一种燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的制作方法

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地涉及一种燃气轮机的后火焰燃料喷射装置。

背景技术：

燃气轮机的热力循环中，燃烧室内的燃气温度越高，越有利于效率和功率的提高。但是，过量的空气在高温下容易形成氮氧化合物NOX，而为了减少该热力型NOX的排放，则需降低燃烧室内的最高温度。由此，一方面需要提高温度以满足功率的需求，另一方面则需降低最高温度以达到排放要求。

相关技术中，燃气轮机的燃烧室内采用分级燃烧，用于燃气轮机中的一种分级燃烧为“延迟贫喷射”，在该种类型的分级燃烧中，延迟贫喷射器位于主燃烧喷嘴的下游，在此下游位置增加燃料，既可以增大功率，又能避免燃烧室内温度过高。然而，目前的延迟贫喷射器结构复杂，增加了系统的成本，而且燃料进口设在环形燃料通道上，燃料和空气混合不理想。

技术实现要素：

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，本发明提出一种燃气轮机的后火焰燃料喷射装置,该后火焰燃料喷射装置提高了燃料和空气的掺混效果，且结构简单，降低了系统的成本。

根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置包括后火焰燃料喷射管，所述后火焰燃料喷射管的周壁上设有燃料孔，所述后火焰燃料喷射管内沿其轴向依次设有空气孔板和喷注板，所述空气孔板上设有多个进气孔，所述喷注板上设有多个喷出孔，所述喷注板用于将从所述燃料孔供给的燃料和从所述进气孔供给的空气混合成混合物且通过所述喷出孔将所述混合物喷入所述后火焰燃料喷射管内喷出孔。

根据本发明实施例的后火焰燃料喷射装置，在后火焰燃料喷射管内设置空气孔板和喷注板，提高了空气和燃料的掺混效果，而且结构简单，降低了系统的成本。

在一些实施例中，所述空气孔板具有进气侧表面和出气侧表面，所述出气侧表面上设有多个与所述进气孔对应连通的分配槽。

在一些实施例中，所述分配槽为沿所述空气孔板的周向延伸的弧形槽。

在一些实施例中，所述进气孔布置成沿所述空气孔板的径向均匀间隔开的多圈，每一圈上的所述进气孔沿所述空气孔板的周向排列且均匀间隔开。

在一些实施例中，与位于同一圈上的所述进气孔相连通的所述分配槽的周向长度相同。

在一些实施例中，沿所述空气孔板的径向方向，相邻两个所述分配槽中，位于内侧的所述分配槽的周向长度小于位于外侧的所述分配槽的周向长度。

在一些实施例中，所述进气孔布置成沿所述空气孔板的径向均匀间隔开的四圈，每一圈上具有四个沿所述空气孔板的周向均匀间隔开的所述进气孔，以便所述空气孔板的全部所述进气孔分成四组，每一组内的所述进气孔沿所述空气孔板的径向对齐，与每一组内的所述进气孔相连通的所述分配槽的周向长度沿所述空气孔板的径向由外向内逐渐减小。

在一些实施例中，所述喷注板具有进口侧表面和出口侧表面，所述进口侧表面上具有混合腔槽，所述混合腔槽的侧壁上具有与所述燃料孔连通的燃料进口，所述喷出孔从所述混合腔槽的底面延伸到所述喷注板的出口侧表面喷出孔。

在一些实施例中，所述混合腔槽为多个且沿所述喷注板的周向间隔布置，每一个混合腔槽的底面上具有多个所述喷出孔。

在一些实施例中，所述混合腔槽为四个，所述喷注板的进口侧表面的中心具有方形凸起，相邻混合腔槽通过大体扇形凸起间隔开，每个扇形凸起的内端与所述方形凸起的对应的角部相接，每个扇形凸起的外端的一侧连接有沿所述喷注板的周向延伸的弧形凸台，所述弧形凸台的另一端与相邻的扇形凸起间隔开以形成所述燃料进口。

在一些实施例中，所述空气孔板和所述喷注板之间设有整流板，所述整流板上设有多个整流孔。

在一些实施例中，所述整流板分别与所述空气孔板和所述喷注板直接贴合。

在一些实施例中，所述后火焰燃料喷射管内设有旋流器。

附图说明

图1是具有本发明实施例的后火焰燃料喷射装置的燃烧器的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的剖视图。

图3是根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的截面图。

图4是根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的空气孔板的进气侧示意图。

图5是根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的空气孔板的出气侧示意图。

图6是根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的喷注板的示意图。

图7是根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的整流板的示意图。

附图标记：

火焰筒1，导流衬套2，浮动套环3，筒状部31，直筒段311，喇叭段312，周缘部32，后火焰燃料喷射管4，空气孔板5，进气侧表面51，出气侧表面52，支座6，基座61，筒体611，凸缘612，围堰613，环形盖板62，喷注板7，混合腔槽71，燃料进口72，方形凸起73，扇形凸起74，弧形凸起75，冷却孔8，法兰9，外环10，环形外槽101，环形内槽102，连通孔103，内环11，内环环形槽111，环形燃料通道12，燃料通孔13，环形通道14，环形槽15，燃料通道16，燃料盖板17，旋流器18，进气孔19，喷出孔20，分配槽21，整流板22，整流孔23。

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。

如图1、2所示，燃气轮机的燃烧器包括火焰筒1和导流衬套2，火焰筒1的前端(图1中所示的左端)设有初级燃料喷嘴，以便向火焰筒1内喷射燃料。导流衬套2套设在火焰筒1上，导流衬套2与火焰筒1之间形成环形通道14。经压气机压缩的高压空气经该环形通道14进入火焰筒1的前端，并与初级燃料喷嘴喷出的燃料在火焰筒1混合、燃烧。

而根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置安装在燃烧器上的初级燃料喷嘴的下游(图1所示的右侧)，以将燃料和空气的混合物喷射到工作流体中。通过本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置向燃烧器内喷射燃料和空气，在初级燃烧区域下游实现燃料和空气的混合、燃烧，以改善NOX排放。

具体地，如图2-7所示，根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置包括后火焰燃料喷射管4，后火焰燃料喷射管4的周壁上设有燃料孔，后火焰燃料喷射管4内沿其轴向依次设有空气孔板5和喷注板7，空气孔板5上设有多个进气孔19，空气从空气孔板5的外端由进气孔19进入后火焰燃料喷射管4内的空气孔板5和喷注板7之间的空间，同时，燃料经后火焰燃料喷射管4上的燃料孔进入空气孔板5和喷注板7之间的空间并在空气孔板5和喷注板7之间的空间内燃料和空气混合。喷注板7上设有多个喷出孔20，喷注板7通过喷出孔20将燃料和空气的混合物喷入后火焰燃料喷射管4内。

可以理解的是，后火焰燃料喷射管4的外端固定在导流衬套2上，后火焰燃料喷射管4的内端延伸到火焰筒1。具体地，后火焰燃料喷射管4的内端的开口处与火焰筒1的内壁面平齐。此处，“外端”是指邻近导流衬套2的一端，即图2中所示的上端；“内端”是指邻近火焰筒1的一端，即图2中所示的下端。

由此，外部的空气通过空气孔板5进入后火焰燃料喷射管4内的空气孔板5和喷注板7之间的空间，同时，燃料也进入该空气孔板5和喷注板7之间的空间，燃料与空气在该空间内进行混合后再通过喷注板7上的喷出孔20喷入到后火焰燃料喷射管4内，喷出的燃料和空气的混合物在后火焰燃料喷射管4内进一步混合并由后火焰燃料喷射管4喷射至火焰筒1内。

根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置，通过在后火焰燃料喷射管内沿其轴向依次设有空气孔板和喷注板，燃料和空气首先在后火焰燃料喷射管4内的空气孔板5和喷注板7之间的空间内预混合，提高了燃料和空气的掺混效果，而且该后火焰燃料喷射装置的结构简单，降低了系统的成本。

在一些实施例中，如图2、4、5所示，空气孔板5具有进气侧表面51(图2、3所示的上表面)和出气侧表面52(图2、3所示的下表面)，出气侧表面52上设有多个与进气孔19对应连通的分配槽21。换言之，在出气侧表面52上对应每个进气孔19都设有一个与该进气孔19相连通的分配槽21，外部的空气由进气侧表面51通过进气孔19进入到出气侧表面52时，空气可以沿着该分配槽21流动，从而提高了空气的流动性，利于空气与燃料的掺混。

在一些实施例中，分配槽21为沿空气孔板5的周向延伸的弧形槽。换言之，对应于每个进气孔19在出气侧表面52上均设有一个沿空气孔板5的周向延伸的弧形槽。

在一些实施例中，进气孔19布置成沿空气孔板5的径向均匀间隔开的多圈，每一圈上的进气孔19沿空气孔板5的周向排列且均匀间隔开。

在一些实施例中，与位于同一圈上的进气孔19相连通的分配槽21的周向长度相同。换言之，同一圈上的多个进气孔19分别对应的分配槽21的周向长度相同。

在一些实施例中，沿空气孔板5的径向方向，相邻两个分配槽21中，位于内侧的分配槽21的周向长度小于位于外侧的分配槽21的周向长度。换言之，径向尺寸小的圈上的进气孔19对应的分配槽21的周向长度小于径向尺寸大的圈上的进气孔19对应的分配槽21的周向长度。

在一些实施例中，进气孔19布置成沿空气孔板5的径向均匀间隔开的四圈，每一圈上具有四个沿空气孔板5的周向均匀间隔开的进气孔19，以便空气孔板5的全部进气孔19分成四组，每一组内的进气孔19沿空气孔板5的径向对齐，与每一组内的进气孔19相连通的分配槽21的周向长度沿空气孔板5的径向由外向内逐渐减小。

在一些实施例中，如图2、6所示，喷注板7具有进口侧表面(图1所示的上表面)和出口侧表面(图1所示的下表面)，进口侧表面上具有混合腔槽71，混合腔槽71的侧壁上具有与后火焰燃料喷射管4上的燃料孔连通的燃料进口72，喷出孔20从混合腔槽71的底面延伸到喷注板7的出口侧表面。可以理解的是，燃料通过燃料进口72进入混合腔槽71内，由空气孔板5进入的空气在混合腔槽71内与燃料进入混合，混合后的混合物通过喷出孔20由喷注板7的出口侧表面喷出。

在一些实施例中，混合腔槽71为多个，多个混合腔槽71且沿喷注板7的周向间隔布置，每一个混合腔槽71的底面上具有多个喷出孔20。

在一些实施例中，如图6所示，混合腔槽71为四个，喷注板7的进口侧表面的中心具有方形凸起73，相邻混合腔槽71通过大体扇形凸起74间隔开，每个扇形凸起74的内端(即沿喷注板7的径向向内的一端)与方形凸起73的对应的角部相接，即方形凸起72的每个角部连接一个扇形凸起74，每个扇形凸起74的外端的一侧连接有弧形凸起75，该弧形凸起75沿喷注板7的周向延伸，且弧形凸起75的另一端与相邻的扇形凸起74间隔开以形成燃料进口72。

在一些实施例中，如图2、3、7所示，空气孔板5和喷注板7之间设有整流板22，整流板22上设有多个整流孔23。根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置，通过整流板22可以进一步提高进入后火焰燃料喷射管4内的空气孔板5和喷注板7之间的空间的空气的流动均匀性，从而利于空气和燃料的混合。

在一些实施例中，空气孔板5与整流板22沿后火焰燃料喷射管4的轴向彼此直接贴合，整流板22与喷注板7沿后火焰燃料喷射管4的轴向彼此直接贴合。换言之，如图2、3所示，后火焰燃料喷射管4内从上到下依次设有空气孔板5、整流板22和喷注板7，且空气孔板5、整流板22和喷注板7都是圆板，三个圆板的轴线相一致，且整流板22的上表面与空气孔板5的下表面直接贴合，整流板22的下表面与喷嘴板7的弧形凸起75的上表面直接贴合。

在一些实施例中，后火焰燃料喷射管4内设有旋流器18。旋流器18可以增强后火焰燃料喷射管4内的燃料和空气的掺混效果，以稳定火焰。具体地，如图2、3所示，后火焰燃料喷射管4内的旋流器18邻近后火焰燃料喷射管4的下端面设置。

更进一步地，安装本发明的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的燃烧器的导流衬套2上设有固定孔，固定孔内安装有外环10，外环10的外周缘与导流衬套2焊接。

外环10具有环形外槽101、环形内槽102和连通孔103。环形外槽101沿该外环10的径向向外开口，环形内槽102沿该外环10的径向向内开口，连通孔103用于连通环形外槽101与环形内槽102。

外环10内安装有内环11，内环11具有内环环形槽111，内环环形槽111沿该内环11的径向向外开口，内环11上还具有燃料通孔13。

内环11的内环环形槽111与外环10的环形内槽102对接以形成环形燃料通道12，环形燃料通道12与燃料通道16相连通。

可以理解的是，燃料通道16中的燃料通过环形燃料通道12和内环11上的燃料通孔13和后火焰燃料喷射管4的燃料孔由燃料进口72进入混合腔槽71内。

如图2、3所示，安装本发明的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置的燃烧器还包括浮动套环3，浮动套环3通过支座6安装在火焰筒1上。支座6安装在火焰筒6上的安装孔内，浮动套环3安装在支座6上，且相对于支座6在浮动套环3的径向上整体向外移动或整体向内移动。

支座6包括基座61和环形盖板62，基座61包括筒体611、凸缘612和围堰613，凸缘612从筒体611的上端周缘沿该筒体611的径向向外延伸，围堰613从凸缘612的外周缘沿筒体611的轴向向外延伸。

环形盖板62与围堰613的内壁相连且位于凸缘612的上端，环形盖板62和凸缘612之间留有间隙，以便环形盖板62、围堰613和凸缘612形成环形槽15。

浮动套环3包括上部的筒状部31和下部的周缘部32，周缘部32的上端与筒状部31相连，周缘部32沿筒状部31的径向向外延伸。浮动套环3的周缘部32配合在环形槽15内且沿凸缘612的上端面在浮动套环3的径向上整体向外移动或整体向内移动。

筒状部31包括下部的直筒段311和上部的喇叭段312，直筒段311的上端与喇叭段312连接，喇叭段312的径向尺寸从下到上逐渐增大。

后火焰燃料喷射管4的上端具有法兰9，法兰9位于外环10的上面，且法兰9通过螺栓紧固在外环10上，后火焰燃料喷射管4从内环11内穿过，且后火焰燃料喷射管4的下端依次穿过浮动套环3的筒状部31和周缘部32伸入基座61的筒体611内，浮动套环3的筒状部31的直筒段311与后火焰燃料喷射管4紧配合，后火焰燃料喷射管4的下端面、支座6的下端面和火焰筒1的内壁面相平齐，以便燃料和空气的混合物通过后火焰燃料喷射管4的下端喷入火焰筒1内。

筒体611的壁上设有与环形通道14连通的冷却孔8，冷却空气可以通过冷却孔8进入基座61内，以冷却和轻吹后火焰燃料喷射管4。

下面参考附图1-7描述根据本发明具体实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置。

如图1-7所示，根据本发明实施例的燃气轮机的后火焰燃料喷射装置包括后火焰燃料喷射管4、空气孔板5、喷注板7、旋流器18和整流板22。

后火焰燃料喷射管4的周壁上具有多个燃料孔，多个燃料孔沿后火焰燃料喷射管4的周向均匀间隔布置。后火焰燃料喷射管4内沿其轴向依次设有均为圆板的空气孔板5、整流板22和喷注板7，空气孔板5、整流板22和喷注板7的轴向相一致，且整流板22上设有多个整流孔23，整流板22的上表面与空气孔板5直接贴合，整流板22的下表面与喷注板7直接贴合：

空气孔板5上设有16个进气孔19，进气孔19布置成沿空气孔板5的径向均匀间隔开的四圈，每一圈上具有四个沿空气孔板5的周向均匀间隔开的进气孔19，以便空气孔板5的全部进气孔19分成四组，每一组内的进气孔19沿空气孔板5的径向对齐。

空气孔板5具有进气侧表面51和出气侧表面52，出气侧表面52上设有多个与进气孔19对应连通的分配槽21，分配槽21为沿空气孔板5的周向延伸的弧形槽。同一圈上的多个进气孔19分别对应的分配槽21的周向长度相同，与每一组内的进气孔19相连通的分配槽21的周向长度沿空气孔板5的径向由外向内逐渐减小。

喷注板7具有进口侧表面和出口侧表面，进口侧表面上具有4个混合腔槽71，每个混合腔槽71的侧壁上具有与后火焰燃料喷射管4上的燃料孔连通的燃料进口72，由燃料孔进入的燃料通过燃料进口进入混合腔槽71内。

喷注板7的进口侧表面的中心具有方形凸起73，相邻混合腔槽71通过大体扇形凸起74间隔开，每个扇形凸起74的内端(即沿喷注板7的径向向内的一端)与方形凸起73的对应的角部相接，即方形凸起72的每个角部连接一个扇形凸起74，每个扇形凸起74的外端的一侧连接有弧形凸起75，该弧形凸起75沿喷注板7的周向延伸，且弧形凸起75的另一端与相邻的扇形凸起74间隔开以形成燃料进口72。

喷注板7上还设有多个喷出孔20，喷出孔20从混合腔槽71的底面延伸到喷注板7的出口侧表面，喷注板7通过喷出孔20将燃料和空气的混合物喷入后火焰燃料喷射管4内。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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。