，并使溅板31延伸至喷管10内，溅板31内的气体燃料通道301与供气管路连通。

外部空气进入空气通道后，经喷管10上的空气入口进入喷管10内部，具体的，如图1所示，空气入口包括位于喷管10端部的第一入口101以及位于喷管10侧壁上的多个第二入口102，每个第二入口102的轴线方向与喷管10内气体的流动方向之间的夹角为锐角，外部空气一部分通过位于喷管10端部的第一入口101进入喷管10，一部分从位于喷管10侧壁的第二入口102进入喷管10内，从第二入口102进入喷管10内部的空气一方面起到补气的作用，另一方面，由于这部分空气沿气体的流动方向斜射入喷管10内，还可以破坏附着在喷管10内壁上的液膜。进一步的，这些第二入口102沿喷管10的轴线方向相错设置，如，这些第二入口102分成多组，该多组第二入口102沿喷管10的轴线方向间隔设置。

本发明实施例还提供了一种燃烧室，包括上述任一项技术方案中的喷嘴，如图3所示，该燃烧室为环形燃烧室，主要包括机匣60、火焰筒70以及多个喷嘴，每个喷嘴上的套筒40与机匣60连接，位于套筒40内的喷管10伸入火焰筒70内，压气机压缩后的空气经扩压器进入机匣60和火焰筒70之间的环腔，并由环腔进入套筒40与喷管10之间的空气通道内，再经喷管10上的第一入口101以及第二入口102进入喷管10内；液体燃料喷射部20向喷管10内喷射液体燃料，液体燃料与空气的混合过程中，除采用空气助雾化外，还通过液体燃料与固体壁面之间的撞击使液体燃料形成细小的微粒，增强了雾化效果，保证了液体燃料与空气之间的充分混合，经喷管10喷出的混合气体在火焰筒70内发生燃烧反应，形成高温高压的燃气推动涡轮做功。另外，通过在液体燃料阻挡部30内设置气体燃料通道301以及喷气孔302还可以使该喷嘴能够喷射气体燃料，增强了适应性。

通过以上描述可以看出，本发明实施例除采用空气助雾化外，还通过液体燃料与液体燃料阻挡部之间的撞击形成细小的微粒，增强了雾化效果，保证了液体燃料与空气的充分混合，并且，通过在液体燃料阻挡部内设置气体燃料通道以及喷气孔还可以使该喷嘴能够喷射气体燃料，增强了适应性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种喷嘴，其特征在于，包括喷管、插设在所述喷管内的液体燃料喷射部以及液体燃料阻挡部，其中：

所述喷管上设有空气入口，空气通过所述空气入口进入所述喷管内；

所述液体燃料喷射部用于向所述液体燃料阻挡部的表面喷射液体燃料；

所述液体燃料阻挡部包括溅板，所述溅板的设置方向与液体燃料的喷射方向成设定的夹角；

所述液体燃料阻挡部的表面为平面或曲面。

2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述液体燃料阻挡部内设置有气体燃料通道，且所述液体燃料阻挡部表面设有与所述气体燃料通道连通的多个喷气孔。

3.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述溅板沿所述喷管的轴线方向设置，所述液体燃料喷射部穿过所述喷管的侧壁并朝向所述溅板的表面设置。

4.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述液体燃料阻挡部包括沿气流的流动方向依次排列且连接的第一部分以及第二部分，所述第一部分用于设置所述气体燃料通道以及所述多个喷气孔，所述第二部分用于承受液体燃料射流的撞击。

5.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述空气入口包括位于所述喷管端部的第一入口以及位于所述喷管侧壁上的多个第二入口，每个第二入口的轴线方向与所述喷管内气体的流动方向之间的夹角为锐角。

6.如权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述多个第二入口沿所述喷管的轴线方向相错设置。

7.如权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括套设在所述喷管外的套筒，所述套筒与所述喷管之间的间隙形成空气通道，且所述套筒的内壁上设有环形的凸台；

所述液体燃料阻挡部固定在所述凸台上。

8.一种燃烧室，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的喷嘴。