CN104566459A - 一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴 - Google Patents
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Abstract
一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，属于燃气轮机技术领域。该喷嘴包括中心锥体和外围环形空气通道，中心锥体内设有中心燃料通道；在外围环形空气通道沿轴向依次布置有燃料喷射装置和轴向旋流装置，在外围环形空气通道前端布置有进气导流装置，该进气导流装置包括径向导流结构和轴向导流结构；径向导流结构含有至少两层沿轴向布置的喇叭状环形导流筒，轴向导流结构由布置在每两级喇叭状环形导流筒之间的轴向支板组成。本发明通过改变喷嘴的进气结构，对进入喷嘴的空气进行整流和分层，实现在进气阶段对喷嘴内的空气流动进行调整。在保证气流轴向速度的同时，根据燃料掺混的需要调整空气分布，从而保证良好的出口温度分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，尤其涉及使用天然气燃料的燃气轮机低污染燃烧室喷嘴。
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，例如中国专利文献CN100567823C，采用底部带缺口的空气旋流叶片，提高空气通道内周侧的速度，匹配喷嘴出口速度型和燃料空气混合比例。
但是，由于空气旋流叶片底部存在缺口，通道内周侧的气流偏转角度小，旋流强度弱，导致这一侧燃料和空气的掺混效果变差；同时燃料气在空心叶片两侧开孔喷注，燃料气和空气的掺混距离较短，并增加了叶片加工的难度，影响燃烧的组织和污染物的生成。因此，仍然需要更加合理有效的燃气轮机燃烧室喷嘴形式来组织燃烧和控制污染物排放。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，旨在通过改变喷嘴的进气结构，对进入喷嘴的空气进行整流和分层，实现在进气阶段对喷嘴内的空气流动进行调整，在保证气流轴向速度的同时，根据燃料掺混的需要调整空气分布，从而保证良好的出口燃料分布。
本发明所采用的技术方案如下：一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，该喷嘴包括中心锥体和与该中心锥体同轴布置的外围环形空气通道，中心锥体内设有中心燃料通道；所述的外围环形空气通道沿轴向依次布置有燃料喷射装置和轴向旋流装置，燃料喷射装置两侧设有燃料喷射孔，其特征在于：在外围环形空气通道前端布置有进气导流装置，该进气导流装置包括径向导流结构和轴向导流结构；所述的径向导流结构含有至少两层沿轴向布置的喇叭状环形导流筒，每个喇叭状环形导流筒的下端部均与燃料喷射装置的前端相连接；在每个喇叭状环形导流筒上沿轴向至少开有一排流量分配孔，流量分配孔沿周向均匀布置；所述的轴向导流结构由周向布置的轴向支板组成，轴向支板连接在每两级喇叭状环形导流筒之间。
优选地，所述的喇叭状环形导流筒的型线为双曲线；喇叭状环形导流筒的个数在2～5之间。
优选地，每两层喇叭状环形导流筒支间的轴向支板数量相同，轴向支板沿周向均匀布置，个数在6～12之间。
优选地，所述的流量分配孔沿轴向的排数为2～5排，且每排之间等间距布置，孔径大小为Φ0.1～Φ2。
上述技术方案中，所述的轴向旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿外围环形空气通道(2)均匀布置，叶片个数在4～6之间；所述燃料喷射孔的孔径大小为Φ0.1～Φ0.5；所述外围环形空气通道沿轴向在轴向旋流装置之后有一喷嘴收缩段。
该发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明的径向进气结构对空气进行径向分层，并通过流量分配孔对各层间的流量进行调整，有效改善了喷嘴的进气效果，对调整喷嘴内部流场有积极作用。②本发明的轴向进气结构对每一层空气进行轴向分级和整流，配合燃料喷射装置分配适合的空气流量对燃料气进行掺混，有效保证燃料气的掺混效果，并消除了由于来流扰动引起的进气不均匀问题。
附图说明
图1为本发明提供的一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴的结构原理示意图。
图2为图1的结构三维剖视图。
图3为分级进气喷嘴的进气结构原理示意图。
图4为图3的中心截面剖视图。
图5为图3的三维剖视图。
图中符号说明如下：1-中心锥体；2-外围环形空气通道；3-喇叭状环形导流筒；4-轴向支板；6-流量分配孔；7-中心燃料通道；8-燃料喷射装置；9-燃料喷射孔；10-轴向旋流装置；11-喷嘴收缩段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。
图1、图2为本发明提供的一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴的结构原理示意图，该喷嘴包括中心锥体1和与该中心锥体1同轴布置的外围环形空气通道2，中心锥体1中设有中心燃料通道7，在外围环形空气通道2内轴向依次布置有燃料喷射装置8和轴向旋流装置10，燃料喷射装置8两侧设有燃料喷射孔9。燃料气从中心锥体1进入喷嘴，通过壁面开孔进入燃料喷射装置8，从两侧的燃料喷射孔9喷出。
参见图3、图4和图5，在外围环形空气通道2的前端布置有进气导流装置，该进气导流装置包括径向导流结构和轴向导流结构；所述的径向导流结构含有至少两层沿轴向布置的喇叭状环形导流筒3，每个喇叭状环形导流筒的下端部均与燃料喷射装置8的前端相连接；在每个喇叭状环形导流筒3的壁面上沿轴向至少开有一排流量分配孔6，流量分配孔6沿周向布置；流量分配孔6沿轴向排数为2～5之间，最好均匀排列，孔径大小为Φ0.1～Φ2。喇叭状环形导流筒3型线优选为双曲线，进口为径向方向，出口为轴向方向；喇叭状环形导流筒3个数优选在2～5之间。
所述的轴向导流结构由周向布置的轴向支板4组成，轴向支板4连接在每两级喇叭状环形导流筒3之间。每两层喇叭状环形导流筒支间的轴向支板4数量相同，且沿周向均匀布置，个数在6～12之间。
轴向旋流装置10采用轴向叶片式结构，叶片沿环形空气通道均匀布置，叶片个数在4～6之间。燃料喷射孔9孔径大小为Φ0.1～Φ0.5，燃料喷射孔9高度可调。外围环形空气通道2沿轴向在轴向旋流装置10之后有一喷嘴收缩段11。
气流经过径向导流结构消除径向方向上的扰动，经过轴向导流结构消除轴向方向上的扰动，之后进入喷嘴内部同燃料气发生掺混。
本发明的工作原理如下：
天然气燃料从中心燃料通道7进入喷嘴，通过中心锥体1壁面开孔进入燃料喷射装置8，从两侧的燃料喷射孔9喷出。空气经过进气结构沿轴向和径向均分成多级进入喷嘴，经过径向导流结构空气进行第一次分层，通过径向导流结构上的流量分配孔6，空气进行层间的流量分配。空气进入径向导流结构间的区域后再经过轴向导流结构进行轴向分级和整流。空气经过径向导流结构消除径向方向上的扰动，经过轴向导流结构消除轴向方向上的扰动。之后，空气在燃料喷射装置8前端同燃料喷射孔9喷出的燃料气掺混。混合气经轴向旋流装置10产生偏转，经喷嘴收缩段11混合气加速至喷嘴出口。通过进气结构对空气的分级和整流，实现在进气阶段对喷嘴内的空气流动进行调整。在保证气流轴向速度的同时，根据燃料掺混的需要调整空气分布，从而保证良好的出口燃料分布。
Claims (7)
1.一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，该喷嘴包括中心锥体(1)和与该中心锥体(1)同轴布置的外围环形空气通道(2)，中心锥体内设有中心燃料通道(7)；所述的外围环形空气通道(2)沿轴向依次布置有燃料喷射装置(8)和轴向旋流装置(10)，燃料喷射装置(8)两侧设有燃料喷射孔(9)，其特征在于：在外围环形空气通道(2)前端布置有进气导流装置，该进气导流装置包括径向导流结构和轴向导流结构；所述的径向导流结构含有至少两层沿轴向布置的喇叭状环形导流筒(3)，每个喇叭状环形导流筒的下端部均与燃料喷射装置(8)的前端相连接；在每个喇叭状环形导流筒(3)上沿轴向至少开有一排流量分配孔(6)，流量分配孔(6)沿周向均匀布置；所述的轴向导流结构由周向布置的轴向支板(4)组成，轴向支板(4)连接在每两级喇叭状环形导流筒(3)之间。
2.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，其特征在于：所述的喇叭状环形导流筒(3)的型线为双曲线；喇叭状环形导流筒(3)的个数在2～5之间。
3.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，其特征在于：每两层喇叭状环形导流筒(3)支间的轴向支板(4)数量相同，轴向支板(4)沿周向均匀布置，个数在6～12之间。
4.如权利要求1、2或3所述的一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，其特征在于：所述的流量分配孔(6)沿轴向的排数为2～5排，且每排之间等间距布置，孔径大小为Φ0.1～Φ2。
5.如权利要求求1、2或3所述的一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，其特征在于：所述的轴向旋流装置(10)采用轴向叶片式结构，叶片沿外围环形空气通道(2)均匀布置，叶片个数在4～6之间。
6.如权利要求求1、2或3所述的一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，其特征在于：所述燃料喷射孔(9)的孔径大小为Φ0.1～Φ0.5。
7.如权利要求求1、2或3所述的一种燃气轮机燃烧室分级进气喷嘴，其特征在于：所述外围环形空气通道(2)沿轴向在轴向旋流装置(10)之后有一喷嘴收缩段(11)。
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