一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，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)預混合和速度型的改變，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，形成穩(wěn)定的流場和燃燒場。當前，對燃氣輪機燃燒室噴嘴的設(shè)計形式，例如中國專利文獻CN100567823C，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。
[0004]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，導致這一側(cè)燃料和空氣的摻混效果變差；同時燃料氣在空心葉片兩側(cè)開孔噴注，燃料氣和空氣的摻混距離較短，并增加了葉片加工的難度，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，旨在通過改變噴嘴的進氣結(jié)構(gòu)，對進入噴嘴的空氣進行整流和分層，實現(xiàn)在進氣階段對噴嘴內(nèi)的空氣流動進行調(diào)整，在保證氣流軸向速度的同時，根據(jù)燃料摻混的需要調(diào)整空氣分布，從而保證良好的出口燃料分布。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，該噴嘴包括中心錐體和與該中心錐體同軸布置的外圍環(huán)形空氣通道，中心錐體內(nèi)設(shè)有中心燃料通道；所述的外圍環(huán)形空氣通道沿軸向依次布置有燃料噴射裝置和軸向旋流裝置，燃料噴射裝置兩側(cè)設(shè)有燃料噴射孔，其特征在于:在外圍環(huán)形空氣通道前端布置有進氣導流裝置，該進氣導流裝置包括徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)和軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)；所述的徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)含有至少兩層沿軸向布置的喇叭狀環(huán)形導流筒，每個喇叭狀環(huán)形導流筒的下端部均與燃料噴射裝置的前端相連接；在每個喇叭狀環(huán)形導流筒上沿軸向至少開有一排流量分配孔，流量分配孔沿周向均勻布置；所述的軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)由周向布置的軸向支板組成，軸向支板連接在每兩級喇叭狀環(huán)形導流筒之間。
[0007]優(yōu)選地，所述的喇叭狀環(huán)形導流筒的型線為雙曲線；喇叭狀環(huán)形導流筒的個數(shù)在2?5之間。
[0008]優(yōu)選地，每兩層喇叭狀環(huán)形導流筒支間的軸向支板數(shù)量相同，軸向支板沿周向均勻布置，個數(shù)在6?12之間。
[0009]優(yōu)選地，所述的流量分配孔沿軸向的排數(shù)為2?5排，且每排之間等間距布置，孔徑大小為Φ0.1?Φ2。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述的軸向旋流裝置采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片沿外圍環(huán)形空氣通道(2)均勻布置，葉片個數(shù)在4?6之間；所述燃料噴射孔的孔徑大小為Φ0.1?Φ0.5 ;所述外圍環(huán)形空氣通道沿軸向在軸向旋流裝置之后有一噴嘴收縮段。
[0011]該發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果:①本發(fā)明的徑向進氣結(jié)構(gòu)對空氣進行徑向分層，并通過流量分配孔對各層間的流量進行調(diào)整，有效改善了噴嘴的進氣效果，對調(diào)整噴嘴內(nèi)部流場有積極作用。②本發(fā)明的軸向進氣結(jié)構(gòu)對每一層空氣進行軸向分級和整流，配合燃料噴射裝置分配適合的空氣流量對燃料氣進行摻混，有效保證燃料氣的摻混效果，并消除了由于來流擾動引起的進氣不均勻問題。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0013]圖2為圖1的結(jié)構(gòu)三維剖視圖。
[0014]圖3為分級進氣噴嘴的進氣結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0015]圖4為圖3的中心截面剖視圖。
[0016]圖5為圖3的三維剖視圖。
[0017]圖中符號說明如下:1-中心錐體；2_外圍環(huán)形空氣通道；3_喇叭狀環(huán)形導流筒；4-軸向支板；6_流量分配孔；7_中心燃料通道；8_燃料噴射裝置；9_燃料噴射孔；10_軸向旋流裝置；11-噴嘴收縮段。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和【具體實施方式】做進一步的說明。
[0019]圖1、圖2為本發(fā)明提供的一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該噴嘴包括中心錐體I和與該中心錐體I同軸布置的外圍環(huán)形空氣通道2，中心錐體I中設(shè)有中心燃料通道7，在外圍環(huán)形空氣通道2內(nèi)軸向依次布置有燃料噴射裝置8和軸向旋流裝置10，燃料噴射裝置8兩側(cè)設(shè)有燃料噴射孔9。燃料氣從中心錐體I進入噴嘴，通過壁面開孔進入燃料噴射裝置8，從兩側(cè)的燃料噴射孔9噴出。
[0020]參見圖3、圖4和圖5，在外圍環(huán)形空氣通道2的前端布置有進氣導流裝置，該進氣導流裝置包括徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)和軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)；所述的徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)含有至少兩層沿軸向布置的喇叭狀環(huán)形導流筒3，每個喇叭狀環(huán)形導流筒的下端部均與燃料噴射裝置8的前端相連接；在每個喇叭狀環(huán)形導流筒3的壁面上沿軸向至少開有一排流量分配孔6，流量分配孔6沿周向布置；流量分配孔6沿軸向排數(shù)為2?5之間，最好均勻排列，孔徑大小為Φ0.1?Φ2。喇叭狀環(huán)形導流筒3型線優(yōu)選為雙曲線，進口為徑向方向，出口為軸向方向；喇叭狀環(huán)形導流筒3個數(shù)優(yōu)選在2?5之間。
[0021]所述的軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)由周向布置的軸向支板4組成，軸向支板4連接在每兩級喇叭狀環(huán)形導流筒3之間。每兩層喇叭狀環(huán)形導流筒支間的軸向支板4數(shù)量相同，且沿周向均勻布置，個數(shù)在6?12之間。
[0022]軸向旋流裝置10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4?6之間。燃料噴射孔9孔徑大小為Φ0.1?Φ0.5，燃料噴射孔9高度可調(diào)。外圍環(huán)形空氣通道2沿軸向在軸向旋流裝置10之后有一噴嘴收縮段11。
[0023]氣流經(jīng)過徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)消除徑向方向上的擾動，經(jīng)過軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)消除軸向方向上的擾動，之后進入噴嘴內(nèi)部同燃料氣發(fā)生摻混。
[0024]本發(fā)明的工作原理如下:
[0025]天然氣燃料從中心燃料通道7進入噴嘴，通過中心錐體I壁面開孔進入燃料噴射裝置8，從兩側(cè)的燃料噴射孔9噴出?？諝饨?jīng)過進氣結(jié)構(gòu)沿軸向和徑向均分成多級進入噴嘴，經(jīng)過徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)空氣進行第一次分層，通過徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)上的流量分配孔6，空氣進行層間的流量分配?？諝膺M入徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)間的區(qū)域后再經(jīng)過軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)進行軸向分級和整流?？諝饨?jīng)過徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)消除徑向方向上的擾動，經(jīng)過軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)消除軸向方向上的擾動。之后，空氣在燃料噴射裝置8前端同燃料噴射孔9噴出的燃料氣摻混?；旌蠚饨?jīng)軸向旋流裝置10產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，經(jīng)噴嘴收縮段11混合氣加速至噴嘴出口。通過進氣結(jié)構(gòu)對空氣的分級和整流，實現(xiàn)在進氣階段對噴嘴內(nèi)的空氣流動進行調(diào)整。在保證氣流軸向速度的同時，根據(jù)燃料摻混的需要調(diào)整空氣分布，從而保證良好的出口燃料分布。
【主權(quán)項】
1.一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，該噴嘴包括中心錐體(I)和與該中心錐體(I)同軸布置的外圍環(huán)形空氣通道(2)，中心錐體內(nèi)設(shè)有中心燃料通道(7);所述的外圍環(huán)形空氣通道(2)沿軸向依次布置有燃料噴射裝置(8)和軸向旋流裝置(10)，燃料噴射裝置(8)兩側(cè)設(shè)有燃料噴射孔(9)，其特征在于:在外圍環(huán)形空氣通道(2)前端布置有進氣導流裝置，該進氣導流裝置包括徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)和軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)；所述的徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)含有至少兩層沿軸向布置的喇叭狀環(huán)形導流筒(3)，每個喇叭狀環(huán)形導流筒的下端部均與燃料噴射裝置(8)的前端相連接；在每個喇叭狀環(huán)形導流筒(3)上沿軸向至少開有一排流量分配孔(6)，流量分配孔(6)沿周向均勻布置；所述的軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)由周向布置的軸向支板⑷組成，軸向支板(4)連接在每兩級喇叭狀環(huán)形導流筒(3)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，其特征在于:所述的喇叭狀環(huán)形導流筒⑶的型線為雙曲線；喇叭狀環(huán)形導流筒⑶的個數(shù)在2?5之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，其特征在于:每兩層喇叭狀環(huán)形導流筒(3)支間的軸向支板(4)數(shù)量相同，軸向支板(4)沿周向均勻布置，個數(shù)在6?12之間。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，其特征在于:所述的流量分配孔(6)沿軸向的排數(shù)為2?5排，且每排之間等間距布置，孔徑大小為Φ0.1?Φ2ο
5.如權(quán)利要求求1、2或3所述的一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，其特征在于:所述的軸向旋流裝置(10)采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片沿外圍環(huán)形空氣通道(2)均勻布置，葉片個數(shù)在4?6之間。
6.如權(quán)利要求求1、2或3所述的一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，其特征在于:所述燃料噴射孔(9)的孔徑大小為Φ0.1?Φ0.5。
7.如權(quán)利要求求1、2或3所述的一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，其特征在于:所述外圍環(huán)形空氣通道⑵沿軸向在軸向旋流裝置(10)之后有一噴嘴收縮段(11)。
【專利摘要】一種燃氣輪機燃燒室分級進氣噴嘴，屬于燃氣輪機技術(shù)領(lǐng)域。該噴嘴包括中心錐體和外圍環(huán)形空氣通道，中心錐體內(nèi)設(shè)有中心燃料通道；在外圍環(huán)形空氣通道沿軸向依次布置有燃料噴射裝置和軸向旋流裝置，在外圍環(huán)形空氣通道前端布置有進氣導流裝置，該進氣導流裝置包括徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)和軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)；徑向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)含有至少兩層沿軸向布置的喇叭狀環(huán)形導流筒，軸向?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)由布置在每兩級喇叭狀環(huán)形導流筒之間的軸向支板組成。本發(fā)明通過改變噴嘴的進氣結(jié)構(gòu)，對進入噴嘴的空氣進行整流和分層，實現(xiàn)在進氣階段對噴嘴內(nèi)的空氣流動進行調(diào)整。在保證氣流軸向速度的同時，根據(jù)燃料摻混的需要調(diào)整空氣分布，從而保證良好的出口溫度分布。
【IPC分類】F23R3-04
【公開號】CN104566459
【申請?zhí)枴緾N201410743877
【發(fā)明人】張龍, 張珊珊, 查筱晨, 劉小龍
【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
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月8日