一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件的制作方法

本发明涉及一种燃气轮机零部件，特别是一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件，属于燃气轮机技术领域。

背景技术：

干式低nox（dln）燃烧技术（dln）是当今国际上重型燃气轮机普遍采用的控制污染物排放的成熟技术。在干式低nox燃烧技术中，最关键的是实现燃料和空气的均匀混合以及稀相预混燃烧。稀相预混燃烧最实质的优点就是其火焰温度低，直接影响nox的生成。但是除了控制燃料和空气的比例外，nox生成的水平还对系统能够达到的燃料空气混合均匀度非常敏感。通过旋流器使空气和燃料均匀混合，是实际中最常用的方法。

相比传统的扩散燃烧室，dln技术在污染控制方面具有不可比拟的优势。但同时，由于燃烧方式的转变，也给设计燃烧器带来一系列挑战，如燃烧稳定性差、回火、负荷调节范围变小、燃烧振荡等问题。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种稳定燃烧，防止回火，抑制燃烧振荡的燃气轮机燃烧室旋流器及组件。

本发明采用的技术方案如下：

一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件，包括旋流器及设置于旋流器气流下游的导流环和预混腔，所述旋流器与导流环连通，导流环与预混腔连通。

进一步的，所述旋流器为径向旋流器，包括布置成圈的多个旋流叶片，旋流叶片顶部与圆形端板固定连接，旋流叶片底部与燃烧器端盖可拆卸连接，燃烧器端盖与圆形端板同心设置，圆形端板上设有同心的中心孔；旋流叶片沿径向延伸，相邻旋流叶片之间形成沿中心孔切线方向延伸的旋流槽道，旋流槽道设有燃料喷管，燃料喷管安装于燃烧器端盖上，燃料喷管上设有多个燃料喷孔。

进一步的，所述旋流叶片的外端宽度大于内端宽度，旋流叶片的外端两侧有倒角。

进一步的，所述旋流叶片的数量为4-24片。

进一步的，所述旋流叶片的安装角度30-60°。

进一步的，所述燃料喷管位于旋流槽道进气端两侧的旋流叶片倒角处，燃料喷孔向旋流槽道入口处喷出燃料。

进一步的，所述燃料喷管位于旋流槽道进气端中间，燃料喷孔向两侧旋流叶片喷出燃料。

进一步的，所述导流环与圆形端板的中心孔固定连通，导流环的进气口的直径与圆形端板中心孔的直径相同。

进一步的，所述导流环呈喇叭口状。

进一步的，所述导流环的进气口的直径大于导流环的出气口的直径，导流环的进气口到导流环的出气口的直径逐渐递减。

进一步的，所述预混腔为筒体结构。

进一步的，所述旋流器、导流环与预混腔一体成型。

本发明的一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件的工作过程如下：高压空气经径向旋流器的旋流槽道入口端流入，在旋流叶片的作用下产生强烈旋流，与旋流槽道入口端燃料喷孔喷出的燃料混合均匀，从旋流槽道出口端流出，然后混合燃料来到导流环处，导流环可以防止混合燃料脱离壁面，稳定的进入预混腔然后来到火焰筒。

需要说明的是，燃气喷管有两种设置方式，一种是设置于旋流槽道入口端的中间，燃料喷孔向两侧旋流叶片喷出燃料；另一种是设置于旋流槽道入口端两侧旋流叶片倒角处，有两根燃料喷管，燃料喷孔向旋流槽道入口端喷出燃料。两种技术方案都是向两个方向喷出燃料，与单方向喷出燃料的技术方案相比，本发明的技术方案能使燃料和空气混合更均匀，达到稳定燃烧，降低局部火焰温度，降低nox排放。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：径向旋流器使燃气与空气充分混合均匀，导流环使混合燃料转弯时不会分离壁面，防止混合燃料在转弯处形成涡流，保持气流稳定，可以稳定燃烧，抑制燃烧振荡；预混腔加长了燃气和空气的混合距离，使燃料和空气混合更充分，通过改变预混腔的直径控制气流流速，防止发生回火现象，调整预混腔的长度能抑制燃烧振荡的产生。本发明使空气和燃料充分混合均匀并稳定传送到火焰筒，实现稳定燃烧，防止回火，抑制燃烧振荡的有益技术效果。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是燃气机燃烧室旋流器及组件剖面示意图；

图2是导流环与端板连接示意图；

图3是喷管位于旋流槽道中间的示意图；

图4是喷管位于旋流槽道中间的燃料和空气流向示意图；

图5是喷管位于旋流槽道两侧倒角处的示意图；

图6是喷管位于旋流槽道两侧倒角处的燃料和空气流向示意图；

图中标记：1-旋流叶片、2-燃烧器端盖、3-圆形端板、4-导流环、5-预混腔、6-燃料喷管、7-旋流槽道、8-导流环的进气口、9-导流环的出气口。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1-4所示，本实施例的一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件，包括旋流器及设置于旋流器气流下游的导流环4和预混腔5，导流环4位于旋流器和预混腔5之间，旋流器、导流环4与预混腔5一体成型；所述旋流器为径向旋流器，包括布置成圈的多个旋流叶片1，旋流叶片1顶部与圆形端板3固定连接，旋流叶片1底部与燃烧器端盖2螺栓连接，燃烧器端盖2上设有燃料喷管装配孔，燃烧器端盖2与圆形端板3同心设置，圆形端板3上设有同心的中心孔；旋流叶片1沿径向延伸，相邻旋流叶片之间形成沿中心孔方向延伸的旋流槽道7，旋流槽道7设有燃料喷管6，燃料喷管6安装于装配孔上，燃料喷管6上设有多个燃料喷孔，旋流叶片1的外端宽度大于内端宽度，旋流叶片的数量为4片，旋流叶片的安装角度30°，燃料喷管6位于旋流槽道7进气端中间，燃料喷孔向两侧旋流叶片1喷出燃料。

所述导流环4与圆形端板3的中心孔固定连通，导流环的进气口8的直径与圆形端板3中心孔的直径相同，导流环4呈喇叭口状，导流环的进气口8的直径大于导流环的出气口9的直径，导流环的进气口8到导流环的出气口9的直径逐渐递减；预混腔5和导流环4固定连通，预混腔5为圆柱体结构，预混腔5的直径与导流环的出气口9的直径相同。

实施例2

如图1-2和图5-6所示，本实施例的一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件，包括旋流器及设置于旋流器气流下游的导流环4和预混腔5，导流环4位于旋流器和预混腔5之间，旋流器、导流环4与预混腔5一体成型；所述旋流器为径向旋流器，包括布置成圈的多个旋流叶片1，旋流叶片1顶部与圆形端板3固定连接，旋流叶片1底部与燃烧器端盖2螺栓连接，燃烧器端盖2上设有燃料喷管装配孔，燃烧器端盖2与圆形端板3同心设置，圆形端板3上设有同心的中心孔；旋流叶片1沿径向延伸，相邻旋流叶片之间形成沿中心孔方向延伸的旋流槽道7，旋流槽道7设有燃料喷管6，燃料喷管6安装于装配孔上，燃料喷管6上设有多个燃料喷孔，旋流叶片1的外端宽度大于内端宽度，旋流叶片的数量为24片，旋流叶片的安装角度60°，燃料喷管6位于旋流槽道7进气端两侧的旋流叶片1倒角处，燃料喷孔向旋流槽道7入口处喷出燃料。

所述导流环4与圆形端板3的中心孔固定连通，导流环的进气口8的直径与圆形端板3中心孔的直径相同，导流环4呈喇叭口状，导流环的进气口8的直径大于导流环的出气口9的直径，导流环的进气口8到导流环的出气口9的直径逐渐递减；预混腔5和导流环4固定连通，预混腔5为圆柱体结构，预混腔5的直径与导流环的出气口9的直径相同。

实施例3

如图1-4所示，本实施例的一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件，包括旋流器及设置于旋流器气流下游的导流环4和预混腔5，导流环4位于旋流器和预混腔5之间，旋流器、导流环4与预混腔5一体成型；所述旋流器为径向旋流器，包括布置成圈的多个旋流叶片1，旋流叶片1顶部与圆形端板3固定连接，旋流叶片1底部与燃烧器端盖2螺栓连接，燃烧器端盖2上设有燃料喷管装配孔，燃烧器端盖2与圆形端板3同心设置，圆形端板3上设有同心的中心孔；旋流叶片1沿径向延伸，相邻旋流叶片之间形成沿中心孔方向延伸的旋流槽道7，旋流槽道7设有燃料喷管6，燃料喷管6安装于装配孔上，燃料喷管6上设有多个燃料喷孔，旋流叶片1的外端宽度大于内端宽度，旋流叶片的数量为16片，旋流叶片的安装角度45°，燃料喷管6位于旋流槽道7进气端中间，燃料喷孔向两侧旋流叶片1喷出燃料。

所述导流环4与圆形端板3的中心孔固定连通，导流环的进气口8的直径与圆形端板3中心孔的直径相同，导流环4呈喇叭口状，导流环的进气口8的直径大于导流环的出气口9的直径，导流环的进气口8到导流环的出气口9的直径逐渐递减；预混腔5和导流环4固定连通，预混腔5为圆柱体结构，预混腔5的直径与导流环的出气口9的直径相同。

实施例4

如图1-2和图5-6所示，本实施例的一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件，包括旋流器及设置于旋流器气流下游的导流环4和预混腔5，导流环4位于旋流器和预混腔5之间，旋流器、导流环4与预混腔5一体成型；所述旋流器为径向旋流器，包括布置成圈的多个旋流叶片1，旋流叶片1顶部与圆形端板3固定连接，旋流叶片1底部与燃烧器端盖2螺栓连接，燃烧器端盖2上设有燃料喷管装配孔，燃烧器端盖2与圆形端板3同心设置，圆形端板3上设有同心的中心孔；旋流叶片1沿径向延伸，相邻旋流叶片之间形成沿中心孔方向延伸的旋流槽道7，旋流槽道7设有燃料喷管6，燃料喷管6安装于装配孔上，燃料喷管6上设有多个燃料喷孔，旋流叶片1的外端宽度大于内端宽度，旋流叶片的数量为8片，旋流叶片的安装角度50°，燃料喷管6位于旋流槽道7进气端两侧的旋流叶片1倒角处，燃料喷孔向旋流槽道7入口处喷出燃料。

所述导流环4与圆形端板3的中心孔固定连通，导流环的进气口8的直径与圆形端板3中心孔的直径相同，导流环4呈喇叭口状，导流环的进气口8的直径大于导流环的出气口9的直径，导流环的进气口8到导流环的出气口9的直径逐渐递减；预混腔5和导流环4固定连通，预混腔5为圆柱体结构，预混腔5的直径与导流环的出气口9的直径相同。

旋流叶片数量为4-24片，安装角度为30-60°时，燃料与空气的混合效果最好。

综上所述，采用本发明的一种燃气轮机燃烧室旋流器及组件，使空气和燃料充分混合均匀并稳定传送到火焰筒，实现稳定燃烧，防止回火，抑制燃烧振荡的有益技术效果。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。