19和中心体内扩张段20，且中心体内扩张段20位于中心体内收缩段19的下游。中心体内收缩段19会提高燃料空气混合气的喷射速度，在中心体混合通道喉道21处达到最大，中心体混合通道喉道21可以防止中心预混火焰24向中心体混合通道22内回火；中心体内扩张段20会对燃料空气混合气进行导流，使得燃料空气混合气不易发生分离且容易被中间夹层扩散火焰25引燃。
[0033]同时，中心体I上靠近头部端壁5的一端设有中心体外扩张段18 ;在头部端壁5上设有端壁喷射孔17，该端壁喷射孔17穿过中心体外扩张段18与外围混合通道23连通，使部分燃料空气混合气可从端壁喷射孔17喷射，将对头部端壁6有一定的冷却作用。
[0034]结合图3、图4所示，中心体预混燃料喷射孔12和端壁喷射孔17为直孔或斜孔。其中，直孔为沿轴向开设的通孔，斜孔为沿轴向与径向的矢量方向开设的通孔，同时，中心体预混燃料喷射孔12和端壁喷射孔17也可以为用于使燃料旋转通过的切向孔，当然，还可为其他类型的孔，例如，锥形孔等等。
[0035]本实施例中头部端壁5的轴向位置在环形壁2的轴向范围内，即头部端壁5处于环形壁2的包覆范围之内。
[0036]其中，旋流装置3包括沿中心体I周向设置的旋流叶片4，旋流叶片4内设有叶片内部通道9，叶片内部通道9上设置有叶片预混燃料喷射孔10，叶片内部通道9与预混燃料通道8连通。
[0037]而且，旋流孔板6上开设多个切向孔7，用于产生旋流。
[0038]此外，本发明提供一种燃气轮机，其包括所述的喷嘴。
[0039]本发明的工作原理如下:首先，外部空气分别通过旋流装置3和旋流孔板6形成旋流进入外围混合通道23和中心体混合通道22，燃料通过预混燃料通道8分别进入叶片内部通道9和中心体预混燃料喷射孔12，一部分燃料通过叶片内部通道9上的叶片预混燃料喷射孔10向外围混合通道23中喷射并与空气进行混合，另一部分燃料通过中心体预混燃料喷射孔12向中心体混合通道22中喷射并与空气进行混合。
[0040]中心体I中开有独立的扩散燃料通道13，扩散燃料通道13下游开有集油腔14，集油腔14下游开有节流孔15，中心体I的头部端壁6上开有环形燃料出口 16，且通过节流孔15与扩散燃料通道13连通，使得燃料可以直接喷射进入火焰筒内发生扩散燃烧，形成中间夹层扩散火焰25 ;节流孔15的下游设有环形燃料出口 16的目的是为了降低燃料的喷射速度，使中间夹层扩散火焰25更加稳定。
[0041]中心体混合通道22内部设有中心体内收缩段19、中心体内扩张段20，且中心体内扩张段20在中心体内收缩段19下游，即中心体混合通道22为收缩一扩张通道；中心体内收缩段19、中心体内扩张段20之间形成中心体混合通道喉道21，从中心体混合通道22喷射出的燃料空气混合气被中间夹层扩散火焰25引燃，形成中心预混火焰24 ;中心体混合通道22内的中心体内收缩段19会提高燃料空气混合气的喷射速度，在中心体混合通道喉道21处达到最大，中心体混合通道喉道21可以防止中心预混火焰24向中心体混合通道22内回火；中心体内扩张段20会对燃料空气混合气进行导流，使得燃料空气混合气不易发生分离且容易被中间夹层扩散火焰25引燃。外围混合通道23喷射的燃料空气混合气被间夹层扩散火焰25引燃，形成外围预混火焰26 ;中心体I在头部端壁6上游设有中心体外扩张段18，会提高燃料空气混合气的喷射速度，可以防止外围预混火焰26向外围混合通道23内回火。
[0042]头部端壁6上开有端壁喷射孔17，端壁喷射孔17通过中心体外扩张段18与外围混合通道23连通，部分燃料空气混合气从端壁喷射孔17喷射，将对头部端壁6有一定的冷却作用。
[0043]如图5所示，最终形成的效果为喷嘴出口的中间为扩散燃烧火焰，内外层均为预混燃烧火焰，在扩散燃烧的作用下，在较低负荷下，喷嘴的火焰稳定性以及燃烧效率得到极大地改善；随着负荷的升高，由于进口温度、进口温度以及燃料空气混合气当量比的增大，预混火焰的稳定性及燃烧效率达到较高水平，且为了达到较低的排放，此时可关闭扩散燃料通道13，只有预混燃料通道8供应燃料，喷嘴采用全预混燃烧的模式。
[0044]综上所述，本发明提供了一种喷嘴，通过在喷嘴头部端壁上设置独立的燃料出口，使部分燃料直接喷射进入火焰筒进行扩散燃烧，最终形成中间夹层为扩散燃烧火焰、内外层为预混燃烧火焰的形式，处在喷嘴出口中间夹层的扩散燃烧火焰能够极大地提高喷嘴的稳火性能及保证较高的燃烧效率。该喷嘴结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题。
[0045]本发明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发明限于所公开的形式。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发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1.一种喷嘴，包括中心体(1)、环形壁(2)及旋流装置(3)，所述中心体(I)内设有中心体混合通道(22);所述中心体混合通道(22)的进口端设有旋流孔板￠)，出口端设有头部端壁(5);所述环形壁(2)同轴设置在中心体⑴的外围，在所述环形壁(2)与环形壁(2)之间形成外围混合通道(23);所述旋流装置(3)位于外围混合通道(23)上靠近中心体(I)进口的一端；其特征在于:所述中心体(I)上设有预混燃料通道(8)和扩散燃料通道(13);所述预混燃料通道(8)通过中心体预混燃料喷射孔(12)与中心体混合通道(22)连通；所述头部端壁(5)上设有朝向火焰筒点火区域的环形燃料出口(16)，所述环形燃料出口(16)与扩散燃料通道(13)连通。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述扩散燃料通道(13)通过集油腔(14)与环形燃料出口(16)连通。
3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述集油腔(14)与环形燃料出口(16)之间设有节流孔(15)。
4.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述的中心体混合通道(22)上设有中心体内收缩段(19)和中心体内扩张段(20)，且中心体内扩张段(20)位于中心体内收缩段(19)的下游。
5.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述中心体(I)上靠近头部端壁(5)的一端设有中心体外扩张段(18);所述头部端壁(5)上设有端壁喷射孔(17)，所述端壁喷射孔(17)穿过所述中心体外扩张段(18)与外围混合通道(23)连通。
6.根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述中心体预混燃料喷射孔(12)和端壁喷射孔(17)为直孔或斜孔。
7.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述头部端壁(5)的轴向位置位于环形壁(2)的轴向范围内。
8.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述旋流装置(3)包括沿中心体(I)周向设置的旋流叶片(4)，所述旋流叶片(4)内设有叶片内部通道(9)，所述叶片内部通道(9)上设置有叶片预混燃料喷射孔(10)，所述叶片内部通道(9)与预混燃料通道(8)连通。
9.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述旋流孔板￠)上开设多个切向孔⑵。
10.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的喷嘴。
【专利摘要】本发明涉及动力装备技术领域，具体涉及一种喷嘴及燃气轮机。该喷嘴包括中心体、环形壁和旋流装置；环形壁与中心体之间形成外围混合通道，中心体内部开有中心体混合通道，且在中心体上还分别设有独立的预混燃料通道和扩散燃料通道，预混燃料通道分别向中心体混合通道和外围混合通道喷射燃料，形成燃料空气混合气，扩散燃料通道直接向火焰筒轴向喷射燃料，最终在喷嘴出口处形成中间为扩散燃烧火焰、内外层均为预混燃烧火焰的火焰形式。在扩散燃烧的作用下，在较低负荷下，喷嘴的火焰稳定性以及燃烧效率得到极大地改善；同时，由于主要是对喷嘴出口处的结构改进，可实现结构易加工维修的效果。
【IPC分类】F23R3-38
【公开号】CN104566472
【申请号】CN201410841793
【发明人】付镇柏, 张珊珊, 查筱晨
【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】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日