CN103175223A - 一种气路轴向分级式双燃料喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，包括气路外壁和安装在气路外壁里的主油路壁，主油路壁里安装副油路壁，主油路壁与副油路壁之间形成主油路通道，副油路壁里形成副油路通道，气路外壁和主油路壁之间形成气路；气路包括依次相连通的气路前腔、气路喉部、气路后腔，在气路外壁上，位于气路前腔的位置上设置气路一级喷气孔，位于气路喉部的位置上设置喉部喷气孔，位于气路后腔的位置设置气路二级喷气孔。本发明采用了气路轴向分级式结构，在减小喷嘴的径向尺寸的同时增大了气路流通面积，加强了燃料与空气间的掺混，强化了燃烧，缩短了火焰，同时又不烧蚀火焰筒壁面；在进行液体燃料燃烧时，气路还可以进行水蒸汽回注。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是燃气轮机的燃料喷嘴。
背景技术
燃气轮机由于具有结构简单、单机功率大、重量尺寸小、机动性好等优点，被广泛地应用于航空、船舶、电力、石油等诸多工业领域。因此，对常规燃机应用技术进行技术改造和性能优化，成为解决能源危机和环境污染问题的重要课题。化学回热循环是一种新型的先进循环方式，它主要利用燃机排气的低端余热产生过热蒸汽，在催化剂作用下燃油-蒸汽裂解生成甲烷、氢气和一氧化碳等气态燃料。研究表明，如果柴油裂解完全，裂解气燃烧所产生的热量会比柴油燃烧释放的热量增加大约30%。化学回热循环燃气轮机(CRGT)的工作方式（启动燃用柴油，稳定后燃用裂解气）决定其燃烧室采用双燃料系统，因此，要求化学回热燃气轮机燃烧室不但具有单独燃用燃油或裂解气燃料的功能，还具有两种燃料混烧的功能。喷嘴作为燃烧室的重要组件，其性能的优劣将直接影响点火、燃烧效率、燃烧稳定性、温度分布和排气污染等方面的性能，同时也会影响火焰筒和涡轮叶片的寿命。
为了保证进入燃烧室的出口温度相同，裂解气的质量流量要远远大于燃油质量流量，流速太大，裂解气与空气掺混不好，流场难以组织，容易造成火焰拉长，燃烧室出口温度场均匀性降低，恶化燃气轮机涡轮叶片的工作环境。专利“Dual fuel nozzle”（申请号US19990470592）和专利“DUAL FUEL NOZZLE”（申请号JP19980367255）是通过在径向增加气流通道来增大气体的流通面积，对于燃烧室的改造量较大。
发明内容
本发明的目的在于提供能够分级供应气体燃料，进而降低气体燃料流速，加强气体燃料与空气的掺混，达到在燃烧室中燃料浓度分布合理，燃烧完全，缩短火焰长度的目的，同时又能够在燃用液体燃料时进行蒸汽回注降低排放的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：包括气路外壁和安装在气路外壁里的主油路壁，主油路壁里安装副油路壁，主油路壁与副油路壁之间形成主油路通道，副油路壁里形成副油路通道，气路外壁和主油路壁之间形成气路；气路包括依次相连通的气路前腔、气路喉部、气路后腔，在气路外壁上，位于气路前腔的位置上设置气路一级喷气孔，位于气路喉部的位置上设置喉部喷气孔，位于气路后腔的位置设置气路二级喷气孔。
本发明还可以包括：
1、气路前腔的尾部为渐缩形，气路一级喷气孔设置在气路前腔的尾部上；气路喉部为圆柱形腔；气路后腔的首部为渐扩形，尾部为渐缩形，气路二级喷气孔设置在气路后腔的尾部上。
2、所述的气路一级喷气孔和喉部喷气孔均为1排，且均为4-8个、周向均匀布置，所述的气路二级喷气孔为1-3排。
3、所述的气路一级喷气孔、喉部喷气孔、气路二级喷气孔均为斜气孔，其截面为方形、椭圆形或圆形，气路一级喷气孔和气路二级喷气孔的旋向与燃烧室旋流器的旋向相反，喉部喷气孔的旋向与燃烧室旋流器的旋向相同；所述的喉部喷气孔与气路喉部的壁面夹角为45-60度。
4、副油路通道的端部设置副油路旋流器，气路后腔的尾部设置喷口，副油路旋流器与主油路通道均连通喷口。
本发明的优势在于：本发明采用了气路轴向分级式结构，在减小喷嘴的径向尺寸的同时增大了气路流通面积，通过本发明所述的喷嘴喷出的气体燃料，流速低，而且具有旋流效果，加强了燃料与空气间的掺混，强化了燃烧，缩短了火焰，同时又不烧蚀火焰筒壁面；在进行液体燃料燃烧时，气路还可以进行水蒸汽回注。通过以上措施达到了提高燃烧效率和降低排放的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的纵剖面示意图；
图3为本发明的气路纵剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～3，本发明一种气路轴向分级式双燃料喷嘴1，包括气路外壁7、主油路管道6、副油路管道5、副油路旋流器4，气路2采用轴向分级布置，油路3管道安装在气路2的中间并与气路外壁之7间形成气路腔体，气路2通过气路喉部分12割成气路前腔11和气路后腔13，气体燃料经一级、喉部和二级气路的喷气孔8、9、10喷出，液体燃料通过主、副油路6、5喷射到燃烧室，在进行液体燃料燃烧时可以通过气路回注水蒸汽。喷嘴气路共包括气路前腔11、气路喉部12和气路后腔13三部分。气路喷气孔共分为三种，与气路前腔相连的一级喷气孔8、与气路喉部相连的喉部喷气孔9以及与气路后腔相连的二级喷气孔10。气路2可以在喷嘴燃用液体燃料时进行水蒸汽回注。一级喷气孔8共1排，数量为4-8个，均匀、周向布置在气路前腔11与气路喉部12连接处的外壁7上。喉部喷气孔9共1排，数量为4-8个，与气路喉部12壁面夹角为45-60度。二级喷气孔10可交错布置1-3排。喷气孔的截面可为方形、椭圆形和圆形。一、二级喷气孔均为斜气孔，旋向与燃烧室旋流器的旋向相反。喉部喷气孔为斜气孔，旋向与一级喷气孔相反，与燃烧室旋流器的旋向相同。
本发明设计的双燃料喷嘴1主要包括气路2和油路3两部分，其中气路2包括由气路外壁7与主油路通道6外壁构成的气路前腔11、气路喉部12和气路后腔13；油路3包括副油路旋流器4、副油路通道5以及主油路通道6。
本发明所设计的双燃料喷嘴的工作过程为：1、燃用液体燃料时，当工况较低时，液体燃料通过副油路通道5和副油路旋流器4喷入燃烧室；当工况高时，液体燃料通过主油路通道6、副油路通道5和副油路旋流器4进入燃烧室，这样保证了液体燃料的雾化效果，提高了液体燃料的燃烧效率。2、燃用气体燃料（或蒸汽回注）时，气体燃料（或蒸汽）首先进入到气路前腔11，此时一部分气体燃料（或蒸汽）通过气路一级喷气孔8喷入到燃烧室；另一部分进入到气路喉部12中，在此处有一部分气体燃料（或蒸汽）通过喉部喷气孔9喷入到燃烧室，此处喷入的气体燃料可以冲散在此形成的回流区，以免气体燃料在此燃烧；其余的气体燃料（或蒸汽）进入到气路后腔13中，由于空间的突然增大，气体流速减小，经过气路二级喷气孔10进入到燃烧室后可以与空气进行充分混合。
在气路轴向分级式双燃料喷嘴中，采用分级方式将气体燃料供入到燃烧室，增加了气路的流通面积，降低了气体的流速，有助于气体燃料与空气的掺混燃烧，缩短了燃烧火焰；在进行液体燃料燃烧时，气路可以进行蒸汽回注，有效降低燃烧室内的燃烧温度。
本发明采用以上技术方案可以实现在保证双燃料喷嘴径向尺寸较小的情况下，通过分级供入气体燃料加强与空气的掺混，提高燃烧效率，并通过蒸汽回注降低燃烧室排放。
Claims (9)
1.一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：包括气路外壁和安装在气路外壁里的主油路壁，主油路壁里安装副油路壁，主油路壁与副油路壁之间形成主油路通道，副油路壁里形成副油路通道，气路外壁和主油路壁之间形成气路；气路包括依次相连通的气路前腔、气路喉部、气路后腔，在气路外壁上，位于气路前腔的位置上设置气路一级喷气孔，位于气路喉部的位置上设置喉部喷气孔，位于气路后腔的位置设置气路二级喷气孔。
2.根据权利要求1所述的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：气路前腔的尾部为渐缩形，气路一级喷气孔设置在气路前腔的尾部上；气路喉部为圆柱形腔；气路后腔的首部为渐扩形，尾部为渐缩形，气路二级喷气孔设置在气路后腔的尾部上。
3.根据权利要求1或2所述的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：所述的气路一级喷气孔和喉部喷气孔均为1排，且均为4-8个、周向均匀布置，所述的气路二级喷气孔为1-3排。
4.根据权利要求1或2所述的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：所述的气路一级喷气孔、喉部喷气孔、气路二级喷气孔均为斜气孔，其截面为方形、椭圆形或圆形，气路一级喷气孔和气路二级喷气孔的旋向与燃烧室旋流器的旋向相反，喉部喷气孔的旋向与燃烧室旋流器的旋向相同；所述的喉部喷气孔与气路喉部的壁面夹角为45-60度。
5.根据权利要求3所述的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：所述的气路一级喷气孔、喉部喷气孔、气路二级喷气孔均为斜气孔，其截面为方形、椭圆形或圆形，气路一级喷气孔和气路二级喷气孔的旋向与燃烧室旋流器的旋向相反，喉部喷气孔的旋向与燃烧室旋流器的旋向相同；所述的喉部喷气孔与气路喉部的壁面夹角为45-60度。
6.根据权利要求1或2所述的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：副油路通道的端部设置副油路旋流器，气路后腔的尾部设置喷口，副油路旋流器与主油路通道均连通喷口。
7.根据权利要求3所述的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：副油路通道的端部设置副油路旋流器，气路后腔的尾部设置喷口，副油路旋流器与主油路通道均连通喷口。
8.根据权利要求4所述的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：副油路通道的端部设置副油路旋流器，气路后腔的尾部设置喷口，副油路旋流器与主油路通道均连通喷口。
9.根据权利要求5所述的一种气路轴向分级式双燃料喷嘴，其特征是：副油路通道的端部设置副油路旋流器，气路后腔的尾部设置喷口，副油路旋流器与主油路通道均连通喷口。
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