CN107101225B - 一种燃烧器的旋流结构、燃烧器和燃气涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃气涡轮机技术领域，公开了一种燃烧器的旋流结构、燃烧器和燃气涡轮机，以根据温度调节燃烧器的流量分配，从而提高了燃烧器的工作稳定性，降低了氮氧化物的排放。燃烧器的旋流结构包括：叶片环，枢装于所述燃烧器的喷嘴管，具有沿周向分布的多个叶片；滑动环，滑动装配于所述喷嘴管，且具有与所述多个叶片分别对应滑动嵌装的多个插孔；弹性驱动部件，设置在所述燃烧器的火焰筒与所述滑动环之间，用于向滑动环施加背向火焰筒的第一作用力；第二弹性部件，设置在滑动环远离所述弹性驱动部件的一侧，用于向滑动环施加朝向火焰筒的第二作用力。
Description
技术领域
本发明涉及燃气涡轮机技术领域，特别是涉及一种燃烧器的旋流结构、燃烧器和燃气涡轮机。
背景技术
燃气涡轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，并将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。根据结构形式的不同，燃气涡轮机可以分为重型燃气涡轮机、轻型燃气涡轮机和微型燃气涡轮机。
以微型燃气涡轮机为例，如图1所示，微型燃气涡轮机的主要结构包括压缩机1、回热器2、燃烧器3、涡轮4和传动轴5，其主要工作过程为：压缩机1吸入空气，并将吸入的空气压缩后排入回热器2；回热器2将压缩的空气与从涡轮4排入回热器2的气体进行热交换，再将温度升高后的压缩空气排入燃烧器3；燃烧器3将压缩气体与燃料相混合并点燃，产生高温燃烧气体；燃烧气体进入涡轮4，涡轮4将燃烧气体的能量转换为机械能，并将剩余的气体排入回热器2。
现有技术中，由于经回热器排入燃烧器的压缩气体的温度较高，导致燃烧器进口的温度变化幅度较大，从启动时的室温升至稳定工作时的近900K，从而导致燃烧器内空气的体积流量变化范围较大，当燃烧器的头部当量比较贫时，存在燃烧不稳定的技术风险；当燃烧器的头部当量比较富时，燃烧器在大状态运行时污染物的排放较高。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种燃烧器的旋流结构、燃烧器和燃气涡轮机，以根据温度调节燃烧器的流量分配，从而提高燃烧器的工作稳定性，降低氮氧化物的排放。
本发明实施例提供了一种燃烧器的旋流结构，包括：
叶片环，枢装于所述燃烧器的喷嘴管，具有沿周向分布的多个叶片；
滑动环，滑动装配于所述喷嘴管，且具有与所述多个叶片分别对应滑动嵌装的多个插孔；
第一弹性部件，设置在所述燃烧器的火焰筒与所述滑动环之间，用于向滑动环施加背向火焰筒的第一作用力；
第二弹性部件，设置在滑动环远离所述第一弹性部件的一侧，用于向滑动环施加朝向火焰筒的第二作用力；
当燃烧器内温度升高时，所述滑动环在所述第一弹性部件和第二弹性部件的作用下沿背向火焰筒的方向滑动；
当燃烧器内温度降低时，所述滑动环在所述第一弹性部件和第二弹性部件的作用下沿朝向火焰筒的方向滑动。
较佳的，所述第一弹性部件包括压簧、膨胀节或波纹管。
可选的，所述第一弹性部件的材质包括弹簧钢或记忆合金。
可选的，所述第二弹性部件为压簧。
可选的，所述第二弹性部件为V形弹簧片，所述V形弹簧片固定于所述喷嘴管且开口背向滑动环。
较佳的，所述V形弹簧片至少为两个，且沿所述喷嘴管的周向均匀分布。
优选的，所述V形弹簧片包括呈V形连接的内圈安装部和外圈变形部，所述内圈安装部与所述喷嘴管固定连接，所述外圈变形部具有切口。
较佳的，所述V形弹簧片包括不锈钢V形弹簧片。
采用该旋流结构的燃烧器，当燃烧器内温度升高时，滑动环在第一弹性部件和第二弹性部件的作用下沿背向火焰筒的方向滑动，这样增大了叶片环的进气面积；当燃烧器内温度降低时，滑动环在第一弹性部件和第二弹性部件的作用下沿朝向火焰筒的方向滑动，这样减小了叶片环的进气面积。因此，相比现有技术，该燃烧器的旋流结构可以根据温度调节燃烧器的流量分配，从而在燃烧器的进口温度较低时，旋流结构的流量分配比例较小，使得燃烧器的头部燃料当量比偏富，保证了启动过程中燃烧稳定和火焰稳定，因此提高了燃烧器的工作稳定性；在额定工况下，当燃烧器的进口温度较高时，旋流结构的流量分配比例增大，使得燃烧器的头部燃料当量比偏贫，从而降低了氮氧化物的排放。
本发明实施例还提供了一种燃烧器，包括前述任一技术方案所述的旋流结构。该燃烧器的旋流结构可以根据温度调节燃烧器的流量分配，从而提高了燃烧器的工作稳定性，降低了氮氧化物的排放。
本发明实施例还提供了一种燃气涡轮机，包括前述任一技术方案所述的燃烧器。该燃气涡轮机的燃烧器可以根据温度调节流量分配，从而提高了燃烧器的工作稳定性，降低了污染物的排放，提高了燃气涡轮机的品质。
附图说明
图1为现有技术中微型燃气涡轮机的结构示意图；
图2为本发明实施例燃烧器的示意图；
图3为本发明实施例滑动环的示意图；
图4为本发明实施例叶片环的示意图；
图5为本发明实施例旋流结构示意图。
附图标记：
现有技术部分：
1-压缩机；2-回热器；3-燃烧器；4-涡轮；5-传动轴；
本发明部分：
11-叶片环；12-滑动环；13-第一弹性部件；14-第二弹性部件；
15-喷嘴管；16-火焰筒；111-叶片；121-插孔；
141-内圈安装部；142-外圈变形部；143-切口。
具体实施方式
为了使燃烧器可以根据温度调节燃烧器的流量分配，从而提高燃烧器的工作稳定性，降低氮氧化物的排放，本发明实施例提供了一种用于燃气涡轮机的旋流装置、燃烧器和燃气涡轮机。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，本发明实施例提供了一种燃烧器的旋流结构，包括：
叶片环11，枢装于燃烧器的喷嘴管15，具有沿周向分布的多个叶片111；
滑动环12，滑动装配于喷嘴管15，且具有与前述多个叶片111分别对应滑动嵌装的多个插孔121；
第一弹性部件13，设置在燃烧器的火焰筒16与滑动环12之间，用于向滑动环12施加背向火焰筒16的第一作用力；
第二弹性部件14，设置在滑动环12远离第一弹性部件13的一侧，用于向滑动环12施加朝向火焰筒16的第二作用力；
当燃烧器内温度升高时，滑动环12在第一弹性部件13和第二弹性部件14的作用下沿背向火焰筒16的方向滑动；
当燃烧器内温度降低时，滑动环12在第一弹性部件13和第二弹性部件14的作用下沿朝向火焰筒16的方向滑动。
在本发明的实施例中，如图3和图4所示，叶片环11的多个叶片111与滑动环12的多个插孔121分别对应滑动嵌装。在燃烧器工作前，第一弹性部件13向滑动环12施加背向火焰筒16的第一作用力与第二弹性部件14向滑动环12施加朝向火焰筒16的第二作用力大小相等且方向相反，滑动环12相对于叶片环11保持静止。
在燃烧器启动后，当燃烧器内温度升高时，滑动环12在第一弹性部件13和第二弹性部件14的作用下沿背向火焰筒16的方向滑动，这样增大了叶片环11的进气面积；当燃烧器内温度降低时，滑动环12在第一弹性部件13和第二弹性部件14的作用下沿朝向火焰筒16的方向滑动，这样减小了叶片环11的进气面积。因此，相比现有技术，该燃烧器的旋流结构可以根据温度调节燃烧器的流量分配，从而在燃烧器的进口温度较低时，旋流结构的流量分配比例较小，使得燃烧器的头部燃料当量比偏富，保证启动过程中燃烧稳定和火焰稳定，因此提高了燃烧器的工作稳定性；在额定工况下，当燃烧器的进口温度较高时，旋流结构的流量分配比例增大，使得燃烧器的头部燃料当量比偏贫，从而降低了氮氧化物排放。
在本发明的实施例中，第一弹性部件13的具体类型不限，例如可以为压簧、膨胀节或波纹管。如图2所示，在本发明的一实施例中，第一弹性部件13具体采用压簧，燃烧器的火焰筒16和滑动环12分别与该压簧的两端连接。
在本发明的可选实施例中，第一弹性部件13的材质的具体类型不限，例如可以为弹簧钢或记忆合金。
在本发明的实施例中，第二弹性部件14的具体类型不限，例如可以为压簧或V形弹簧片。如图2所示，在本发明的可选实施例中，第二弹性部件14为V形弹簧片，V形弹簧片固定于喷嘴管15且开口背向滑动环12。较佳的，V形弹簧片至少为两个，且沿喷嘴管15的周向均匀分布。如图5所示，在本发明的优选实施例中，V形弹簧片位于滑动环12和喷嘴管15之间，包括呈V形连接的内圈安装部141和外圈变形部142，内圈安装部141与喷嘴管15固定连接，外圈变形部142具有切口143，以避免V形弹簧片形变时周向发生翘曲。较佳的，V形弹簧片为不锈钢V形弹簧片。
在本发明的一实施例中，第一弹性部件13为压簧，第二弹性部件14为V形弹簧片。在燃烧器工作前，压簧和V形弹簧片设置有预紧力；在燃烧器启动后，当燃烧器内的温度升高时，压簧的弹性系数逐渐减小，压簧向滑动环12施加的背向火焰筒16的第一作用力逐渐减小，V形弹簧片的弹性模量随温度的升高逐渐减小，V形弹簧片向滑动环12施加的朝向火焰筒16的第二作用力逐渐减小，且滑动环12受到的第二作用力小于第一作用力，因此，滑动环12在压簧和V形弹簧片的作用下沿背向火焰筒16的方向滑动；
当燃烧器内温度降低时，压簧的弹性系数逐渐增大，压簧向滑动环12施加的背向火焰筒16的第一作用力逐渐增大，V形弹簧片的弹性模量随温度的降低逐渐增大，V形弹簧片向滑动环12施加的朝向火焰筒16的第二作用力逐渐增大，且滑动环12受到的第二作用力大于第一作用力，因此，滑动环12在压簧和V形弹簧片的作用下沿朝向火焰筒16的方向滑动。
本发明实施例还提供了一种燃烧器，包括前述任一技术方案的旋流结构。该燃烧器的旋流结构可以根据温度调节燃烧器的流量分配，从而提高了燃烧器的工作稳定性，降低了污染物的排放。
本发明实施例还提供了一种燃气涡轮机，包括前述任一技术方案的燃烧器。该燃气涡轮机的燃烧器可以根据温度调节流量分配，从而提高了燃烧器的工作稳定性，降低了污染物的排放，提高了燃气涡轮机的品质。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种燃烧器的旋流结构，其特征在于，包括：
叶片环，枢装于所述燃烧器的喷嘴管，具有沿周向分布的多个叶片；
滑动环，滑动装配于所述喷嘴管，且具有与所述多个叶片分别对应滑动嵌装的多个插孔；
第一弹性部件，设置在所述燃烧器的火焰筒与所述滑动环之间，用于向滑动环施加背向火焰筒的第一作用力；
第二弹性部件，设置在滑动环远离所述第一弹性部件的一侧，用于向滑动环施加朝向火焰筒的第二作用力；
当燃烧器内温度升高时，所述滑动环在所述第一弹性部件和第二弹性部件的作用下沿背向火焰筒的方向滑动；
当燃烧器内温度降低时，所述滑动环在所述第一弹性部件和第二弹性部件的作用下沿朝向火焰筒的方向滑动。
2.如权利要求1所述的旋流结构，其特征在于，所述第一弹性部件包括压簧、膨胀节或波纹管。
3.如权利要求2所述的旋流结构，其特征在于，所述第一弹性部件的材质包括弹簧钢或记忆合金。
4.如权利要求1所述的旋流结构，其特征在于，所述第二弹性部件为压簧。
5.如权利要求1所述的旋流结构，其特征在于，所述第二弹性部件为V形弹簧片，所述V形弹簧片固定于所述喷嘴管且开口背向滑动环。
6.如权利要求5所述的旋流结构，其特征在于，所述V形弹簧片至少为两个，且沿所述喷嘴管的周向均匀分布。
7.如权利要求5所述的旋流结构，其特征在于，所述V形弹簧片包括呈V形连接的内圈安装部和外圈变形部，所述内圈安装部与所述喷嘴管固定连接，所述外圈变形部具有切口。
8.权利要求5～7任一项所述的旋流结构，其特征在于，所述V形弹簧片包括不锈钢V形弹簧片。
9.一种燃烧器，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的旋流结构。
10.一种燃气涡轮机，其特征在于，包括如权利要求9所述的燃烧器。
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