CN204880218U - 一种燃气轮机预混合喷嘴及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及动力装备技术领域，公开了一种燃气轮机预混合喷嘴，包括喷嘴外壁，同轴设置于喷嘴外壁内的中心体，多个沿所述中心体外侧壁周向设置的旋流叶片；所述中心体及喷嘴外壁之间形成有环形的旋流通道，所述中心体内分别设置有燃料通道及冷却空气通道，所述燃料通道设置于所述冷却空气通道外，所述旋流叶片与所述燃料通道连通，所述旋流叶片上设置有多个燃料喷射孔；设置于所述喷嘴外壁内的所述中心体的一端为中心体端壁，所述中心体端壁上沿其周向设置有凸型端面，所述中心体端壁内侧设置有与所述冷却空气通道连通的冷却孔。本实用新型提供的燃气轮机预混合喷嘴中在中心体端壁设置有凸型端面，使回流更加稳定，从而改善了火焰的稳定性。

Description

一种燃气轮机预混合喷嘴及燃气轮机

技术领域

本实用新型涉及动力装备技术领域，特别是涉及一种燃气轮机预混合喷嘴及燃气轮机，具体的是一种能够提高火焰稳定性且结构简单的燃气轮机预混合喷嘴及燃气轮机。

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，即预混喷嘴，并在喷嘴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。

由于从预混喷嘴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CN1704574中，采用了在预混喷嘴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。

鉴于上述传统技术的缺陷，需要提供一种能够提高火焰稳定性且结构简单的燃气轮机预混合喷嘴及燃气轮机。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是传统的燃气轮机预混合喷嘴采用了在预混喷嘴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。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃气轮机预混合喷嘴，其包括：喷嘴外壁，同轴设置于喷嘴外壁内的中心体，多个沿所述中心体外侧壁周向设置的旋流叶片；所述中心体及喷嘴外壁之间形成有环形的旋流通道，所述中心体内分别设置有燃料通道及冷却空气通道，所述燃料通道设置于所述冷却空气通道外，所述旋流叶片与所述燃料通道连通，所述旋流叶片上设置有多个燃料喷射孔；设置于所述喷嘴外壁内的所述中心体的一端为中心体端壁，所述中心体端壁上沿其周向设置有凸型端面，所述中心体端壁内侧设置有与所述冷却空气通道连通的冷却孔。

优选地，对应于所述中心体端壁的所述冷却空气通道的一端设置有空气通道端壁，所述空气通道端壁上设置有与所述冷却空气通道连通的限流孔，所述中心体端壁与所述空气通道端壁之间形成有集气腔。

优选地，所述中心体端壁内侧设置有集气腔端壁，所述冷却孔位于所述集气腔端壁上，所述集气腔端壁的直径为所述中心体端壁的直径的0.3～0.7倍。

优选地，所述冷却孔的总面积与所述限流孔的总面积的比值大于3。

优选地，所述端壁冷却孔为直孔或斜孔。

优选地，所述旋流叶片上设置有2-10个所述喷射孔。

优选地，所述燃料喷射孔的孔径为0.5-3mm。

本实用新型还提供了一种燃气轮机，包括如上所述的燃气轮机预混合喷嘴。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的燃气轮机预混合喷嘴中的中心体及喷嘴外壁之间形成有环形的旋流通道，中心体内分别设置有燃料通道及冷却空气通道，燃料通道设置于冷却空气通道外，旋流叶片与燃料通道连通，旋流叶片上设置有多个燃料喷射孔；设置于喷嘴外壁内的中心体的一端为中心体端壁，中心体端壁上沿其周向设置有凸型端面，中心体端壁内侧设置有与冷却空气通道连通的冷却孔。本实用新型提供的燃气轮机预混合喷嘴中在中心体端壁设置有凸型端面，在柯恩达效应的作用下，中心体端壁的冷却孔喷射出的冷却空气流贴着凸型端面流动，既避免中心体端壁与火焰直接接触，又防止冷却空气流破坏中心体端壁处的回流区，使回流更加稳定，从而改善了火焰的稳定性；具有结构简单，容易实现的优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例的燃气轮机预混合喷嘴的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的燃气轮机预混合喷嘴的立体图；

图3是本实用新型实施例的燃气轮机预混合喷嘴的工作示意图。

图中：1：中心体；2：喷嘴外壁；3：旋流叶片；4：中心体端壁；5：冷却空气通道；6：燃料通道；7：旋流通道；8：空气通道端壁；9：限流孔；10：集气腔；11：集气腔端壁；12：中心体端面；13：中心体端壁内环面；14：冷却孔；15：凸型端面；16：叶片燃料通道；17：燃料喷射孔；18：冷却气流；19：回流区。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的机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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1至图3所示，本实用新型实施例的燃气轮机预混合喷嘴，其包括喷嘴外壁2，同轴设置于喷嘴外壁2内的中心体1，中心体1的轴向位置处在喷嘴外壁2的轴向范围内。多个沿所述中心体1外侧壁周向设置的旋流叶片3；所述中心体1及喷嘴外壁2之间形成有环形的旋流通道7，所述中心体1内分别设置有燃料通道6及冷却空气通道5，所述燃料通道6设置于所述冷却空气通道5外，所述旋流叶片3与所述燃料通道6连通，本实施例中旋流叶片3内部开有叶片燃料通道16与燃料通道6连通。所述旋流叶片3上设置有多个燃料喷射孔17与叶片燃料通道16连通；设置于所述喷嘴外壁2内的所述中心体1的一端为中心体端壁4，所述中心体端壁4上沿其周向设置有凸型端面15，所述中心体端壁4内侧设置有与所述冷却空气通道5连通的冷却孔14。

中心体端壁4的环形平面为中心体端面12，中心体端壁4的内径环形曲面为端壁内环面13；导流凸型端面15与中心体端面12、端壁内环面13相切。使得冷却气流18在柯恩达效应的作用下贴着凸型端面15流动，既避免中心体端壁4与火焰直接接触，又防止冷却气流18直接沿着轴向高速喷射破坏中心体端壁4处的回流区19，使得回流更加稳定，从而改善了火焰的稳定性。

本实施例提供的燃气轮机预混合喷嘴中在中心体端壁4设置有凸型端面15，在柯恩达效应的作用下，中心体端壁4的冷却孔14喷射出的冷却空气流贴着凸型端面15流动，既避免中心体端壁4与火焰直接接触，又防止冷却空气流破坏中心体端壁4处的回流区19，使回流更加稳定，从而改善了火焰的稳定性；此外，该预混喷嘴结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题。

本实施例中对应于所述中心体端壁4的所述冷却空气通道5的一端设置有空气通道端壁8，所述空气通道端壁8上设置有与所述冷却空气通道5连通的限流孔9，所述中心体端壁4与所述空气通道端壁8之间形成有集气腔10。设置集气腔10用于限制冷空气的速度。

本实施例中所述中心体端壁4内侧设置有集气腔端壁11，所述冷却孔14位于所述集气腔端壁11上，所述集气腔端壁11的直径为所述中心体端壁4的直径的0.3～0.7倍。所述冷却孔14的总面积与所述限流孔9的总面积的比值大于3，使冷却孔14的喷射的冷却气流18流速降低。所述端壁冷却孔14为直孔或斜孔。

本实施例中所述旋流叶片3上设置有2-10个所述喷射孔17。所述燃料喷射孔17的孔径为0.5-3mm。

本实用新型还提供一种燃气轮机，包括如上所述的燃气轮机预混合喷嘴。

本实施例中提供的燃气轮机预混合喷嘴，使用时，空气进入旋流通道7在旋流叶片3的作用下形成旋流，燃料通过燃料喷射孔17向旋流通道7内喷射，并在旋流通道7内进行预混；从旋流通道7喷射出来的燃料空气混合气会在中心体端壁4处形成回流区19，使火焰能够稳定在该区域；集气腔端壁11开有端壁冷却孔14与冷却空气集气腔10连通，喷射空气对中心体端壁4进行冷却，防止高温火焰对其进行烧蚀；且集气腔端壁11与中心体端壁4通过凸型端面15连接，凸型端面15使得冷却气流18在柯恩达效应的作用下贴着凸型端面15流动，既避免中心体端壁4与火焰直接接触，又防止冷却气流18直接沿着轴向高速喷射破坏中心体端壁4处的回流区19，使得回流更加稳定。

综上所述，本实用新型提供的燃气轮机预混合喷嘴中的中心体及喷嘴外壁之间形成有环形的旋流通道，中心体内分别设置有燃料通道及冷却空气通道，燃料通道设置于冷却空气通道外，旋流叶片与燃料通道连通，旋流叶片上设置有多个燃料喷射孔；设置于喷嘴外壁内的中心体的一端为中心体端壁，中心体端壁上沿其周向设置有凸型端面，中心体端壁内侧设置有与冷却空气通道连通的冷却孔。本实用新型提供的燃气轮机预混合喷嘴中在中心体端壁设置有凸型端面，在柯恩达效应的作用下，中心体端壁的冷却孔喷射出的冷却空气流贴着凸型端面流动，既避免中心体端壁与火焰直接接触，又防止冷却空气流破坏中心体端壁处的回流区，使回流更加稳定，从而改善了火焰的稳定性；具有结构简单，容易实现的优点。

进一步地，本实施例中采用了集气腔用于限制冷空气的速度。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种燃气轮机预混合喷嘴，包括：喷嘴外壁(2)，同轴设置于喷嘴外壁(2)内的中心体(1)，多个沿所述中心体(1)外侧壁周向设置的旋流叶片(3)；所述中心体(1)及喷嘴外壁(2)之间形成有环形的旋流通道(7)，所述中心体(1)内分别设置有燃料通道(6)及冷却空气通道(5)，所述燃料通道(6)设置于所述冷却空气通道(5)外，所述旋流叶片(3)与所述燃料通道(6)连通，所述旋流叶片(3)上设置有多个燃料喷射孔(17)；其特征在于：设置于所述喷嘴外壁(2)内的所述中心体(1)的一端为中心体端壁(4)，所述中心体端壁(4)上沿其周向设置有凸型端面(15)，所述中心体端壁(4)内侧设置有与所述冷却空气通道(5)连通的冷却孔(14)。

2.如权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：对应于所述中心体端壁(4)的所述冷却空气通道(5)的一端设置有空气通道端壁(8)，所述空气通道端壁(8)上设置有与所述冷却空气通道(5)连通的限流孔(9)，所述中心体端壁(4)与所述空气通道端壁(8)之间形成有集气腔(10)。

3.如权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述中心体端壁(4)内侧设置有集气腔端壁(11)，所述冷却孔(14)位于所述集气腔端壁(11)上，所述集气腔端壁(11)的直径为所述中心体端壁(4)的直径的0.3～0.7倍。

4.如权利要求2所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述冷却孔(14)的总面积与所述限流孔(9)的总面积的比值大于3。

5.如权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述端壁冷却孔(14)为直孔或斜孔。

6.如权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述旋流叶片(3)上设置有2-10个所述喷射孔(17)。

7.如权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述燃料喷射孔(17)的孔径为0.5-3mm。

8.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利1-7中任意一项所述的燃气轮机预混合喷嘴。