一種設置在燃氣輪機燃燒室噴嘴中的空氣旋流裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種設置在燃氣輪機燃燒室噴嘴中的空氣旋流裝置，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】
[0002]在我國當前的能源結構中，采用傳統(tǒng)燃煤技術的火力發(fā)電占據了絕大部分份額。但是這種傳統(tǒng)的發(fā)電技術存在發(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)電技術作為清潔能源技術之一，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預混和速度型的改變，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計形式，例如專利CN 100567823C，采用底部帶缺口的空氣旋流葉片，提高空氣通道內周側的速度，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，通道內周側的氣流偏轉角度小，旋流強度弱，導致這一側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。
【實用新型內容】
[0005]為解決現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種設置在燃氣輪機燃燒室噴嘴中的空氣旋流裝置，使其一方面可保證通道外周側氣流的旋流強度，同時將通道內周側氣流方向引導回軸向，增大空氣通道內周側的氣流速度，保證噴嘴出口速度分布合理、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，維持燃燒室內部流場結構，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
[0006]本實用新型所采用的技術方案如下:一種設置在燃氣輪機燃燒室噴嘴中的空氣旋流裝置，該空氣旋流裝置采用軸向葉片式結構，其特征在于:空氣旋流裝置的葉片設有切口部，該切口部的起始位置位于葉片吸力側彎曲角度變化點，該切口部的切面同葉片吸力側的交線垂直于葉片軸線所在的水平面，且切面的方向沿葉片吸力側彎曲角度的切線方向，切口部長度貫穿至葉片尾部，切口部徑向深度為葉片高度的20%?95%。
[0007]上述技術方案中，所述的葉片沿外圍環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數在6?12之間。
[0008]所述的空氣旋流裝置采用中空軸向葉片式結構，并通過燃料噴射孔與中心燃料通道相連通。
[0009]本實用新型與現有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果:①本實用新型可保證通道外周側氣流的旋流強度，同時將通道內周側氣流方向引導回軸向，將空氣通道內周側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，保證空氣通道內周側速度型和燃料空氣摻混匹配，中心錐體下游不產生回流區(qū)，提高燃燒可靠性。②本實用新型的葉片切口部的起始位置、切口長度、切口徑向深度的調整能夠為噴嘴空氣旋流裝置提供更寬的設計空間，滿足不同燃料和空氣摻混的需要，能夠改善噴嘴中心錐體至噴嘴出口部分的速度分布。
【附圖說明】
[0010]圖1為布置有空氣旋流裝置的燃氣輪機燃燒室噴嘴的結構原理示意圖。
[0011]圖2為圖1的三維結構剖視圖。
[0012]圖3為本實用新型的空氣旋流裝置的三維結構示意圖。
[0013]圖4為本實用新型的空氣旋流裝置的葉片結構的單個旋流葉片的三維結構示意圖(表示切口部在葉片吸力面的位置)。
[0014]圖5為本實用新型的空氣旋流裝置的葉片結構的單個旋流葉片三維三維結構示意圖(表示出切口部在壓力面的位置)。
[0015]圖6為本實用新型的空氣旋流裝置的葉片結構的單個旋流葉片俯視圖。
[0016]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_中心錐體；4_空氣旋流裝置；5_切□部；6_燃料噴射孔；7_葉片吸力側彎曲角度變化點；8_交線；9_噴嘴收縮段；10-葉片吸力側彎曲角度切線；11_葉片吸力側；12_葉片壓力側；13_切面；14_水平面。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型的原理、結構和【具體實施方式】做進一步的說明。
[0018]圖1、圖2和圖3為布置有空氣旋流裝置的燃氣輪機燃燒室噴嘴的結構原理示意圖，空氣旋流裝置設置在外圍環(huán)形空氣通道2內的中心錐體3的上游，該空氣旋流裝置4采用軸向葉片式結構，最好采用中空軸向葉片式結構，并沿外圍環(huán)形空氣通道2均勻布置，通過燃料噴射孔6與中心燃料通道I相連通，葉片個數一般在6?12之間。
[0019]空氣旋流裝置4的葉片設有切口部5，起始位置位于葉片吸力側彎曲角度變化點7，切口部5的切面13同葉片吸力側11的交線8垂直于葉片軸線所在的水平面14，且切面13的方向沿葉片吸力側彎曲角度變化點7的切線10方向，切口部5長度貫穿至葉片尾部，切口部5徑向深度為葉片高度的20 %?95 %。
[0020]空氣旋流裝置4在設計過程中根據具體的空氣動力學要求和燃料摻混的不同要求，葉片吸力側彎曲角度α也有所不同。葉片在整體鑄造成型后，通過切割加工出切口部的結構。葉片整體鑄造時的模具在不同的葉高方向，彎曲角度均從O增加至α，再從α減小至O。葉片吸力側彎曲角度的變化點7為起始位置，切割從起始位置所在的交線8開始沿葉片吸力側彎曲角度變化點7的切線10方向切割出切面13，切面13同葉片吸力側11的交線8垂直于葉片軸線所在的水平面14。(參見圖4、圖5和圖6)
[0021]葉片切口部5吸力側11的內周側彎曲角度從α變化至O度。
[0022]本實用新型的工作原理如下:
[0023]天然氣燃料進入軸向中心燃料通道1，通過中心錐體3壁面開孔進入空氣旋流裝置4的葉片上右側位置，從葉片兩側燃料噴射孔6噴出。空氣進入外圍軸向環(huán)形空氣通道2，在空氣旋流裝置4前端同燃料進行混合，并經過空氣旋流裝置4作用產生旋流，混合效果增強。遠離中心錐體3的空氣通道外周側的燃料和空氣混合氣到達切口部5位置后，保持原有的旋流強度至空氣旋流裝置4出口 ；貼近中心錐體3的空氣通道內周側的燃料和空氣混合氣到達切口部5位置后，葉片彎曲角度反向，混合氣速度方向偏轉回軸向至空氣旋流裝置4出口?？諝馔ǖ纼取⑼庵軠y燃料和空氣混合氣在空氣旋流裝置4出口處摻混，經過噴嘴收縮段9直至噴嘴出口。從而形成匹配的噴嘴出口速度分布和燃料空氣摻混效果，保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
【主權項】
1.一種設置在燃氣輪機燃燒室噴嘴中的空氣旋流裝置，該噴嘴包括中心燃料通道(I)、中心錐體(3)和外圍環(huán)形空氣通道(2)，所述的空氣旋流裝置設置在外圍環(huán)形空氣通道(2)內的中心錐體(3)的上游，該空氣旋流裝置(4)采用軸向葉片式結構，其特征在于:空氣旋流裝置(4)的葉片設有切口部(5)，該切口部的起始位置位于葉片吸力側葉片彎曲角度α的變化點(7)，切口部(5)的切面(13)同葉片吸力側(11)的交線(8)垂直于葉片軸線所在的水平面(14)，且切面(13)的方向沿葉片吸力側彎曲角度變化點(7)的切線(10)方向，切口部(5)長度貫穿至葉片尾部，切口部(5)徑向深度為葉片高度的20%?95%。
2.如權利要求1所述的一種設置在燃氣輪機燃燒室噴嘴中的空氣旋流裝置，其特征在于:所述葉片沿外圍環(huán)形空氣通道(2)均勻布置，葉片個數在6?12之間。
3.如權利要求1或2所述的一種設置在燃氣輪機燃燒室噴嘴中的空氣旋流裝置，其特征在于:空氣旋流裝置(4)采用中空軸向葉片式結構，并通過燃料噴射孔(6)與中心燃料通道(I)相連通。
【專利摘要】一種設置在燃氣輪機燃燒室噴嘴中的空氣旋流裝置，屬于燃氣輪機技術領域。本實用新型包括中心燃料通道和外圍環(huán)形空氣通道。外圍軸向環(huán)形空氣通道在中心錐體外部沿軸向布置有一級空氣旋流裝置，空氣旋流裝置的葉片設有切口部，起始位置位于葉片吸力側葉片彎曲角度的變化點，切口部的切面同葉片吸力側的交線垂直于葉片軸線所在的水平面，且切面的方向沿葉片吸力側彎曲角度變化點的切線方向，切口部長度貫穿至葉片尾部。本實用新型可保證空氣通道外周側的旋流強度，增大空氣通道內周側的氣流速度，匹配噴嘴出口速度分布和燃料空氣的摻混效果，合理控制燃燒區(qū)域，維持燃燒室內部流場結構，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
【IPC分類】F23R3-14
【公開號】CN204404237
【申請?zhí)枴緾N201420631405
【發(fā)明人】查筱晨, 張龍, 張珊珊, 劉小龍
【申請人】北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年10月28日