CN104566465B - 一种防回火型头部结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃气轮机领域，公开了一种防回火型头部结构，包括罩帽和至少一个喷嘴，喷嘴设置于罩帽内，喷嘴内设有燃料喷注装置，所述燃料喷注装置包括：内腔、径向燃料通路、燃料喷射孔、至少一条径向燃料通路、以及至少一条径向空气通路，内腔与径向空气通路连通，燃料喷射孔与径向燃料通路连通，径向空气通路通过设置在罩帽上的空气入口将空气引入内腔；径向燃料通路连接燃料入口；燃料喷注装置包括前缘、中段和尾缘，尾缘设有与所述内腔连通的尾缘通道。本发明通过罩帽引入空气，并于尾缘处喷出，前缘喷射燃料，空气从尾缘喷出，可以有效吹走尾缘下游的尾迹附着，降低尾缘处发生回火的可能性，进而提高整个喷嘴的防回火性能。

Description

一种防回火型头部结构
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种防回火型头部结构。
背景技术
现代燃气轮机燃烧室喷嘴包括一个或多个燃烧装置的组件，燃烧装置各自具有限定在其中的通道，燃料和空气的可燃混合物可通过该通道朝向下游的火焰筒流动。可燃混合物在到达燃烧装置的后端，被点燃并燃烧。通常这种燃烧出现在燃烧区的回流区内，使得气流温度得到较高的提升，产生热能。
但有时在喷嘴附近会发生回火，可燃混合物聚集在喷嘴的燃烧装置附近或燃烧装置内燃烧，尤其是喷嘴的燃料喷注装置喷射燃料会在其壁面聚集燃料或在其尾缘形成可燃尾迹，促进了回火的发生。这种回火现象一旦发生可使燃气轮机停机、严重时会导致燃烧装置乃至燃料喷嘴的修理或更换。
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：为解决现有燃气轮机燃烧时，喷嘴处易发生燃料聚集，导致发生回火现象，致使烧嘴或燃料喷射装置被损坏的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种防回火型头部结构，包括罩帽和至少一个喷嘴，喷嘴设置于罩帽内，喷嘴内设有燃料喷注装置，所述燃料喷注装置包括：内腔、径向燃料通路、燃料喷射孔、至少一条径向燃料通路、以及至少一条径向空气通路，内腔与径向空气通路连通，燃料喷射孔与径向燃料通路连通，径向空气通路通过设置在罩帽上的空气入口将空气引入内腔；径向燃料通路连接燃料入口；燃料喷注装置包括前缘、中段和尾缘，尾缘设有与所述内腔连通的尾缘通道。
其中，所述中段设有与所述内腔连通的中段通道，所述中段通道为一排或多排出口向尾缘倾斜的中段孔或中段缝。
其中，所述尾缘通道由一排或多排沿径向分布的尾缘孔或尾缘缝组成，尾缘孔或尾缘缝的截面均为渐扩型，由内向外开口逐渐增大；尾缘缝或尾缘孔截面的两个侧边与尾缘中轴线的夹角为15°～75°。
其中，所述尾缘通道由一排或多排沿径向分布的尾缘孔或尾缘缝组成，尾缘孔或尾缘缝的截面均为渐扩型，由内向外开口逐渐增大；尾缘缝或尾缘孔截面的两个侧边与尾缘中轴线的夹角为15°～45°。
其中，所述中段孔或中段缝的截面为渐扩型，由内向外开口逐渐增大；所述中段孔或中段缝的中轴线与该防回火型燃料喷注装置外壁的夹角为15°～35°。
其中，每排所述中段缝的总径向长度占其所处中段径向长度的30％～80％。
其中，每排尾缘缝的总径向长度占其所处尾缘径向长度的30％～80％。
其中，还包括轴向燃料通路，径向燃料通路通过轴向燃料通路与燃料入口连通。
其中，所述罩帽内设有空腔，径向空气通路通过所述空腔与空气入口连通。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点：本发明一种防回火型头部结构，通过罩帽引入空气，并于尾缘处喷出，前缘喷射燃料，空气从尾缘喷出，可以有效吹走尾缘下游的尾迹附着，降低尾缘处发生回火的可能性，进而提高整个喷嘴的防回火性能。
附图说明
图1是本发明实施例一所述防回火型头部结构的剖面图；
图2是本发明实施例一所述燃料喷注装置的立体图；
图3是本发明实施例一所述燃料喷注装置的剖面图；
图4是本发明实施例二所述燃料喷注装置的立体图；
图5是本发明实施例二所述燃料喷注装置的剖面图。
其中，11、喷嘴；12、罩帽；13、燃料喷注装置；2、前缘；3、中段；4、尾缘；110，燃料入口；111、轴向燃料通路；121、空气入口；131、径向燃料通路；132、径向空气通路；8、燃料喷射孔；30、中段孔；40、尾缘孔；41、尾缘缝；42、尾缘中轴线。
具体实施方式
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。
实施例一：
如图1-3所示，本发明一种燃气轮机燃烧室防回火型头部结构，包括至少一个喷嘴11、罩帽12，其中喷嘴11设置于罩帽12中，并通过罩帽12支撑连接于燃烧室中。喷嘴11内设置燃料喷注装置13，所述燃料喷注装置13内部设有内腔、径向燃料通路131和多个燃料喷射孔，多个燃料喷射孔8均与径向燃料通路131连通；燃料喷注装置13的轴向位置大致可分为前缘2、中段3和尾缘4，中段3的侧壁上设有与内腔连通的径向空气通路132，径向空气通路132通过罩帽12上的空气入口121将空气引入内腔；尾缘4设置尾缘孔40或尾缘缝41；罩帽12的侧壁上设置有空气入口121，外界气体经空气入口121流入罩帽12内的空腔，然后经径向空气通路132流入内勤，最终从尾缘孔40或尾缘缝41喷出，可以有效吹走由于钝体绕流导致的尾迹涡，防止燃料在该处聚集，有效保护尾缘4处的壁面，起到防回火的作用。
罩帽12的空气入口121可以为孔、槽或其他任何形状。空气入口121不局限于罩帽12的侧面，也可设置于罩帽12前端。
优选的，所述燃料喷注装置13的尾缘4设置至少一排尾缘缝41或尾缘孔40，形成尾缘通道；该尾缘缝41或尾缘孔40的横截面为渐扩型，尾缘缝41或尾缘孔40的横截面的两个侧边与尾缘中轴线42的夹角在15°～75°之间，尾缘孔40或尾缘缝41相对尾缘中轴线42向向外张开，引导其喷出的空气向外偏转，不仅具有轴向速度吹走尾迹，同时具有切向速度，保护两侧的壁面不受低速气流的影响，同时使燃料无法在该处聚集。
进一步地，所述燃料喷注装置13的尾缘4设置至少一排尾缘缝41或尾缘孔40，该尾缘缝41或尾缘孔40的横截面为渐扩型，尾缘缝41或尾缘孔40的横截面的两个侧边与尾缘中轴线42的夹角在15°～45°之间，加大该处切向速度，保护该处两侧壁面。
所述燃气轮机燃烧室防回火型头部结构还包括至少一个燃料入口110以及轴向燃料通路111，燃料入口110通过轴向燃料管与径向燃料管连通，轴向燃料管可设置在喷嘴11中心或外侧。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，所不同之处在于，如图4和5所示，本实施例所述防回火型头部结构的燃料喷注装置13的中段3还设置至少一排中段孔30或中段缝，也可以是一条完整的中段缝，以形成中段通道，中段通道连接内腔与燃料喷注装置13的外侧。外界气体经空气入口121、径向空气通路132、中段通道进入内腔，然后从中段孔30或缝喷出后，可吹走中段3壁面边界层，防止燃料在中段3壁面附近聚集，降低靠近壁面的燃料量，有效保护中段3处的壁面，起到防回火的作用。
所述燃料喷注装置13的中段孔30或中段缝的横截面为渐扩型孔、缝或斜孔、斜缝，所述中段孔30或中段缝的中轴线与燃料喷注装置13当地壁面的夹角在15°～35°之间。气流喷出之后基本沿壁面流动，隔绝燃料与壁面的接触，形成一个保护层。中段孔30或中段缝的出口偏向尾缘4一侧。
优选的，所述中段孔30的直径在1mm～3mm之间，每排中段缝可设置多条，中段缝的轴向长度在1mm～2mm之间，每排中段缝的总径向长度占其所处中段3径向长度的30％～80％。
燃料喷射孔8可根据需要，设置在前缘2或中段3。
由以上实施例可以看出，本发明通过罩帽12引入空气，在燃料喷注装置13的中段3及尾缘4喷出，增加中段3壁面边界层的流动速度，减小边界层作用范围，吹走中段3壁面附近的燃料，同时增加尾缘4气流速度，降低钝体绕流后尾迹存在可能性，使整个燃料喷注装置13处于不易燃烧区域，增加其防回火特性，有效保证该部件乃至整个燃烧室头部结构的寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防回火型头部结构，包括罩帽(12)和至少一个喷嘴(11)，喷嘴(11)设置于罩帽(12)内，喷嘴(11)内设有燃料喷注装置(13)，其特征在于，所述燃料喷注装置(13)包括：内腔、燃料喷射孔(8)、至少一条径向燃料通路(131)以及至少一条径向空气通路(132)，内腔与径向空气通路(132)连通，燃料喷射孔(8)与径向燃料通路(131)连通，径向空气通路(132)通过设置在罩帽(12)上的空气入口(121)将空气引入内腔；径向燃料通路(131)连接燃料入口(110)；
燃料喷注装置(13)包括前缘(2)、中段(3)和尾缘(4)，尾缘(4)设有与所述内腔连通的尾缘通道。
2.如权利要求1所述的防回火型头部结构，其特征在于，所述中段(3)设有与所述内腔连通的中段通道，所述中段通道为一排或多排出口向尾缘(4)倾斜的中段孔(30)或中段缝。
3.如权利要求1所述的防回火型头部结构，其特征在于，所述尾缘通道由一排或多排沿径向分布的尾缘孔(40)或尾缘缝(41)组成，尾缘孔(40)或尾缘缝(41)的截面均为渐扩型，由内向外开口逐渐增大；尾缘缝(41)或尾缘孔(40)截面的两个侧边与尾缘中轴线(42)的夹角为15°～75°。
4.如权利要求1所述的防回火型头部结构，其特征在于，所述尾缘通道由一排或多排沿径向分布的尾缘孔(40)或尾缘缝(41)组成，尾缘孔(40)或尾缘缝(41)的截面均为渐扩型，由内向外开口逐渐增大；尾缘缝(41)或尾缘孔(40)截面的两个侧边与尾缘中轴线(42)的夹角为15°～45°。
5.如权利要求2所述的防回火型头部结构，其特征在于，所述中段孔(30)或中段缝的截面为渐扩型，由内向外开口逐渐增大；所述中段孔(30)或中段缝的中轴线与该防回火型燃料喷注装置(13)外壁的夹角为15°～35°。
6.如权利要求2所述的防回火型头部结构，其特征在于，每排所述中段缝的总径向长度占其所处中段(3)径向长度的30％～80％。
7.如权利要求3所述的防回火型头部结构，其特征在于，每排尾缘缝(41)的总径向长度占其所处尾缘(4)径向长度的30％～80％。
8.如权利要求1所述的防回火型头部结构，其特征在于，还包括轴向燃料通路(111)，径向燃料通路(131)通过轴向燃料通路(111)与燃料入口(110)连通。
9.如权利要求1所述的防回火型头部结构，其特征在于，所述罩帽(12)内设有空腔，径向空气通路(132)通过所述空腔与空气入口(121)连通。
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