CN113606607B - 喷嘴以及具有该喷嘴的燃烧室和燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷嘴以及具有该喷嘴的燃烧室和燃气轮机，所述喷嘴包括中心体、套罩和旋流器。所述中心体具有值班燃料通道和预混燃料通道，所述套罩套在所述中心体上，所述套罩与所述中心体之间形成环形的含氧气体通道，所述旋流器包括叶片，所述叶片可转动地设在所述含氧气体通道内，所述叶片的转动轴线平行于所述含氧气体通道的延伸方向，所述叶片具有燃料通道，所述预混燃料通道通过所述燃料通道和所述含氧气体通道连通。本发明的喷嘴的旋流器的叶片能够转动，能够提高含氧气体和燃料混合的均匀程度，还能够适用于不同种类的燃料。

Description

喷嘴以及具有该喷嘴的燃烧室和燃气轮机

技术领域

本发明涉及动力装置燃烧技术领域，具体地，涉及一种喷嘴以及具有该喷嘴的燃烧室和燃气轮机。

背景技术

相关技术中，燃气轮机的喷嘴利用旋流器将空气与燃料混合，提高混合均匀性有利于降低热点温度和污染排放。但是，相关技术的喷嘴的旋流器固定，燃气轮机在低负荷下工作时，空气与燃料混合不均匀。而且，旋流器的叶片固定，旋流器只能针对特定的燃料，适用性差。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

重型燃气轮机燃烧室主要通过预混燃烧技术来满足低污染排放要求。均匀掺混技术是重型燃气轮机燃烧室喷嘴的核心技术。气流掺混的越均匀，燃烧的最高温度越低，热点温度越小，出口温度分布越均匀，从而降低对涡轮结构及冷却设计的难度。但是在部分负荷小，由于空气流量降低，燃料流量减小导致燃料压力降低，燃料射流的穿透深度减小，燃料与空气的在周向上的掺混均匀性将降低，将导致污染排放和热点温度增大。此外，当前的技术方案通常针对特定的气态燃料，当气态燃料的类型发生变换，密度及热值变化将导致质量流量变换从而影响喷射压力，则喷嘴的结构将需要进行适应性改进。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种喷嘴，该喷嘴的旋流器的叶片能够转动，能够提高含氧气体和燃料混合的均匀程度，还能够适用于不同种类的燃料。

本发明的实施例提出一种燃烧室，该燃烧室能够提高含氧气体和燃料混合的均匀程度，还能够适用于不同种类的燃料。

本发明的实施例提出一种燃气轮机，该燃气轮机能够提高含氧气体和燃料混合的均匀程度，还能够适用于不同种类的燃料。

根据本发明实施例的喷嘴，包括：

中心体，所述中心体具有值班燃料通道和预混燃料通道；

套罩，所述套罩套在所述中心体上，所述套罩与所述中心体之间形成环形的含氧气体通道；和

旋流器，所述旋流器包括叶片，所述叶片可转动地设在所述含氧气体通道内，所述叶片的转动轴线平行于所述含氧气体通道的延伸方向，所述叶片具有燃料通道，所述预混燃料通道通过所述燃料通道和所述含氧气体通道连通。

根据本发明实施例的喷嘴，叶片能够转动，且叶片具有连通预混燃料通道和含氧气体通道的燃料通道，叶片能够在含氧气体的气流作用下转动，从而能够提高含氧气体和燃料混合均匀程度，而且能够将不同种类的燃料与含氧气体混合均匀。

由此，本发明实施例的喷嘴能够提高含氧气体和燃料混合的均匀程度，还能够适用于不同种类的燃料。

在一些实施例中，所述中心体包括：

中心管，所述中心管具有所述值班燃料通道；和

外管，所述外管套设在所述中心管上，所述外管和所述中心管之间限定出所述预混燃料通道。

在一些实施例中，所述外管的部分可旋转地设置，所述外管的旋转轴线平行于所述含氧气体通道的延伸方向，所述外管的所述部分与所述叶片相连以便所述叶片转动。

在一些实施例中，所述外管包括第一管段、所述部分和第二管段，所述第一管段和所述中心管之间限定出所述预混燃料通道，所述旋流器进一步包括轮毂，所述外管的所述部分形成所述轮毂，所述第一管段、所述轮毂和所述第二管段在所述叶片的转动轴线的延伸方向上依次相连，所述轮毂的中心轴线、所述第一管段的中心轴线和所述第二管段的中心轴线彼此重合，其中所述轮毂具有与所述预混燃料通道连通的燃料进孔，所述叶片设在所述轮毂上，所述燃料进孔和所述燃料通道连通。

在一些实施例中，所述轮毂和所述叶片一体成型。

在一些实施例中，所述喷嘴进一步包括轴承，所述轴承的内圈套设在所述中心管上，所述轮毂套设在所述轴承的外圈上。

在一些实施例中，所述中心管包括依次相连的第三管段、波纹管段和第四管段，所述轴承的所述内圈套设在所述第三管段、所述波纹管段和所述第四管段中的至少一者上。

在一些实施例中，所述叶片和所述套罩在所述含氧气体通道的径向上间隔开。

根据本发明实施例的燃烧室，包括上述任一实施例所述的喷嘴。

根据本发明实施例的燃气轮机，包括上述任一实施例所述的燃烧室。

附图说明

图1是本发明一个示例性实施例示出的喷嘴的结构示意图。

图2是本发明一个示例性实施例示出的中心管的结构示意图。

图3是本发明一个示例性实施例示出的外管及旋流器的结构示意图。

图4是本发明一个示例性实施例示出的旋流器的结构示意图。

附图标记：

喷嘴10；

中心体100；中心管110；第三管段111；波纹管段112；第四管段113；外管120；第一管段121；第二管段122；

套罩200；

旋流器300；叶片310；燃料通道311；燃料出孔312；轮毂320；燃料进孔321；

轴承400；

值班燃料通道510；预混燃料通道520；含氧气体通道530。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的喷嘴10.

如图1-图4所示，根据本发明实施例的喷嘴10，包括中心体100、套罩200和旋流器300。

中心体100具有值班燃料通道510和预混燃料通道520，套罩200套在中心体100上，套罩200与中心体100之间形成环形的含氧气体通道530。

旋流器300包括叶片310，叶片310可转动地设在含氧气体通道530内，叶片310的转动轴线平行于含氧气体通道530的延伸方向(如图1中的左右方向)。叶片310具有燃料通道311，预混燃料通道520通过燃料通道311和含氧气体通道530连通。

叶片310和套罩200在含氧气体通道530的径向上间隔开，因此叶片310绕其转动轴线能够转动。

可以理解的是，叶片310至少为一个。

根据本发明实施例的喷嘴10，叶片310能够转动，且叶片310具有连通预混燃料通道520和含氧气体通道530的燃料通道311，预混燃料通道520内的燃料能够通过燃料通道311进入含氧气体通道530，从而燃料能够与含氧气体在含氧气体通道530内混合。

叶片310能够在含氧气体的气流作用下转动，燃料通道311内的燃料具有轴向和径向的速度，从而使含氧气体和燃料混合均匀，进而能够提高含氧气体和燃料混合均匀程度。

此外，燃料通道311设在叶片310内，叶片310转动时能够使燃料与含氧气体混合均匀，不必考虑燃料的种类，因此本发明实施例的喷嘴10能够将不同种类的燃料与含氧气体混合均匀。

由此，本发明实施例的喷嘴10能够提高含氧气体和燃料混合的均匀程度，从而能够降低热点温度，还能够适用于不同种类的燃料。

在一些实施例中，如图1-图3所示，中心体100包括中心管110和外管120，中心管110具有值班燃料通道510，外管120套设在中心管110上，外管120和中心管110之间限定出预混燃料通道520。

具体地，外管120套设在中心管110上，中心管110的外周面和外管120的内周面在中心管110的径向上间隔开，中心管110的管腔形成值班燃料通道510，中心管110的外周面和外管120的内周面限定出的环形腔形成预混燃料通道520。

因此，值班燃料通道510和预混燃料通道520不连通，预混燃料通道520内的燃料与值班燃料通道510内的燃料不会混合，预混燃料通道520内的燃料能够通过燃料通道311进入到含氧气体通道530内。

可以理解的是，预混燃料通道520内的燃料在含氧气体通道530内与含氧气体混合后形成可燃混合物，并向右流动，可燃混合物在套罩200的右端形成稳定的点火源，从而能够降低热点温度和污染排放浓度。

在一些实施例中，外管120的部分可旋转地设置，外管120的旋转轴线平行于含氧气体通道530的延伸方向，外管120的该部分与叶片310相连以便叶片310转动。

如图1所示，外管120的该部分能够转动，外管120的该部分的转动轴线与叶片310的转动轴线重合，且外管120的该部分与叶片310相连，因此外管120的该部分和叶片310能够沿一起转动，从而有利于燃料通道311与预混燃料通道520连通。

在一些实施例中，如图1和图3所示，外管120包括第一管段121、该部分和第二管段122，第一管段121和中心管110之间限定出预混燃料通道520。也就是说，预混燃料通道520形成在第一管段121的内周面和中心管110的外周面之间。

旋流器300进一步包括轮毂320，外管120的该部分形成轮毂320，第一管段121、轮毂320和第二管段122在叶片310的转动轴线的延伸方向上依次相连，而且轮毂320能够相对第一管段121和第二管段122转动，轮毂320的中心轴线、第一管段121的中心轴线和第二管段122的中心轴线彼此重合。也就是说，第一管段121、轮毂320和第二管段122在左右方向上依次相连，即，第一管段121位于左侧，第二管段122位于右侧，轮毂320连接在第一管段121和第二管段122之间，

如图4所示，轮毂320具有与预混燃料通道520连通的燃料进孔321，叶片310设在轮毂320上，燃料进孔321和燃料通道311连通。可以理解的是，轮毂320具有内腔，且轮毂320的内腔与预混燃料通道520连通，燃料进孔321通过轮毂320的内腔与预混燃料通道520连通。

也就是说，叶片310能够随轮毂320一起转动，且燃料通道311与预混燃料通道520通过燃料进孔321连通，预混燃料通道520内的燃料能够进入含氧气体通道530。

如图4所示，叶片310具有燃料出孔312，燃料出孔312连通含氧气体通道530和燃料通道311，因此，预混燃料通道520内的燃料通过燃料进孔321进入燃料通道311，又通过燃料出孔312连进入含氧气体通道530。

可以理解的是，燃料出孔312为多个，燃料从燃料出孔312排出时，叶片310转动，燃料具有径向速度，能够使燃料在套罩200的周向上均匀喷射，从而使燃料与含氧气体混合均匀，且燃料还能在含氧气体的气流带动下向右移动。

优选地，轮毂320和叶片310一体成型。

在一些实施例中，如图1所示，本发明实施例的喷嘴10进一步包括轴承400，轴承400的内圈套设在中心管110上，轮毂320套设在轴承400的外圈上。因此，轴承400对轮毂320进行支承，从而使轮毂320能够转动。

如图1和图2所示，中心管110包括依次相连的第三管段111、波纹管段112和第四管段113，轴承400的内圈套设在第三管段111、波纹管段112和第四管段113中的至少一者上。

中心管110的温度变化后容易产生变形，即在左右方向上伸缩，波纹管段112能够对中心管110的变形进行补偿。

可以理解的是，第一管段121和第三管段111对应，轮毂320和波纹管段112对应，第二管段122和第四管段113对应。也就是说，第三管段111位于左侧，第四管段113位于右侧，波纹管段112连接在第三管段111和第四管段113之间。

当然，轴承400的内圈与轴承400的外圈也对应。即，轴承400的内圈套设在第三管段111上，或者，轴承400的内圈套设在波纹管段112上，或者，轴承400的内圈套设在第四管段113上，或者，轴承400的内圈套设在第三管段111和波纹管段112上，或者，轴承400的内圈套设在波纹管段112和第四管段113上，或者，轴承400的内圈套设在第三管段111和第四管段113上，或者，轴承400的内圈套设在第三管段111、波纹管段112和第四管段113上。

具体地，轴承400可以为一个，也可以为多个，第一管段121和第二管段122套设在轴承400的外圈上时，轴承400为两个，第一管段121、轮毂320和第二管段122均套设在轴承400的外圈上时，轴承400为两个或三个。

根据本发明实施例的燃烧室，包括上述任一实施例的喷嘴10。

根据本发明实施例的燃气轮机，包括上述任一实施例的燃烧室。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种喷嘴，其特征在于，包括：

中心体，所述中心体包括中心管和外管，所述中心管具有值班燃料通道，所述外管套设在所述中心管上，所述外管的部分可旋转地设置，所述外管包括第一管段、所述部分和第二管段，所述第一管段和所述中心管之间限定出预混燃料通道；

套罩，所述套罩套在所述中心体上，所述套罩与所述中心体之间形成环形的含氧气体通道；和

旋流器，所述旋流器包括叶片和轮毂，所述叶片可转动地设在所述含氧气体通道内，所述叶片的转动轴线平行于所述含氧气体通道的延伸方向，所述叶片具有燃料通道，所述预混燃料通道通过所述燃料通道和所述含氧气体通道连通，所述外管的所述部分形成所述轮毂；

轴承，所述轴承的内圈套设在所述中心管上，所述轮毂套设在所述轴承的外圈上；

所述中心管包括依次相连的第三管段、波纹管段和第四管段，所述轴承的所述内圈套设在所述第三管段、所述波纹管段和所述第四管段中的至少一者上。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述外管的旋转轴线平行于所述含氧气体通道的延伸方向，所述外管的所述部分与所述叶片相连以便所述叶片转动。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述第一管段、所述轮毂和所述第二管段在所述叶片的转动轴线的延伸方向上依次相连，所述轮毂的中心轴线、所述第一管段的中心轴线和所述第二管段的中心轴线彼此重合，其中所述轮毂具有与所述预混燃料通道连通的燃料进孔，所述叶片设在所述轮毂上，所述燃料进孔和所述燃料通道连通。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述轮毂和所述叶片一体成型。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的喷嘴，其特征在于，所述叶片和所述套罩在所述含氧气体通道的径向上间隔开。

6.一种燃烧室，其特征在于，包括根据权利要求1-5中任一项所述的喷嘴。

7.一种燃气轮机，其特征在于，包括根据权利要求6所述的燃烧室。

Images