燃气轮机及其微混合喷嘴的制作方法

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地涉及一种微混合喷嘴和具有该微混合喷嘴的燃气轮机。

背景技术：

压缩空气和燃料的混合物在燃气轮机的燃烧器内燃烧，产生高温烟气推动透平做功，其中燃烧器通过其喷嘴(通常也称为燃料喷嘴)将燃料和空气混合并喷射至燃烧区域。燃料和空气混合均匀度是影响燃气轮机污染物排放的重要因素，提高燃料和空气混合均匀度能够降低污染物排放。

相关技术中，燃气轮机的喷嘴采用多喷嘴结构或是微混合结构，以提高燃料和空气的掺混能力。然而，现有的喷嘴形成的火焰面为一个平直火焰面，火焰面固定单一，火焰面的面积小，释热过于集中，能量释放会引发更强的不稳定放热，容易诱发燃烧振荡。

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，本发明一方面提出了一种微混合喷嘴,该微混合喷嘴增加了火焰面的面积，增强了火焰稳定性，降低燃烧振荡发生的风险。

本发明还提出了一种具有上述微混合喷嘴的燃气轮机。

根据本发明第一方面的实施例的微混合喷嘴包括壳体，所述壳体内具有燃料室，所述壳体包括第一端壁、第二端壁和位于所述第一端壁和第二端壁之间的周壁，所述第一端壁内具有多个空气进口和用于向所述燃料室内供给燃料的燃料进口，所述第二端壁内具有多个喷出口，所述第二端壁的外壁面为向外凸出的曲面；多个微混合管，所述微混合管贯穿所述燃料室，所述微混合管具有进口端和喷出端，所述进口端与所述空气进口连通，所述喷出端与所述喷出口连通，所述微混合管上设有连通所述微混合管的内腔和所述燃料室的开孔。

根据本发明实施例的微混合喷嘴，通过将微混合喷嘴的喷出界面设置呈向外凸出的曲面，增加了火焰面的面积，增强了火焰稳定性，降低燃烧振荡发生的风险。

在一些实施例中，所述微混合管的进口端配合在所述空气进口内，所述进口端的端面与所述第一端壁的外壁面平齐、位于所述空气进口内或向外延伸超出所述第一端壁的外壁面。

在一些实施例中，所述微混合管的喷出端配合在所述喷出口内，所述喷出端的端面与所述第二端壁的外壁面平齐或位于所述喷出口内。

在一些实施例中，所述第二端壁的外壁面为椭球冠或球冠。

在一些实施例中，所述周壁为圆筒状，所述周壁的中心纵轴线不通过所述第二端壁的外壁面的底的中心。

在一些实施例中，所述第二端壁的外壁面的中心角小于180°。

在一些实施例中，所述第二端壁的内壁面和外壁面彼此平行。

在一些实施例中，所述第一端壁为正交于所述周壁的中心纵轴线的平壁。

在一些实施例中，所述燃料进口具有多个，多个所述燃料进口均匀间隔布置，所述空气进口围绕所述燃料进口分布。

在一些实施例中，所述微混合喷嘴还包括隔板，所述隔板设在所述燃料室内，所述隔板距所述第二端壁的距离小于距所述第一端壁的距离，所述燃料室分成位于所述第一端壁与所述隔板之间的第一燃料室和位于所述隔板与所述第二端壁之间的第二燃料室，所述第一燃料室和所述第二燃料室通过所述隔板上的连通孔连通，所述燃料进口与所述第二燃料室连通，所述微混合管上的开孔将所述第一燃料室与所述微混合管的内腔连通。

在一些实施例中，所述隔板与所述第二端壁彼此平行。

在一些实施例中，所述微混合喷嘴还包括燃料管，所述燃料管具有进料端和出料端，所述进料端配合在所述燃料进口内，所述进料端与所述第一端壁的外壁面平齐或向外延伸超出所述第一端壁的外壁面，所述出料端穿过所述第一燃料室且与所述第二燃料室连通。

在一些实施例中，所述燃料管的直径为2～20mm，所述微混合管的直径为0.5～10mm。

在一些实施例中，所述第二端壁的内壁面设有肋板。

根据本发明第二方面的实施例的燃气轮机包括上述任一实施例的微混合喷嘴。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的微混合喷嘴的整体结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的微混合喷嘴的结构图。

图3是根据本发明的另一个实施例的微混合喷嘴的结构图。

图4是根据本发明的另一个实施例的微混合喷嘴的局部放大图。

附图标记：

壳体1，燃料室101，第一燃料室1011，第二燃料室1012，第一端壁11，第二端壁12，周壁13，空气进口14，燃料进口15，喷出口16，微混合管2，开孔21，燃料管3，隔板4，连通孔41，肋片5。

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。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“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。

如图1-4所示，根据本发明实施例的微混合喷嘴，该微混合喷嘴能够用于燃气轮机，微混合喷嘴包括壳体1和多个微混合管2。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。

壳体1内具有燃料室101，壳体1包括第一端壁11、第二端壁12和周壁13，周壁13位于第一端壁11和第二端壁12之间。换言之，周壁13为一套罩，套罩的左端连接第一端壁11，套罩的右端连接第二端壁12，从而通过第一端壁11、套罩和第二端壁12围出燃料室101。其中，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。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。

第一端壁11内具有空气进口14和燃料进口15，通过燃料进口15向燃料室101内供给燃料；第二端壁12内具有多个能够喷出燃料和空气的混合物的喷出口16，第二端壁12的外壁面为向外凸出的曲面。其中，“外”是相对于燃料室101而言，背离燃料室101的方向为“外”，朝向燃料室101的方向为“内”。如图1、2所示，第二端壁12的外壁面为第二端壁12的右壁面，右壁面为向右凸出的曲面。可以理解的是，右壁面可以为具有一个曲率的曲面，也可以包括多个不同曲率的曲面。

微混合管2贯穿燃料室101，具体地，微混合管的直径为0.5mm～10mm。微混合管2上设有开孔21，以连通微混合管2的内腔和燃料室101，微混合管2具有进口端和喷出端，进口端与空气进口14连通，以便空气进入微混合管2内，可以理解的是，为与多个微混合管2相适应，空气进口14具有多个；喷出端与喷出口16连通，由燃料进口15进入燃料室101内的燃料经微混合管2上的开孔21进入微混合管2的内腔，并与微混合管2内的空气混合形成空气和燃料的混合物，再经微混合管2的喷出端传递到喷出口16，由喷出口16将混合物喷出。

换言之，如图1、2所示，微混合管2的左端为进口端，微混合管2的右端为出口端，微混合管2的左端与空气进口14连通，微混合管2的右端与喷出口16连通。

具体地，微混合管2的左端配合在空气进口14内，且微混合管2的左端面与第一端壁11的左壁面平齐，即空气通过微混合管2的左端直接进入微混合管2内，微混合管2的左端作为空气进口14；或者，微混合管2的左端面位于空气进口14内，即空气先经空气进口14再经微混合管2的左端进入微混合管2内；或者，微混合管2的左端面向外延伸超出第一端壁11的外壁面，即微混合管2的左端穿过第一端壁11的空气进口14并伸出燃料室101，空气经微混合管2的左端直接进入微混合管2内。

更进一步地，微混合管2的右端配合在喷出口16内，微混合管2的右端面与第二端壁12的右壁面平齐，即空气和燃料的混合物通过微混合管2的右端直接喷出，微混合管2的右端作为喷出口16；或者，微混合管2的右端面位于喷出口16内，空气和燃料的混合物经微混合管2的右端面进入喷出口16内，再将喷出口16喷出。

根据本发明实施例的微混合喷嘴，通过将微混合喷嘴的喷出界面设置呈向外凸出的曲面，可以形成与该曲面形状相一致的火焰面，增加了火焰面的面积，增强了火焰稳定性，削弱了燃烧振荡的现象。

在一些实施例中，第二端壁12的外壁面为椭球冠或球冠。换言之，如图1所示，第二端壁12的右壁面为椭球的一部分曲面或是圆球的一部分曲面，以形成向外突出的曲面，增大火焰面的面积。具体地，周壁13为圆筒状，圆筒状的周壁13的中心纵轴线不通过第二端壁12的右壁面的底的中心。这里，可以理解的是，椭球冠和球冠均具有底，椭球冠的底具有中心，球冠的中心也具有中心，由于第二端壁12的右壁面为椭球冠或球冠，第二端壁12的外壁面具有底，该底具有中心，且该底的中心不在周壁13具有中心纵轴线上。换言之，第二端壁12的右壁面不是椭球的半个曲面或圆球的半个曲面。

更进一步地，第二端壁12的右壁面的中心角小于180°，这里，需要解释的是，第二端壁12的右端面为球冠时，第二端壁12的右壁面的中心角为球冠所在球的球心与球冠的圆弧的一端的连线与该球心和该圆弧的另一端的连线之间的夹角，该夹角小于180°，则球冠小于该球的半个球面；第二端壁12的右端面为椭球冠时，第二端壁12的右壁面的中心角为椭球冠所在椭球的椭球中心与椭球冠的圆弧的一端的连线与该椭球中心和该圆弧的另一端的连线之间的夹角，该夹角小于180°，则椭球冠小于该椭球的半个椭球面。

在一些实施例中，第二端壁12的内壁面和外壁面彼此平行。换言之，如图1所示，第二端壁12的左壁面和右壁面为平行曲面，换言之，第二端壁12的左壁面的任一点沿第二端壁12的厚度方向到第二端壁12的右壁面的距离均相同，即第二端壁12的左壁面和右壁面的形状一致，以使第二端壁12形成向外凸出的弯曲的壁。

在一些实施例中，第一端壁11为正交于周壁13的中心纵轴线的平直壁，换言之，第一端壁11为平直的壁，且垂直于周壁13的中心纵轴线。进一步地，如图1所示，第一端壁11竖直设置，周壁13的中心纵轴线水平。

在一些实施例中，燃料进口15具有多个，多个燃料进口15均匀间隔布置，空气进口14围绕燃料进口15分布。

在一些实施例中，微混合喷嘴还包括燃料管3，燃料管3与燃料进口15连通，以便向燃料室101内供应燃。具体地，燃料管3的直径为2mm～20mm。

在一些实施例中，如图3所示，微混合喷嘴还包括隔板4，隔板4设在燃料室101内，隔板4距第二端壁12的距离小于隔板4距第一端壁11的距离。燃料室101被隔板4分成第一燃料室1011和第二燃料室1012，第一燃料室1011位于第一端壁11与隔板4之间，第二燃料室1012位于隔板4与第二端壁12之间，第一燃料室1011和第二燃料室1012通过隔板4上的连通孔41连通，燃料进口15与第二燃料室1012连通，微混合管2上的开孔21将第一燃料室1011与微混合管2的内腔连通。

在一些实施例中，燃料管3贯穿第一燃料室1011，燃料管3具有进料端(图3中所示的左端)和出料端(图3中所示的右端)，燃料管3的进料端与燃料进口15连通，燃料管3的出料端与第二燃料室1012连通。具体地，燃料管3的左端配合在燃料进口15内，燃料管3的左端面与第一端壁11的左壁面平齐，或者，燃料管3的左端面向外延伸超出第一端壁11的左壁面；燃料管3的右端穿过第一燃料室1011且与第二燃料室1012连通，燃料管3的右端面与隔板4的右端面平齐。

可以理解的是，如图3所示，燃料经燃料管3从左向右输送到第二燃料室1012内，并冲击到第二端壁12的左壁面，对该壁面进行冷却；第二燃料室1012内的燃料经隔板4上的连通孔41进入第一燃料室1011内，第一燃料室1011内的燃料经微混合管2上的开孔21进入微混合管2内与微混合管2内的空气混合。

在一些实施例中，隔板4与第二端壁12彼此平行。可以理解的是，隔板4的右端面可以为向右凸出的曲面，与第二端壁12的右壁面保持一致，还可以，隔板4为向右凸出的弯曲的板，且与第二端壁12的整体形状保持一致。通过将隔板4的形状与第二端壁12的形状一致，进一步提高了燃料供应到第二燃料室1012时对第二端壁12的冷却。

在一些实施例中，第二端壁12的内壁面设有肋片5，如图4所示，第二端壁12的左壁面设有肋片5，进一步地，肋片5设有多个，在一些实施例中，通过在出口端壁的内壁面设有肋片，能够加强对出口端面的冲击冷却，通过引导冷却气流的流动方向以增强冷却。

下面参考附图1和附图2描述根据本发明具体实施例的微混合喷嘴。

如图1-2所示，根据本发明实施例的微混合喷嘴包括壳体1、多个微混合管2和多个燃料管3，微混合管的直径为0.5mm～10mm，燃料管3的直径为2mm～20mm。

壳体1内具有燃料室101，壳体1包括第一端壁11、第二端壁12和周壁13，周壁13的左端连接第一端壁11，周壁13的右端连接第二端壁12，以围出燃料室101。第一端壁11内具有多个空气进口14和多个燃料进口15，第二端壁12具有喷出口16。周壁13为圆筒状，第一端壁11为正交于周壁13的中心纵轴线的平直壁，第二端壁12的左壁面和右壁面均为向外凸起的椭球冠或球冠，且第二端壁12的左壁面和右壁面彼此平行布置，即第二端壁12的左壁面和右壁面的形状一致，以使第二端壁12形成向外凸出的弯曲的壁，圆筒状的周壁13的中心纵轴线不通过第二端壁12的左壁面的底的中心和右壁面的底的中心，且第二端壁12的左壁面和右壁面的中心角均小于180°。

微混合管2贯穿燃料室101设置，微混合管2上设有连通燃料室101与微混合管2的内腔的开孔21，微混合管2的左端与空气进口14配合，且微混合管2的左端面与第一端壁11的左壁面平齐，微混合管2的右端与喷出口16配合，且微混合管2的右端面与第二端壁12的右壁面平齐。

多个燃料管3均匀间隔布置，微混合管2围绕燃料管3布置，燃料管3的右端与燃料进口15连通，燃料管3的左端向左延伸超出第一端壁11的左壁面，即燃料管3位于燃料室101外侧。

下面参考图3和图4描述根据本发明另一个实施例的微混合喷嘴。

如图3-4所示，根据本发明实施例的微混合喷嘴包括壳体1、隔板4、多个微混合管2和多个燃料管3。

隔板4设在燃料室101内且与第二端壁12彼此平行，隔板4距第二端壁12的距离小于隔板4距第一端壁11的距离。燃料室101被隔板4分成第一燃料室1011和第二燃料室1012，第一燃料室1011位于第一端壁11与隔板4之间，第二燃料室1012位于隔板4与第二端壁12之间，第一燃料室1011和第二燃料室1012通过隔板4上的连通孔41连通，燃料进口15与第二燃料室1012连通，微混合管2上的开孔21将第一燃料室1011与微混合管2的内腔连通。第二端壁12的左端面设有多个肋片5，以增强对出口端面的冷却。

燃料管3的左端向外延伸超出第一端壁11的左端面，燃料管3的右端穿过第一燃料室1011与第二燃料室1012连通，且燃料管3的右端面与隔板4的右端面平齐。

图3、4所示的微混合喷嘴的其他结构和操作可以与图1、2所示实施例相同，这里不再详细描述。

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。