CN104373962B - 一种燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴。该燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴包括：中心锥体、壳体及多个旋流叶片；所述中心锥体设置于所述壳体内，所述中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，所述旋流叶片沿所述壳体的周向设置于所述壳体的内侧壁上，所述壳体上设置有壳体通孔，所述旋流叶片上设置有与所述壳体通孔连通的进气孔，所述进气孔与所述壳体的轴向成角度设置。本发明提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴中气体通过进气孔与燃料充分混合加强空气和燃料气的掺混，气流沿轴向方向的动量增加，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布；具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，具体的是一种更加合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴。
背景技术
在我国当前的能源结构中，采用传统燃煤技术的火力发电占据了绝大部分份额。但是这种传统的发电技术存在发电效率低，污染物排放高,尤其是NOx排放，耗费淡水资源多等缺点。以天然气为燃料的燃气轮机发电技术作为清洁能源技术之一，可以在满足发电负荷要求的同时，有效的降低污染物的排放，这其中燃气轮机燃烧室喷嘴的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。
燃气轮机燃烧室中，燃料气和空气通过喷嘴实现预混合和速度型的改变，在喷嘴出口达到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空气混合比例，进入燃烧室组织燃烧，形成稳定的流场和燃烧场。当前，对燃气轮机燃烧室喷嘴的设计形式，例如专利CN 1464958A，采用不同形式的外围喷嘴中心锥体结构和旋流叶片结构，使燃料浓度分布匹配喷嘴出口速度型。并改变旋流叶片和中心锥体间的间隙形式和尺寸，提高中心区混合气的轴向速度，以维持组织燃烧的合理条件。
但是，中心锥体结构的改变会引起其内部燃料气通道设计的困难，中心锥体和旋流叶片之间的间隙使喷嘴整体的强度下降，当发生振荡燃烧时，喷嘴的振动强度会增大，保持合理的速度、浓度匹配较为困难。因此，仍然需要设计适合整体加工安装的燃气轮机燃烧室喷嘴形式来合理的组织燃烧和控制污染物排放。
鉴于上述现有技术的缺陷，需要提供一种更加合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是现有的中心锥体结构的改变会引起其内部燃料气通道设计的困难，中心锥体和旋流叶片之间的间隙使喷嘴整体的强度下降，当发生振荡燃烧时，喷嘴的振动强度会增大，保持合理的速度、浓度匹配较为困难的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴。该燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴包括：中心锥体、壳体及多个旋流叶片；所述中心锥体设置于所述壳体内，所述中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，所述旋流叶片沿所述壳体的周向设置于所述壳体的内侧壁上，所述壳体上设置有壳体通孔，所述旋流叶片上设置有与所述壳体通孔连通的进气孔，所述进气孔与所述壳体的轴向成角度设置。
其中，所述中心锥体的一端内设置有燃料通道，所述中心锥体上沿其周向布置有多个与所述燃料通道连通的喷射管，所述喷射管与所述旋流叶片间隔设置，所述喷射管上设置有多个燃料喷射孔。
其中，所述燃料喷射孔的孔径为0.1-0.5mm。
其中，所述旋流叶片与中心锥体之间形成环形的气流通道。
其中，所述壳体上设置有收缩段，所述中心锥体上对应于所述燃料通道的一端为圆锥端，所述圆锥端位于所述收缩段中。
其中，所述进气孔的孔径大小为0.3-3mm，所述进气孔沿所述进气的方向孔径大小逐渐递减。
其中，所述进气孔与所述壳体轴向的开孔角度为5～20°。
其中，所述旋流叶片上设置有1-5个所述进气孔。
其中，所述旋流叶片的个数为6-12。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴中的中心锥体设置于壳体内，中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，旋流叶片沿壳体的周向设置于壳体的内侧壁上，壳体上设置有壳体通孔，旋流叶片上设置有与壳体通孔连通的进气孔，进气孔与壳体的轴向成角度设置。本发明提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴中气体通过进气孔与燃料充分混合加强空气和燃料气的掺混，气流沿轴向方向的动量增加，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布；具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。
附图说明
图1是本发明实施例燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴的正面结构示意图；
图2是本发明实施例燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴的立体剖视图；
图3是本发明实施例燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴的叶片剖视图。
图中：1：中心锥体；2：外围空气通道；3：中心燃料通道；4：燃料喷射管；5：旋流叶片；6：燃料喷射孔；7：气流通道；8：进气孔；9：收缩段；10：壳体。
具体实施方式
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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机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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴包括：中心锥体1、壳体10及多个旋流叶片5；中心锥体1设置于壳体10内，中心锥体1与壳体10之间形成有环形的外围空气通道2，旋流叶片5沿壳体10的周向设置于壳体10的内侧壁上，壳体10上设置有壳体通孔，旋流叶片5上设置有与壳体通孔连通的进气孔8，进气孔8沿壳体10的轴向成角度设置。本实施例中采用的进气孔8的孔径大小为0.3-3mm，进气孔8沿进气的方向孔径大小逐渐递减。本实施例中气体从左向右进入，所以进气的方向为从左向右。进气孔8与壳体10轴向的开孔角度为5～20°，壳体10的轴向即与图中的从左至右的水平方向。旋流叶片5上设置有2-5个进气孔8。旋流叶片5的个数为6-12。本发明的进气孔8通过个数、孔径和角度的变化调整进入中心锥体1内侧空气旋流强度和轴向速度，为喷嘴提供更宽的设计空间，满足不同燃料和空气掺混的需要。
本实施例的旋流叶片5内部的进气孔8改变了中心锥体1内侧的流动方式，加强空气和燃料气的掺混，气流沿轴向方向的动量增加，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布。
本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴中的中心锥体1内设置有燃料通道3，中心锥体1上沿中心锥体1的周向设置有多个与燃料通道3连通的喷射管4，喷射管4与旋流叶片5间隔设置，喷射管4上设置有多个燃料喷射孔6。燃料喷射孔6的孔径为0.1-0.5mm。从两侧的燃料喷射孔6供给燃料。
本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴中的旋流叶片5与中心锥体1之间形成环形的气流通道7，大部分空气通过外围空气通道2，经过燃料喷射管4、旋流叶片5和收缩段9至喷嘴出口。小部分空气通过旋流叶片5内的进气孔8进入气流通道7，两股气流共同掺混。增强燃料气和空气掺混效果，控制合理的喷嘴出口流场结构，合理控制燃烧区域，保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。
为了保证壳体10内燃料充分燃烧，本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴中的壳体10上设置有收缩段9，燃料及空气混合后经过收缩段9时，体积变小，使得燃料和空气混合更加充分。中心锥体1上对应于燃料通道3的一端为圆锥端，即中心锥体1的一端内设置有燃料通道3，另一端为实体部分的圆锥形的圆锥端。圆锥端位于收缩段9内。
本发明提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，该技术方案将空气分两级引入喷嘴内部，大部分空气通过外围空气通道2，经过燃料喷射管4、旋流叶片5和收缩段9至喷嘴出口；小部分空气通过喷嘴的空气通道2外壁面的通孔进入旋流叶片5，从旋流叶片5内部的进气孔8进入喷嘴内部靠近中心锥体1的气流通道7。旋流叶片5内部的进气孔8进气改变了中心锥体1内侧的流动方式，加强了空气和燃料气的掺混，气流沿轴向方向的动量增加，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布。外围空气通道2内沿轴向方向依次布置燃料喷射管4和旋流叶片5，燃料喷射管3固定在中心锥体1上，从中心锥体1两侧的燃料喷射孔6供给燃料。旋流叶片5固定在喷嘴内壁面上，旋流叶片5和中心锥体1间有气流通道。通过旋流叶片5和旋流叶片进气孔8进气的共同作用，增强燃料气和空气掺混效果，控制合理的喷嘴出口流场结构，合理控制燃烧区域，保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。
本发明燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴在使用过程：天然气燃料进入轴向中心燃料通道3，通过燃料喷射管4的燃料喷射孔6喷出。空气分两级引入喷嘴内部，大部分空气进入外围空气通道2，在燃料喷射管4前端同燃料进行混合，远离中心锥体1的通道外周侧混合气经过旋流叶片5产生旋流；贴近中心锥体1的通道内周侧混合气保持轴向进气方向至气流通道7。小部分空气通过进气孔8从喷嘴外壁面经旋流叶片5内部气流通道，进入气流通道7。轴向进入的混合气和径向进入的空气在气流通道7中混合，混合气经过喷嘴收缩段9直至喷嘴出口。
综上所述，本发明具有以下优点：本发明提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴中的中心锥体设置于壳体内，中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，旋流叶片沿壳体的周向设置于壳体的内侧壁上，壳体上设置有壳体通孔，旋流叶片上设置有与壳体通孔连通的进气孔，进气孔与壳体的轴向成角度设置。本发明提供的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴中气体通过进气孔与燃料充分混合加强空气和燃料气的掺混，气流沿轴向方向的动量增加，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布；具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。
进一步地，旋流叶片与中心锥体内的气流通道和燃料掺混，中心锥体内周侧轴向速度较高的速度分布和燃料空气掺混效果，保证燃烧的稳定性和良好的出口温度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于，包括：中心锥体(1)、壳体(10)及多个旋流叶片(5)；所述中心锥体(1)位于所述壳体(10)内，所述中心锥体(1)及壳体(10)之间形成有环形的外围空气通道(2)，所述旋流叶片(5)沿所述壳体(10)的周向设置于所述壳体(10)的内侧壁上，所述壳体(10)上设置有壳体通孔，所述旋流叶片(5)上设置有与所述壳体通孔连通的进气孔(8)，所述进气孔(8)与所述壳体(10)的轴向成角度设置。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于：所述中心锥体(1)的一端内设置有燃料通道(3)，所述中心锥体(1)上沿其周向布置有多个与所述燃料通道(3)连通的喷射管(4)，所述喷射管(4)与所述旋流叶片(5)间隔设置，所述喷射管(4)上设置有多个燃料喷射孔(6)。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于：所述燃料喷射孔(6)的孔径为0.1-0.5mm。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于：所述旋流叶片(5)与中心锥体(1)之间形成环形的气流通道(7)。
5.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于：所述壳体(10)上设置有收缩段(9)，所述中心锥体(1)上远离所述燃料通道(3)的一端为圆锥端，所述圆锥端位于所述收缩段(9)中。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于：所述进气孔(8)的孔径大小为0.3-3mm，所述进气孔(8)沿所述进气的方向孔径大小逐渐递减。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于：所述进气孔(8)与所述壳体(10)轴向的开孔角度为5～20°。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于：所述旋流叶片(5)上设置有2-5个所述进气孔(8)。
9.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴，其特征在于：所述旋流叶片(5)的个数为6-12。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Blade type air inlet swirl nozzle for combustion chamber of gas turbine Effective date of registration: 20161104 Granted publication date: 20160824 Pledgee: Tsinghua Holdings Co., Ltd. Pledgor: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd. Registration number: 2016990000853 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20190820 Granted publication date: 20160824 |
|
| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20191230 Granted publication date: 20160824 |
|
| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200218 Address after: 102209 Beijing Changping District in the future of the national electric investment group Park in the future science city south of Beijing Patentee after: China United heavy-duty gas turbine technology Co., Ltd. Address before: 100084, Beijing, Haidian District science and Technology Park, Tsinghua Science and technology building, block C, 10 Patentee before: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20191211 Granted publication date: 20160824 Pledgee: Tsinghua Holdings Co.,Ltd. Pledgor: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co.,Ltd. Registration number: 2016990000853 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |