一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，尤其涉及使用天然气燃料的燃气轮机低污染燃烧室喷嘴。
【背景技术】
[0002]在我国当前的能源结构中，采用传统燃煤技术的火力发电占据了绝大部分份额。但是这种传统的发电技术存在发电效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗费淡水资源多等缺点。以天然气为燃料的燃气轮机发电技术作为清洁能源技术之一，可以在满足发电负荷要求的同时，有效的降低污染物的排放，这其中燃气轮机燃烧室喷嘴的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。
[0003]燃气轮机燃烧室中，燃料气和空气通过喷嘴实现预混合和速度型的改变，在喷嘴出口达到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空气混合比例，进入燃烧室组织燃烧，形成稳定的流场和燃烧场。当前，对燃气轮机燃烧室喷嘴的设计形式，例如专利CN 100567823C，采用底部带缺口的空气旋流叶片，提高空气通道内周侧的速度，匹配喷嘴出口速度型和燃料空气混合比例。
[0004]但是，由于空气旋流叶片底部存在缺口，通道内周侧的气流偏转角度小，旋流强度弱，导致这一侧燃料和空气的掺混效果变差；同时燃料气在空心叶片两侧开孔喷注，燃料气和空气的掺混距离较短，并增加了叶片加工的难度，影响燃烧的组织和污染物的生成。因此，仍然需要更加合理有效的燃气轮机燃烧室喷嘴形式来组织燃烧和控制污染物排放。
【实用新型内容】
[0005]为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，该技术方案通过向中心锥体内部引入空气，对中心锥体附面层进行清吹，以减少中心锥体下游的低速区，实现合理调整中心锥体下游的速度分布，保证燃烧的可靠性；同时保证喷嘴内的燃料空气掺混均匀以及良好的出口温度分布。
[0006]本实用新型所采用的技术方案如下:
[0007]—种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，该喷嘴包括中心锥体和与该中心锥体同轴布置的外围环形空气通道，外围环形空气通道布置有轴向旋流装置，该轴向旋流装置固定在中心锥体上，并采用中空叶片结构，叶片两侧开有燃料喷射孔，在中心锥体内设置有环形中心燃料通道，燃料喷射孔与环形中心燃料通道相连通，其特征在于:在环形中心燃料通道内设有中心清吹空气通道，该中心清吹空气通道贯穿整个中心锥体，在中心锥体下游端的壁面开有清吹斜孔和清吹直孔。
[0008]上述技术方案中，所述的清吹斜孔中心线与喷嘴中心轴线的夹角优选为5?45度。
[0009]优选地，所述的清吹斜孔沿轴向方向布置有1?10排，每两排清吹斜孔的轴向间距为3?10mm ;所述的清吹斜孔孔径为Φ0.5πιπι?Φ2mm ;所述的清吹直孔孔径为Φ0.5mm ?Φ2πιιη0
[0010]优选地，所述的轴向旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿环形空气通道均匀布置，叶片个数在4?10之间。
[0011]优选地，所述的燃料喷射孔孔径大小为0.1mm?Φ0.5mm。所述的外围环形空气通道沿轴向在轴向旋流装置之后有一喷嘴收缩段。
[0012]该实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:①本实用新型的清吹斜孔将中心清吹空气引入环形空气通道内周侧，增强内周侧空气轴向速度，利于形成合理的喷嘴出口速度分配；同时，调整清吹斜孔的出口角度可以调整燃料在内周侧的掺混效果，利于形成合理的燃料分布。②本实用新型的清吹直孔将中心清吹空气引入中心锥体下游低速区，有效地减小了低速区的范围，合理调整中心锥体下游的速度分布，提高了喷嘴设计的安全性。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型提供的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴的结构原理示意图。
[0014]图2为图1的三维剖视图。
[0015]图中符号说明如下:1-中心锥体；2_外围环形空气通道；3_环形中心燃料通道；4-中心清吹空气通道；5_清吹斜孔；6_清吹直孔；7_轴向旋流装置；8_燃料喷射孔；9_喷嘴收缩段。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型的原理、结构和【具体实施方式】做进一步的说明。
[0017]图1、图2为本实用新型提供的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴的结构原理示意图，该喷嘴包括中心锥体1和与该中心锥体同轴布置的外围环形空气通道2，外围环形空气通道2内布置有轴向旋流装置7，该轴向旋流装置固定在中心锥体1上，并采用中空叶片结构，叶片沿环形空气通道均匀布置，叶片个数优选在4?10之间；叶片两侧开有燃料喷射孔8 ;在中心锥体内设置有环形中心燃料通道3，燃料喷射孔8与环形中心燃料通道3连通。在环形中心燃料通道3内设有中心清吹空气通道4，该中心清吹空气通道4贯穿整个中心锥体，在中心锥体1的下游端的壁面开有清吹斜孔5和清吹直孔6。清吹斜孔5沿轴向方向布置有1?10排，每两排清吹斜孔5的轴向间距优选为3?10mm。清吹斜孔5中心线同喷嘴中心轴线的夹角优选为5?45度。清吹斜孔5孔径优选为Φ0.5_?Φ2_。清吹直孔6孔径优选为Φ0.5mm?C>2mm。燃料喷射孔8孔径大小优选为Φ0.1mm?Φ0.5mm,燃料喷射孔8高度可调。外围环形空气通道2沿轴向在轴向旋流装置7之后有一喷嘴收缩段9。清吹空气从中心清吹空气通道4引入，在中心锥体1表面不同轴向位置向下游方向开有清吹斜孔5将空气引出，同时，清吹空气也从中心锥体1的清吹直孔6引出。
[0018]本实用新型的工作原理如下:
[0019]天然气燃料从环形中心燃料通道3进入喷嘴，通过中心锥体1壁面开孔进入轴向旋流装置7中，从叶片两侧的燃料喷射孔8喷出；空气分两级进入喷嘴，大部分通过外围环形空气通道2直接进入，在轴向旋流装置7前端同燃料喷射孔8喷出的燃料气掺混。混合气经轴向旋流装置7产生偏转，经喷嘴收缩段9混合气加速。另一小部分空气通过中心清吹空气通道4进入中心锥体1内部，从中心锥体1圆弧面的清吹斜孔5及清吹直孔6喷出，同主流混合气掺混，至喷嘴出口。提高中心锥体1表面及尾迹区的轴向速度，形成匹配的喷嘴出口速度分布和燃料空气掺混效果，保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。
【主权项】
1.一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，该喷嘴包括中心锥体(1)和与该中心锥体(1)同轴布置的外围环形空气通道(2)，外围环形空气通道(2)布置有轴向旋流装置(7)，该轴向旋流装置(7)固定在中心锥体(1)上，并采用中空叶片结构，叶片两侧开有燃料喷射孔(8)，在中心锥体内设置有环形中心燃料通道(3)，燃料喷射孔(8)与环形中心燃料通道(3)连通，其特征在于:在环形中心燃料通道(3)内设有中心清吹空气通道(4)，该中心清吹空气通道(4)贯穿整个中心锥体(1)，在中心锥体(1)下游端的壁面开有清吹斜孔(5)和清吹直孔⑶。2.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于:清吹斜孔(5)中心线同喷嘴中心轴线的夹角为5?45度。3.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于:清吹斜孔(5)沿轴向方向布置有1?10排，每两排清吹斜孔(5)的轴向间距为3?10mm。4.如权利要求3所述的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于:清吹斜孔(5)孔径为Φ0.5mm?C>2mm05.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于:清吹直孔(6)孔径为Φ0.5mm?C>2mm06.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于:轴向旋流装置(7)采用轴向叶片式结构，叶片沿环形空气通道均匀布置，叶片个数在4?10之间。7.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于:燃料喷射孔⑶孔径大小为Φ0.1mm?Φ0.5mm。8.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于:夕卜围环形空气通道(2)沿轴向在轴向旋流装置(7)之后有一喷嘴收缩段(9)。
【专利摘要】一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，该喷嘴包括中心锥体、外围环形空气通道、轴向旋流装置、环形中心燃料通道和中心清吹空气通道；环形中心燃料通道设置在中心锥体内，中心清吹空气通道布置在环形中心燃料通道内；所述中心清吹空气通道贯穿整个中心椎体，在中心椎体下游端的壁面上开有清吹斜孔和清吹直孔。本实用新型通过向中心锥体内部引入空气，对中心锥体附面层进行清吹，减少了中心锥体下游的低速区，保证了燃烧的可靠性。该技术方案能够通过调整清吹空气流量大小和气流方向，保证空气通道内周侧的气流轴向速度，进而实现了喷嘴出口速度合理分布、燃料空气掺混均匀以及良好的出口温度分布。
【IPC分类】F23R3/38
【公开号】CN205048478
【申请号】CN201420766673
【发明人】张龙, 张珊珊, 查筱晨, 刘小龙
【申请人】北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2014年12月8日