燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴的制作方法
【專利摘要】燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，其特點是在外圍軸向環(huán)形空氣通道內(nèi)沿軸向方向布置兩級旋流方向相反的旋流裝置，分別固定在中心錐體上；第一級旋流裝置采用中空葉片并與中心燃料通道相連通，中空葉片兩側(cè)開有燃料噴射孔；第二級旋流裝置的空氣入口緊貼第一級旋流裝置空氣出口，第二級旋流裝置的進氣角與第一級旋流裝置出口的氣流角相同，兩級軸向旋流裝置的葉片錯列布置。本實用新型能有效增大空氣通道內(nèi)周側(cè)的氣流速度，強化燃料氣和空氣的混合，保證噴嘴出口速度分布合理、燃料空氣摻混均勻，進而提升燃燒穩(wěn)定性。同時減少中心錐體附面層對噴嘴出口速度型的影響，使中心錐體下游不產(chǎn)生回流區(qū)，提高燃燒可靠性。
【專利說明】燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，尤其涉及使用天然氣燃料的燃氣輪機低污染燃燒室噴嘴。

【背景技術(shù)】
[0002]在我國當前的能源結(jié)構(gòu)中，采用傳統(tǒng)燃煤技術(shù)的火力發(fā)電占據(jù)了絕大部分份額。但是這種傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)存在發(fā)電效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗費淡水資源多等缺點。以天然氣為燃料的燃氣輪機發(fā)電技術(shù)作為清潔能源技術(shù)之一，可以在滿足發(fā)電負荷要求的同時，有效的降低污染物的排放，這其中燃氣輪機燃燒室噴嘴的設(shè)計對于組織燃燒、降低污染物排放尤為重要。
[0003]燃氣輪機燃燒室中，燃料氣和空氣通過噴嘴實現(xiàn)預(yù)混和速度型的改變，在噴嘴出口達到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空氣混合比例，進入燃燒室組織燃燒。當前，對燃氣輪機燃燒室噴嘴的設(shè)計形式，例如專利文獻CN 100567823C，采用底部帶缺口的空氣旋流葉片，提高空氣通道內(nèi)周側(cè)的速度，匹配噴嘴出口速度型和燃料空氣混合比例。但是，由于空氣旋流葉片底部存在缺口，通道內(nèi)周側(cè)的氣流偏轉(zhuǎn)角度小，旋流強度弱，導(dǎo)致這一側(cè)燃料和空氣的摻混效果變差，影響燃燒的組織和污染物的生成。因此，仍然需要更加合理有效的燃氣輪機燃燒室噴嘴形式來組織燃燒和控制污染物排放。
實用新型內(nèi)容
[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，使其一方面能夠在保持火焰穩(wěn)定的同時，增大空氣通道內(nèi)周側(cè)的氣流速度，保證噴嘴出口速度合理分布、燃料空氣摻混均勻；另一方面還能匹配噴嘴出口速度分布、燃料和空氣的摻混效果，合理控制燃燒區(qū)域，維持燃燒室內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，該噴嘴包括中心燃料通道、與該中心燃料通道同軸布置的外圍環(huán)形空氣通道和中心錐體，其特征在于:在外圍軸向環(huán)形空氣通道內(nèi)沿軸向依次布置兩級旋流方向相反的旋流裝置，分別固定在所述的中心錐體上；第一級軸向旋流裝置位于外圍軸向環(huán)形空氣通道的前端，第一級軸向旋流裝置采用中空葉片并與中心燃料通道相連通，中空葉片兩側(cè)開有燃料噴射孔；第二級軸向旋流裝置的空氣入口緊貼第一級旋流裝置空氣出口，第二級軸向旋流裝置的進氣角與第一級軸向旋流裝置出口的氣流角相同，兩級軸向旋流裝置的葉片錯列布置。
[0007]上述技術(shù)方案中，第一級軸向旋流裝置的徑向高度與外圍環(huán)形空氣通道的徑向高度相同，第二級軸向旋流裝置的徑向高度為第一級軸向旋流裝置徑向高度的0.1?0.5。
[0008]優(yōu)選的，本實用新型所述的第一級軸向旋流裝置采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片沿環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數(shù)在6?12之間；第二級軸向旋流裝置采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，沿環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)同第一級軸向旋流裝置相同。
[0009]本實用新型所述的燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，其特征在于:第一級軸向旋流裝置產(chǎn)生的氣流偏轉(zhuǎn)角α與第二級軸向旋流裝置產(chǎn)生的氣流偏轉(zhuǎn)角相坐寸ο
[0010]優(yōu)選的，本實用新型所述的燃料噴射孔的孔徑大小為Φ0.1?Φ0.5。所述外圍軸向環(huán)形空氣通道沿氣流方向依次分為直段和收縮段，所述的第一級軸向旋流裝置和第二級軸向旋流裝置均布置在所述的直段內(nèi)。
[0011]該實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果:
[0012](I)本實用新型采用兩級方向相反的旋流裝置能夠強化燃料氣和空氣的混合，保證噴嘴出口速度分布合理、燃料空氣摻混均勻，進而提升燃燒穩(wěn)定性。
[0013](2)本實用新型的第二級旋流裝置可將空氣通道內(nèi)周側(cè)的旋流空氣軸向速度增大，減少中心錐體附面層對噴嘴出口速度型的影響，保證空氣通道內(nèi)周側(cè)速度型和燃料空氣摻混匹配，中心錐體下游不產(chǎn)生回流區(qū)，提高燃燒可靠性。
[0014](3)本實用新型的第二級旋流裝置通過葉片高度、角度的調(diào)整能夠為第一級旋流裝置提供更寬的設(shè)計空間，滿足不同燃料和空氣摻混的需要，改善噴嘴中心錐體至噴嘴出口部分的速度分布。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型提供的燃氣輪機燃燒室軸向兩級旋流方向相反的旋流噴嘴的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0016]圖2為軸向兩級旋流噴嘴的結(jié)構(gòu)三維剖視圖。
[0017]圖3為兩級軸向旋流噴嘴的氣流旋轉(zhuǎn)方向的原理示意圖。
[0018]圖中符號說明如下:1-中心燃料通道；2_外圍環(huán)形空氣通道；3_燃料噴射孔；4-第一級軸向旋流裝置；5_第二級軸向旋流裝置；6-中心錐體；7_噴嘴收縮段；8_噴嘴出□。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型的原理、結(jié)構(gòu)和【具體實施方式】做進一步的說明。
[0020]圖1為本實用新型提供的燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該噴嘴包括中心燃料通道1，以及與該中心燃料通道同軸布置的外圍環(huán)形空氣通道2和中心錐體6 ;在外圍軸向環(huán)形空氣通道2內(nèi)的中心錐體6上沿軸向依次布置兩級旋流方向相反的旋流裝置；第一級軸向旋流裝置4位于外圍軸向環(huán)形空氣通道2的前端，該軸向旋流裝置采用中空葉片并與中心燃料通道相連通，中空葉片兩側(cè)開有燃料噴射孔3 ；第二級軸向旋流裝置5的空氣入口緊貼第一級軸向旋流裝置4空氣出口，第二級軸向旋流裝置的進氣角與第一級軸向旋流裝置出口的氣流角相同，兩級軸向旋流裝置的葉片錯列布置(參見圖2)。
[0021]第一級軸向旋流裝置的徑向高度高于第二級軸向旋流裝置5 ;第一級軸向旋流裝置4的徑向高度與外圍環(huán)形空氣通道2的徑向高度相同，第二級軸向旋流裝置的徑向高度為第一級軸向旋流裝置徑向高度的0.1?0.5。
[0022]第一級軸向旋流裝置4采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片沿環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數(shù)在6?12之間。第二級軸向旋流裝置5采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，沿環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)同第一級軸向旋流裝置相同。
[0023]第一級軸向旋流裝置4使途徑氣流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)；第二級軸向旋流裝置5使途徑氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，兩級軸向旋流裝置產(chǎn)生的氣流偏轉(zhuǎn)角α相等(如圖3所示)。
[0024]本實用新型的外圍軸向環(huán)形空氣通道沿氣流方向可依次分為直段和收縮段7，所述的第一級軸向旋流裝置和第二級軸向旋流裝置均布置在所述的直段內(nèi)。
[0025]本實用新型的工作原理如下:
[0026]天然氣燃料進入軸向中心燃料通道1，通過中心錐體6壁面開孔進入第一級軸向旋流裝置4，從葉片兩側(cè)燃料噴射孔3噴出，燃料噴射孔的孔徑大小一般為Φ0.1?Φ0.5，噴射孔高度可以調(diào)節(jié)?？諝膺M入外圍軸向環(huán)形空氣通道2，在第一級軸向旋流裝置4前端同燃料進行混合，并經(jīng)過第一級軸向旋流葉片作用速度方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，混合效果增強。燃料和空氣混合氣流出第一級軸向旋流裝置4后，貼近中心錐體6的空氣通道內(nèi)周側(cè)混合氣受第二級軸向旋流裝置5的作用，速度方向偏轉(zhuǎn)回軸向。遠離中心錐體6的空氣通道外周側(cè)燃料和空氣混合氣保持經(jīng)過第一級軸向旋流裝置4后的旋流強度，繼續(xù)摻混至第二級旋流裝置5的出口，同空氣通道內(nèi)周側(cè)燃料和空氣混合氣摻混，經(jīng)過噴嘴收縮段7直至噴嘴出口。從而形成匹配的噴嘴出口速度分布和較好的燃料空氣摻混效果，保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
【權(quán)利要求】
1.一種燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，該噴嘴包括中心燃料通道(I)、與該中心燃料通道(I)同軸布置的外圍環(huán)形空氣通道(2)和中心錐體￠)，其特征在于:在外圍軸向環(huán)形空氣通道(2)內(nèi)沿軸向依次布置兩級旋流方向相反的旋流裝置，分別固定在所述的中心錐體(6)上；第一級軸向旋流裝置(4)位于外圍軸向環(huán)形空氣通道(2)的前端，第一級軸向旋流裝置(4)采用中空葉片并與中心燃料通道(I)相連通，中空葉片兩側(cè)開有燃料噴射孔(3);第二級軸向旋流裝置(5)的空氣入口緊貼第一級旋流裝置(4)空氣出口，第二級軸向旋流裝置(5)的進氣角與第一級軸向旋流裝置(4)出口的氣流角相同，兩級軸向旋流裝置的葉片錯列布置。
2.如權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，其特征在于:第一級軸向旋流裝置(4)的徑向高度與外圍環(huán)形空氣通道(2)的徑向高度相同，第二級軸向旋流裝置的徑向高度(5)為第一級軸向旋流裝置徑向高度的0.1?0.5。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，其特征在于:第一級軸向旋流裝置(4)采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片沿環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數(shù)在6?12之間。
4.如權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，其特征在于:第二級軸向旋流裝置(5)采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，沿環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)同第一級軸向旋流裝置相同。
5.如權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，其特征在于:第一級軸向旋流裝置(4)產(chǎn)生的氣流偏轉(zhuǎn)角α與第二級軸向旋流裝置(5)產(chǎn)生的氣流偏轉(zhuǎn)角相等。
6.如權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，其特征在于:燃料噴射孔(3)的孔徑大小為Φ0.1?Φ0.5。
7.如權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室軸向兩級方向相反的旋流噴嘴，其特征在于:所述外圍軸向環(huán)形空氣通道(2)沿氣流方向依次分為直段和收縮段(7)，所述的第一級軸向旋流裝置(4)和第二級軸向旋流裝置(5)均布置在所述的直段內(nèi)。
【文檔編號】F23R3/38GK204084467SQ201420547162
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】張珊珊, 張正秋, 張龍, 查筱晨 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(shù)有限公司