CN104566467B - 一种防回火型喷嘴 - Google Patents

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本发明属于燃气轮机领域，公开了一种防回火型喷嘴，包括中心体、环形外壁以及燃料喷注装置，中心体处于环形外壁的中心，至少一个燃料喷注装置连接在中心体与环形外壁之间的环形区域内，每个燃料喷注装置内均设有内腔、燃料喷射孔、至少一个径向燃料通路、以及至少一个径向空气通路，径向燃料通路与燃料喷射孔相连通；所述燃料喷注装置沿中心体的轴向分为前缘、中段和尾缘，尾缘设有尾缘通道；轴向空气通路、径向空气通路、内腔以及尾缘通道顺序连通。本发明通过中心体引入空气，并于尾缘喷出，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

一种防回火型喷嘴
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路，燃料和空气的可燃混合物可通过该通路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喷嘴，包括中心体、环形外壁以及燃料喷注装置，中心体处于环形外壁的中心，至少一个燃料喷注装置连接在中心体与环形外壁之间的环形区域内，每个燃料喷注装置内均设有内腔、燃料喷射孔、至少一个径向燃料通路以及至少一个径向空气通路，燃料喷射孔的一端与径向燃料通路连通，另一端与外界连通；所述燃料喷注装置沿中心体的轴向分为前缘、中段和尾缘，尾缘设有尾缘通道；中心体内设有至少一个轴向空气通路，轴向空气通路、径向空气通路、内腔以及尾缘通道顺序连通。
其中，所述中段设置至少一排由中段孔或中段缝组成的中段通道，中段通道与内腔连通。
其中，所述尾缘通道由至少一排尾缘孔或尾缘缝组成，所述尾缘缝或尾缘孔的横截面为渐扩型，由内向外开口逐渐增大，尾缘缝或尾缘孔的横截面的两个侧边与尾缘中轴线的夹角在15°～75°之间。
其中，所述尾缘通道由至少一排尾缘孔或尾缘缝组成，所述尾缘缝或尾缘孔的横截面为渐扩型，由内向外开口逐渐增大，尾缘缝或尾缘孔的横截面的两个侧边与尾缘中轴线的夹角在15°～45°之间。
其中，所述中段孔或中段缝为渐扩型，中段孔或中段缝的出口向尾缘倾斜，所述中段孔或中段缝中轴线与燃料喷注装置当地壁面的夹角在15°～35°之间。
其中，所述中段孔的直径在1mm～3mm之间，尾缘孔的直径在1mm～5mm之间，中段缝或尾缘缝的轴向长度在1mm～2mm之间。其中，每排中段通道的总径向长度占其所处中段径向长度的30％～80％。
其中，每排尾缘通道的总径向长度占其所处尾缘径向长度的30％～80％。
其中，所述中心体内设有相互连通的轴向燃料通路和燃料入口，轴向燃料通路与所述径向燃料通路连通。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点：本发明防回火型喷嘴，通过中心体引入空气，并于尾缘喷出，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喷嘴的剖面图；
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、中心体；110、燃料入口；111、轴向燃料通路；112、轴向空气通路；12、环形外壁；13、燃料喷注装置；131、径向燃料通路；132、径向空气通路；2、前缘；3、中段；30、中段孔；4、尾缘；40、尾缘孔；41、尾缘缝；42、尾缘中轴线；8、燃料喷射孔。
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1，2和3所示，本发明一种用于燃气轮机燃烧室的防回火型喷嘴，其包括中心体11、环形外壁12以及燃料喷注装置13，中心体11处于环形外壁12中心，燃料喷注装置13设置于中心体11与环形外壁12之间，每个燃料喷注装置13均沿中心体11的径向方向设置；中心体11内设有至少一个轴向空气通路112，燃料喷注装置13内设置有内腔、燃料喷射孔8、至少一个径向燃料通路131以及至少一个径向空气通路132，燃料喷射孔8的一端与径向燃料通路131连通，另一端与外界连通；所述燃料喷注装置13的轴向位置大致可分为前缘2、中段3和尾缘4，尾缘4设置尾缘孔40或尾缘缝41，形成尾缘通道；轴向空气通路112通过径向空气通路132与内腔连通，诶腔与尾缘孔40或尾缘缝41相连通，空气从中心体11的轴向空气通路112进入，最后经燃料喷注装置13的尾缘通道喷出后，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。
所述燃料喷注装置13的尾缘通道包括至少一排尾缘缝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°～75°之间，尾缘孔40或尾缘缝41相对尾缘4中轴向向外张开，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。
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，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。
优选的，所述中段孔30的直径在1mm～3mm之间，尾缘孔40的直径在1mm～5mm之间，每排中段3缝和尾缘缝41均可设置多条，中段3缝和尾缘缝41的轴向长度在1mm～2mm之间，每排中段3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％，保证有足够流量的空气通过。
优选的，所述燃气轮机燃烧室防回火型喷嘴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通路131连通，轴向燃料管可设置在喷嘴中心或外侧。
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，本实施例防回火型喷嘴的燃料喷注装置13的中段3还设置至少一排中段孔30或中段3缝，形成中段通道，中段通道与内腔连通。由中心体11的轴向空气通路112进入的空气经径向空气通路132、内腔，最终从中段通道喷出后，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3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3缝中轴线与燃料喷注装置13当地壁面的夹角在15°～35°之间，中段孔30或中段3缝的出口向尾缘4方向偏转。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。
优选的，尾缘4的一端设置尾缘通道，另一端设为薄壁结构，薄壁结构处不设尾缘通道。中段通道喷出的空气沿壁面吹向尾缘4，可直接将薄壁结构处的燃烧气体吹走，薄壁结构两侧的气体无法在尾缘4处聚集，不会发生回火现象；另外，薄壁结构散热较快，尾缘4温度不会太高，有利于保护燃料喷注装置13。
优选的，所述中段孔30的直径在1mm～3mm之间，每排中段3缝可设置多条，中段3缝的轴向长度在1mm～2mm之间，每排中段3缝的总径向长度占其所处中段3径向长度的30％～80％，在满足防回火要求的前提下，不影响燃料喷注装置13与其与设备的连接。
由以上实施例可以看出，本发明通过在中心体11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喷嘴的寿命；另外将尾缘4的一端设置为薄壁结构，中段通道喷出的空气可以直接将薄壁处的燃料气体吹走，防止燃料气体在尾缘4处聚集，避免发生回火；而且薄壁结构的尾缘4散热较快，确保尾缘4的温度不会偏高，保护尾缘4。
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)

1.一种防回火型喷嘴，包括中心体(11)、环形外壁以及燃料喷注装置(13)，中心体(11)处于环形外壁(12)的中心，至少一个燃料喷注装置(13)连接在中心体(11)与环形外壁(12)之间的环形区域内，其特征在于，每个燃料喷注装置(13)内均设有内腔、燃料喷射孔(8)、至少一个径向燃料通路(131)以及至少一个径向空气通路(132)，燃料喷射孔(8)的一端与径向燃料通路(131)连通，另一端与外界连通；所述燃料喷注装置(13)沿中心体(11)的轴向分为前缘(2)、中段(3)和尾缘(4)，尾缘(4)设有尾缘通道；中心体(11)内设有至少一个轴向空气通路(112)，轴向空气通路(112)、径向空气通路(132)、内腔以及尾缘通道顺序连通。
2.如权利要求1所述的防回火型喷嘴，其特征在于，所述中段(3)设置至少一排由中段孔(30)或中段缝组成的中段通道，中段通道与内腔连通。
3.如权利要求1所述的防回火型喷嘴，其特征在于，所述尾缘通道由至少一排尾缘孔(40)或尾缘缝(41)组成，所述尾缘缝(41)或尾缘孔(40)的横截面为渐扩型，由内向外开口逐渐增大，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。
4.如权利要求1所述的防回火型喷嘴，其特征在于，所述尾缘通道由至少一排尾缘孔(40)或尾缘缝(41)组成，所述尾缘缝(41)或尾缘孔(40)的横截面为渐扩型，由内向外开口逐渐增大，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。
5.如权利要求2所述的防回火型喷嘴，其特征在于，所述中段孔(30)或中段缝为渐扩型，中段孔(30)或中段缝的出口向尾缘(4)倾斜，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。
6.如权利要求2所述的防回火型喷嘴，其特征在于，所述中段孔(30)的直径在1mm～3mm之间，尾缘孔(40)的直径在1mm～5mm之间，中段缝或尾缘缝(41)的轴向长度在1mm～2mm之间。
7.如权利要求2所述的防回火型喷嘴，其特征在于，每排中段通道的总径向长度占其所处中段(3)径向长度的30％～80％。
8.如权利要求1所述的防回火型喷嘴，其特征在于，每排尾缘通道的总径向长度占其所处尾缘(4)径向长度的30％～80％。
9.如权利要求1所述的防回火型喷嘴，其特征在于，所述中心体(11)内设有相互连通的轴向燃料通路(111)和燃料入口(110)，轴向燃料通路(111)与所述径向燃料通路(131)连通。
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