CN104566466B - 一种防回火型燃料喷注装置、喷嘴 - Google Patents

一种防回火型燃料喷注装置、喷嘴 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃气轮机燃烧室喷嘴领域，公开了一种防回火型燃料喷注装置，包括：前缘、中段、尾缘，该防回火型燃料喷注装置设有内腔、径向燃料管和燃料喷射孔，燃料喷射孔通向径向燃料管的内部；前缘设有用于引入空气的前缘通道，前缘通道通过通气孔与内腔连通；径向燃料管一端封闭，另一端敞开，敞开端作为燃料入口；尾缘设有用于喷出气体的尾缘通道，尾缘通道与内腔连通。本发明通过在前缘引入空气，并从尾缘排出，增加尾缘气流速度，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喷嘴的寿命。

Description

一种防回火型燃料喷注装置、喷嘴
技术领域
本发明涉及燃气轮机燃烧室喷嘴技术领域，特别涉及一种防回火型燃料喷注装置、喷嘴。
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燃料喷注装置，包括：前缘、中段、尾缘，该防回火型燃料喷注装置设有内腔、径向燃料管和燃料喷射孔，燃料喷射孔通向径向燃料管的内部；前缘设有用于引入空气的前缘通道，前缘通道通过通气孔与内腔连通；径向燃料管一端封闭，另一端敞开，敞开端作为燃料入口；尾缘设有用于喷出气体的尾缘通道，尾缘通道与内腔连通。
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，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，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％，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，所述前缘通道的总面积大于尾缘通道的总面积。
其中，所述前缘通道为前缘孔或前缘缝；所述前缘通道的面积大于尾缘通道与中段通道的总面积。
一种燃气轮机燃烧室喷嘴，包括上述任一项所述的防回火型燃料喷注装置。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种防回火型燃料喷注装置、喷嘴，通过在前缘引入空气，并从尾缘排出，增加尾缘气流速度，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喷嘴的寿命。
附图说明
图1是本发明实施例一所述防回火型燃料喷注装置的立体图；
图2是本发明实施例一所述防回火型燃料喷注装置的径向截面图；
图3是图2中C处的放大图；
图4是图2的D-D向剖视图；
图5是本发明实施例二所述防回火型燃料喷注装置的立体图；
图6是本发明实施例二所述防回火型燃料喷注装置的径向截面图。
其中，1、燃料喷射孔；2、前缘；20、前缘孔；21、前缘缝；3、中段；30、中段孔；4、尾缘；40、尾缘孔；41、尾缘缝；42、尾缘中轴线；43、通气孔；5、燃料入口；6、径向燃料管。
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：
参照图1至图4所示，本发明一种防回火型燃料喷注装置，根据其使用时所在的轴向位置，分为前缘2、中段3和尾缘4，其内设有内腔、径向燃料管6，前缘2设置前缘通道，前缘通道可以是前缘孔20或前缘缝21，前缘通道经通气孔43将空气引入内腔；径向燃料管6的两侧或一侧设有一排用于喷射燃料的燃料喷射孔1，燃料喷射孔1与径向燃料管6连通，通气孔43与燃料喷射孔1间隔设置；尾缘4设置有用于连通内腔的尾缘通道，以便将内腔中的空气排出。其中，前缘通道可以是一条前缘缝21、一排或多排尾缘缝41、或者一排或多排尾缘孔40；与之类似地，尾缘通道可以是一条尾缘缝41、一排或多排尾缘缝41、或者一排或多排尾缘孔40。
从前缘通道引入的空气不含燃料，从尾缘通道喷出后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。
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，例如取15°、45°或者75°等；尾缘孔40或尾缘缝41相对尾缘4中轴向向外张开，即由内向外孔径逐渐增大，从而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，从多个方向将尾缘通道附近的燃料吹走，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。
优选的，将尾缘缝41或尾缘孔40的横截面的两个侧边与尾缘中轴线42的夹角取为在15°～45°之间，比如15°、30°或者45°，以加大该处流出气体的切向速度，保护该处两侧的壁面。
尾缘孔40的直径优选为在1mm～5mm之间，每排尾缘缝41可设置多条，尾缘缝41的轴向长度在1mm～2mm之间，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％，保证有足够流量的空气通过，同时不影响其他部件与尾缘4的连接。
为保证气流顺利流通，将前缘通道的总面积设置为大于尾缘通道的总面积，通过尾迹孔或尾迹缝的流量由尾迹孔或尾迹缝的面积大小来控制。
实施例二：
本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于，如图4至图6所示，本实施例所述防回火型燃料喷注装置的中段3还设置有中段通道，包括至少一排中段孔30或中段缝，也可以是一条完整的中段缝；从前缘2引入的空气不含燃料，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。
中段孔30为渐扩型孔或斜孔或中段缝为渐扩型缝或斜缝，所述中段孔30或中段缝的中轴线与燃料喷注装置所在壁面的夹角在15°～35°之间，中段孔30或中段缝的出口口径大于入口口径，且出口向尾缘4方向偏转；气流喷出之后基本沿壁面向尾缘4方向流动，隔绝燃料与壁面的接触，形成一个保护层。
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％。
优选的，前缘通道的总面积大于尾缘通道与中段通道的面积之和，中段3和尾缘4流出的空气量由两处的通道总面积控制，便于设计。
实施例三：
一种燃气轮机燃烧室喷嘴，该燃气轮机燃烧室喷嘴包含实施例一或二所述的防回火型燃料喷注装置，还包括至少一个连接燃料入口5的轴向燃料管，以便将燃料送入径向燃料管6；轴向燃料管与径向燃料管6连通，轴向燃料管可设置在喷嘴中心或外侧。
由以上实施例可以看出，本发明由前缘2引入空气，并于中段3壁面及尾缘4喷出，内腔前方的燃料喷射孔1喷射燃料，由前缘2进入燃料喷注装置内部的空气不含燃料，从中段3壁面喷出后可消除当地边界层及并降低中段3壁面区域的燃料含量，降低该处发生回火的可能性；从尾缘4喷出的空气可以有效吹走尾缘4下游的尾迹附着，降低尾缘4处发生回火的可能性，进而提高整个喷嘴的防回火性能。
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)

1.一种防回火型燃料喷注装置，其特征在于，包括：前缘(2)、中段(3)、尾缘(4)，该防回火型燃料喷注装置设有内腔、径向燃料管(6)和燃料喷射孔(1)，燃料喷射孔(1)通向径向燃料管(6)的内部；前缘(2)设有用于引入空气的前缘通道，前缘通道通过通气孔(43)与内腔连通；径向燃料管(6)一端封闭，另一端敞开，敞开端作为燃料入口(5)；尾缘(4)设有用于喷出气体的尾缘通道，尾缘通道与内腔连通。
2.如权利要求1所述的防回火型燃料喷注装置，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所述的防回火型燃料喷注装置，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，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所述的防回火型燃料喷注装置，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，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所述的防回火型燃料喷注装置，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外壁的夹角为15°～35°。
6.如权利要求3或4所述的防回火型燃料喷注装置，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％，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％。
7.如权利要求1所述的防回火型燃料喷注装置，其特征在于，所述前缘通道的总面积大于尾缘通道的总面积。
8.如权利要求2所述的防回火型燃料喷注装置，其特征在于，所述前缘通道为前缘孔(20)或前缘缝(21)；所述前缘通道的面积大于尾缘通道与中段通道的总面积。
9.一种燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的防回火型燃料喷注装置。
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