一种新型燃烧室喷嘴的制作方法

本实用新型涉及一种燃气轮机部件，尤其涉及一种新型燃烧室喷嘴。

背景技术：

在重型燃气轮机主要燃用天然气和燃油，同时也在大力开发燃用煤气化合成气等富氢燃气乃至纯氢的燃气轮机，以扩大重型燃气轮机燃料的范围；与此同时，表征重型燃气轮机技术水平的燃气温度、压比及热效率还在不断提高，单机容量持续加大；另外随着环境污染的加重，各国对燃气轮机污染物的排放标准也越来越严格。所有这些都对燃气轮机的燃烧室提出了越来越高的要求。

燃烧室作为燃气轮机三大部件之一，位于压气机和透平之间，其主要作用就是输入燃料，使燃料与压气机输送来的作为氧化剂的高压气体在燃烧室中进行很好地混合，然后燃烧，力求将蕴藏在燃料中的化学能充分转化为燃气的热能。这样经过压气机的压缩升压、燃烧室的燃烧升温的高压高温燃气就可以在后面的透平中进行膨胀从而产生功。

燃料与作为氧化剂的高压空气在燃烧室进行混合和燃烧，燃气与氧化剂混合的效果直接影响了燃烧效率、出口温度和污染物的排放。若燃料不能与氧化剂充分混合，致使燃烧过程中出现过热点，尤其像氢这种高反应性的燃料，可能会发生回火或者拢焰的危险，从而损坏喷嘴。局部过热点还可增加氮氧化物、一氧化碳等污染气体的产生，因此强化燃料和氧化剂的混合是非常有必要的。

目前的燃烧室多采用预混合燃烧，但由于燃烧室尺寸限制很难达到均匀混合的预期，为此人们设计各种结构来满足燃料和氧化剂充分混合的要求。现有技术中燃料室和空气室单独设置，通过从燃料室向气态燃料通道喷射燃料，从空气室向气态燃料通道喷射空气，以使燃料和空气混合，但这种燃料室和空气室单独设置的结构较为复杂，在有限的空间内没有较高效率的实现燃料和空气的充分混合。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种新型燃烧室喷嘴，用于向燃烧室输入气态燃料和空气，其包括：

中心燃料管，所述中心燃料管的中空腔为气态燃料通道；

空气管，所述空气管套在所述中心燃料管的外围且与中心燃料管同轴布置，所述空气管与中心燃料管之间为环形的空气通道，所述空气管的上游段(即气流的上游，指接近空气入口的一段空气管)设有用于向所述空气通道注入空气的进气孔，所述空气管设有多个空气喷孔，以使所述空气通道与所述燃烧室相连通；

喷嘴外壁，所述喷嘴外壁环接在所述空气管下游段(即气流的下游，指接近空气出口的一段空气管)的外围，所述喷嘴外壁轴向设有混合通道，所述混合通道一端连通所述燃烧室，相对的另一端为进气口；

第一径向燃料喷管，所述第一径向燃料喷管径向设置于所述空气通道内，且一端连通所述气态燃料通道，另一端连接喷嘴外壁；

第二径向燃料喷管，所述第二径向燃料喷管径向设置于所述喷嘴外壁内，且一端连通所述混合通道，另一端连通所述第一径向燃料喷管。

本实用新型的喷嘴，气态燃料通道中的气态燃料依次经第一径向燃料喷管与第二径向燃料喷管进入混合通道，与混合通道内的空气混合后流通至燃烧室，该过程中燃料流向与空气流向形成横向交叉形式，喷射出的燃料会对空气形成引射，强化了混合程度，缩短了燃料与作为氧化剂的空气在混合通道内的混合时间；另一方面，由进气孔进入空气通道的空气流至下游，经空气喷孔进入燃烧室，与来自混合通道的混合气体相混合；可见，气态燃料与作为氧化剂的空气依次进行了两次混合，燃料与空气的混合更加充分，大大提高了混合效率；进而减少了过热点的出现，减轻了喷嘴的损坏；本实用新型的喷嘴对气态燃料的适应性广，适于天然气、合成气、纯氢气及由惰性气体(比如N₂/CO₂/H₂O)稀释之后的合成气或氢气，因而该喷嘴在燃气轮机领域具有重要的推广应用价值。

进一步的，所述第一径向燃料喷管与第二径向燃料喷管一一对应，且二者的接口处平齐。平齐的接口使得第一径向燃料喷管与第二径向燃料喷管不会密闭的连接，进而使得部分气态燃料在此接口处有泄漏进空气通道的可能性，然后跟空气通道内的空气混合，再一起由空气喷孔喷出，由此更好地实现了燃料和空气的充分混合。

进一步的，所述第一径向燃料喷管为多个，多个所述第一径向燃料喷管沿周向均匀布置。

优选的，所述第一径向燃料喷管的内径小于与其相对应的第二径向燃料喷管的内径。

进一步的，所述第一径向燃料喷管与混合通道一一对应，且二者的内径比为0.1～0.2。

进一步的，所述混合通道为多个，多个所述混合通道沿周向均匀布置。

进一步的，所述第一径向燃料喷管的中心轴线方向与混合通道的中心轴线方向成30°～150°角。

进一步的，所述空气喷孔与混合通道的截面积比为0.4～0.6。

进一步的，所述进气孔为多个，且多个所述进气孔沿周向均匀布置。

进一步的，本实用新型的喷嘴还包括安装座，所述中心燃料管和空气管的上游均安装于所述安装座上。

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：

本实用新型的喷嘴，在混合通道内燃料流向与空气流向形成横向交叉形式，喷射出的燃料会对空气形成引射，强化了混合程度，缩短了燃料与作为氧化剂的空气在混合通道内的混合时间；另一方面，混合通道流出的混合气体与来自空气通道的空气再次混合，使得气态燃料与空气的混合更加充分，大大提高了混合效率；进而减少了过热点的出现，减轻了喷嘴的损坏；本实用新型的喷嘴的适应性广，适合于天然气、合成气、纯氢气等多种气态燃料，在燃气轮机领域具有重要的推广应用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述喷嘴的切面图；

图2为本实用新型实施例所述喷嘴的三维剖视图；

图3图2中A部的放大图；

其中，1、气态燃料通道；2、空气通道；3、混合通道；4、安装座；5、中心燃料管；6、第一径向燃料喷管；7、空气管；8、进气孔；9、空气喷孔；10、燃料入口；11、喷嘴外壁；12、第二径向燃料喷管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～3所示，本实施例提供了一种新型燃烧室喷嘴，用于向燃烧室输入气态燃料和空气，其包括：中心燃料管5、空气管7、喷嘴外壁11、第一径向燃料喷管6、第二径向燃料喷管12和安装座4；中心燃料管和空气管的上游均安装于安装座4上。

中心燃料管的中空腔为气态燃料通道1；

空气管7套在中心燃料管的外围且与中心燃料管5同轴布置，空气管7与中心燃料管5之间为环形的空气通道2，空气管的上游段设有用于向空气通道2注入空气的进气孔8，空气管7设有多个空气喷孔9，以使空气通道2与燃烧室(图中未示出)相连通；

喷嘴外壁11环接在空气管下游段的外围，喷嘴外壁11轴向设有混合通道3，混合通道一端连通燃烧室，相对的另一端为进气口；

第一径向燃料喷管6径向设置于空气通道2内，且一端连通气态燃料通道1，另一端连接喷嘴外壁11；

第二径向燃料喷管12径向设置于喷嘴外壁11内，且一端连通混合通道3，另一端连通第一径向燃料喷管6。

本实施例中，第一径向燃料喷管6与第二径向燃料喷管12一一对应，且二者的接口处平齐。第一径向燃料喷管6为多个，多个第一径向燃料喷管6沿周向均匀布置。第一径向燃料喷管6的内径小于与其相对应的第二径向燃料喷管12的内径。第一径向燃料喷管6与混合通道3一一对应，且二者的内径比为0.15。混合通道3为多个，多个混合通道3沿周向均匀布置。第一径向燃料喷管6的中心轴线方向与混合通道3的中心轴线方向成60°角。空气喷孔9与混合通道3的截面积比为0.4。进气孔8为多个，且多个进气孔8沿周向均匀布置。

工作中，燃料从设置于安装座4上的燃料入口10进入气态燃料通道1，依次经第一径向燃料喷管6与第二径向燃料喷管12进入混合通道3，与混合通道3内的空气混合后流通至燃烧室；同时，由进气孔8进入空气通道2的空气流至下游，经空气喷孔9进入燃烧室，与来自所述混合通道3的混合气体相混合；其中，第一径向燃料喷管6与第二径向燃料喷管12采用平齐对应，接口不做固定封闭式封接，使得部分气态燃料在接口处泄漏至空气通道2，然后跟空气通道内的空气混合，再一起由空气喷孔9喷出，由此更好地实现了燃料和空气的充分混合。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。