CN107702145B - 燃烧器和具有该燃烧器的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃烧器和具有该燃烧器的燃气轮机，所述燃烧器包括燃烧室外筒、火焰筒、中心喷嘴、多个外围喷嘴、导流套和导流弯板；所述火焰筒、所述中心喷嘴和多个外围喷嘴分别设在所述燃烧室外筒内；所述导流套设在所述燃烧室外筒内且与所述火焰筒的后端相连，所述导流套设在多个所述外围喷嘴外面，所述导流套上设有与所述外围喷嘴对应的导流孔；所述导流弯板设在所述导流套内用于将所述环形通道内的一部分气流经所述导流孔从所述导流弯板的前侧导引到所述外围喷嘴内的外侧空间内。本发明可以有效调整气流的流动方向，降低空气逆转时的压力损失，增加外围喷嘴流场和掺混场的均匀性，提高燃烧器的燃烧性能。

Description

燃烧器和具有该燃烧器的燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地涉及一种燃烧器和具有该燃烧器的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机中的燃烧器内，空气从燃烧器的燃烧室外筒与火焰筒之间的环形通道逆流而上，经导流套到达中心喷嘴和外围喷嘴前端，在燃烧器端盖与喷嘴之间的区域逆转，部分空气进入外围喷嘴内沿燃烧室外筒的径向靠近燃烧室外筒的空间，部分空气进入中心喷嘴内和/或外围喷嘴内沿燃烧室外筒的径向远离燃烧室外筒的空间。

然而，空气在逆转时具有较大的径向速度，使得外围喷嘴内靠近燃烧室外筒的空间的空气流量远大于进入外围喷嘴内远离燃烧室外筒的空间的空气流量，空气流动不均匀，容易导致燃料和空气的掺混不均匀，影响燃烧器性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明一方面提出一种燃气轮机的燃烧器，该燃气轮机的燃烧器可以有效调整气流的流动方向，降低空气逆转时的压力损失，增加外围喷嘴流场和掺混场的均匀性，提高燃烧器的燃烧性能。

本发明另一方面还提出一种燃气轮机。

根据本发明实施例的燃气轮机的燃烧器包括：燃烧室外筒；火焰筒，所述火焰筒设在所述燃烧室外筒内中心位置处；中心喷嘴，所述中心喷嘴设在所述燃烧室外筒内；多个外围喷嘴，多个所述外围喷嘴设在所述燃烧室外筒内且围绕所述中心喷嘴间隔布置；导流套，所述导流套设在所述燃烧室外筒内且与所述火焰筒的后端相连以便所述火焰筒和所述导流套与所述燃烧室外筒之间形成环形通道，所述导流套设在多个所述外围喷嘴外面，所述导流套上设有与所述外围喷嘴对应的导流孔；导流弯板，所述导流弯板设在所述导流套内且所述导流弯板的前侧和后侧均对应有所述导流孔，用于将所述环形通道内的一部分气流通过所述导流弯板的前侧导引到所述外围喷嘴内的外侧空间内以及将另一部分气流从所述导流弯板的后侧导引到所述外围喷嘴内的内侧空间和/或所述中心喷嘴内。

根据本发明的燃气轮机的燃烧器，通过导流弯板和导流衬套上的导流孔，可以有效调整气流的流动方向，降低空气逆转时的压力损失，增加外围喷嘴流场和掺混场的均匀性，提高燃烧器的燃烧性能。

在一些实施例中，所述导流弯板的一端与所述导流套的内壁相连，所述导流弯板的另一端朝向所述外围喷嘴下游延伸。

在一些实施例中，从所述导流套的轴向上看，所述导流弯板为大体扇环形。

在一些实施例中，每个所述外围喷嘴对应多个所述导流孔，在所述导流套的纵截面上，多个所述导流孔沿所述导流套的轴向间隔布置。

在一些实施例中，多个所述外围喷嘴在所述燃烧室外筒的周向上均匀布置。

在一些实施例中，所述燃烧室外筒的横截面分为与所述外围喷嘴一一对应的区域，每个区域内设有一个所述外围喷嘴，每个区域的弧度为θ1，所述导流弯板的外周边的两端点与所述燃烧室外筒的中心的两条连线之间的夹角为θ2，其中θ2为θ1的1/2～1/3。

在一些实施例中，所述导流弯板和所述外围喷嘴之间彼此一一对应。

在一些实施例中，所述导流弯板的前壁面上设有向前延伸的隔板。

在一些实施例中，所述燃烧室外筒的后端设有端盖，所述外围喷嘴和所述中心喷嘴穿过所述端盖伸入所述燃烧室外筒内。

根据本发明另一方面的实施例的燃料轮机，所述燃气轮机包括上述实施例的燃烧器。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的燃气轮机的燃烧器的主剖视图；

图2是根据本发明的实施例的燃气轮机的燃烧器的侧视图。

附图标记：

燃烧器外筒1，火焰筒2，中心喷嘴3，外围喷嘴4，导流套5，导流弯板6，环形通道7，导流孔8，外侧空间9，内侧空间10，区域11，端盖12。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-2所示，根据本发明的实施例的燃气轮机的燃烧器包括燃烧室外筒1、火焰筒2、中心喷嘴3、多个外围喷嘴4、导流套5和导流弯板6。

火焰筒2设在燃烧室外筒1内，而且与燃烧室外筒1在径向上间隔开，以利于空气进入，如图1中火焰筒2的外侧的箭头所示。

中心喷嘴3设在燃烧室外筒1内中心位置处，以便于向火焰筒2内喷射燃料。

多个外围喷嘴4设在燃烧室外筒1内且围绕中心喷嘴3间隔布置，以便于向火焰筒2内喷射燃料。

导流套5设在燃烧室外筒1内且与火焰筒2的后端(例如图1所示的左端)相连以便火焰筒2和导流套5一起与燃烧室外筒4之间形成环形通道7，导流套5设在多个外围喷嘴4外面，导流套5上设有分别与外围喷嘴4对应的导流孔8。可以理解的是，导流孔8设有多个且与外围喷嘴4对应，每个外围喷嘴4可以对应一个大的导流孔，也可以对应多个小的导流孔。这里，燃料或燃料和空气的混合物的喷射方向为“前”，与喷射方向背离的为“后”，例如图1所示，燃料从左向右喷射，则火焰筒2的左端为后端，火焰筒2的右端为前端。

导流弯板6设在导流套5内用于将环形通道7内的一部分气流经导流孔8从导流弯板6的前侧(例如图1所示的右侧)导引到外围喷嘴4内的外侧空间9内以及将另一部分气流经导流孔8从导流弯板6的后侧(例如图1所示的左侧)导引到外围喷嘴4内的内侧空间10和/或中心喷嘴3内。这里，“外侧空间”是指外围喷嘴4内的沿导流套5的径向的位于外围喷嘴4的外侧的空间，即外围喷嘴4内沿导流套5的径向靠近导流套5的内壁面的空间，“内侧空间”是指外围喷嘴4内的沿导流套5的径向的位于外围喷嘴4的内侧的空间，即外围喷嘴4内沿导流套5的径向远离导流套5的内壁面的空间。

根据本发明的燃气轮机的燃烧器，通过导流弯板和导流衬套上的导流孔，可以引导环形通道内的空气分别进入外围喷嘴内的不同空间，从而有效调整气流的流动方向，降低空气逆转时的压力损失，增加外围喷嘴流场和掺混场的均匀性，提高燃烧器的燃烧性能。

在一些实施例中，导流弯板6的一端与导流套5的内壁相连，导流弯板6的另一端朝向外围喷嘴4下游延伸。如图1所示，导流弯板6的另一端从左向右延伸。换言之，如图1所示，导流弯板6的上端连接在导流套5的内壁上，导流弯板6的下端从左向右延伸在外围喷嘴4内，可以理解的是，导流弯板6的下端从左向右延伸时可以不伸入外围喷嘴4内，换言之，导流弯板6的下端在外围喷嘴4的左侧从左向右延伸以引导气流。

在一些实施例中，从导流套5的轴向上看，导流弯板6为大体扇环形。换言之，在导流套5的横截面上，导流弯板6大体为扇环形。可以理解的是，导流弯板6的外周边和内周边均为弧形，且每个弧形所在圆的圆心在外围喷嘴4的中心线上，或者每个弧形所在圆的圆心在中心喷嘴3的中心线上。

在一些实施例中，每个外围喷嘴4对应有多个导流孔8，在导流套5的纵截面上(如图1所示)，多个导流孔8沿导流套5的轴向间隔布置。更进一步地，多个导流孔8均匀分布。例如图1中所示的，沿外围喷嘴4的轴向，每个外围喷嘴4对应8个导流孔8，8个导流孔8沿导流套5的轴向均匀间隔布置，而且，导流弯板6的前侧和后侧均具有4个，环形通道7内的空气通过导流弯板6前侧的4个导流孔8进入外围喷嘴4内的外侧空间9，通过导流弯板6后侧的4个导流孔8进入中心喷嘴3和外围喷嘴4的内侧空间10。可以理解的是，在导流套5的周向上形成有均匀间隔布置的多排导流孔8，每一排的导流孔8沿导流套5的轴向均匀间隔布置，每个外围喷嘴4均对应上述的多排导流孔8。

在一些实施例中，多个外围喷嘴4在燃烧室外筒1的周向上均匀布置。可以理解的是，中心喷嘴3位于燃烧室外筒1的中心，即中心喷嘴3与燃烧室外筒1同轴设置，多个外围喷嘴4围绕中心喷嘴3在燃烧室外筒1的周向上均匀间隔布置。

在一些实施例中，燃烧室外筒1的横截面分为与外围喷嘴4一一对应的区域11，每个区域11内设有一个外围喷嘴4，每个区域11的弧度为θ1，导流弯板6的外周边的两端点与燃烧室外筒1的中心的两条连线之间的夹角为θ2，其中θ2为θ1的1/2～1/3。通过设置上述形式的扇环形的导流弯板，可以降低外围喷嘴内各空间内的流量误差，改善了外围喷嘴内流量不均匀的现象。

在一些实施例中，导流弯板6和外围喷嘴4之间彼此一一对应。换言之，导流弯板6具有多个，多个外围喷嘴4和多个导流弯板6之间彼此一一对应，即每个外围喷嘴4均对应一个导流弯板6，以提高引流效果，有效降低压力损失。

在一些实施例中，导流弯板6的前壁面上设有向前延伸的隔板(图中未示出)。更进一步地，隔板连接在导流弯板6的第一段61和第二段62之间且向前延伸，用以分割导流弯板5围成的空间，从而有效解决气流流动过程中杂涡引起的流动不对称的问题，进一步均衡外围喷嘴4内不同空间的流量。可以理解的是，隔板可以在导流套5的周向上与燃烧器内前侧(如图1所示的右侧)的旋流器的叶片对应，以提高空气与燃料的掺混效果。

在一些实施例中，燃烧室外筒1的后端(如图1所示的左端)设有端盖12，用以封闭燃烧室外筒1的左端，外围喷嘴4和中心喷嘴3分别穿过端盖12伸入燃烧室外筒1内。可以理解的是，外围喷嘴4和中心喷嘴3分别与火焰筒2连通。更进一步地，导流套5的左端与端盖12相连。

下面参考图1和图2描述根据本发明具体实施例的燃气轮机的燃烧器。

如图1-2所示，根据本发明的燃气轮机的燃烧器包括燃烧室外筒1、火焰筒2、中心喷嘴3、多个外围喷嘴4、导流套5、导流弯板6和端盖12。燃烧室外筒1、火焰筒2、中心喷嘴3和导流套5同轴设置，且燃烧室外筒1、火焰筒2和导流套5的横截面均为圆环形。

火焰筒2设在燃烧室外筒1内且与燃烧室外筒1在径向上间隔开，以利于空气进入。

中心喷嘴3设在燃烧室外筒1内且位于燃烧室外筒1的中心，以便于向火焰筒2内喷射燃料。

多个外围喷嘴4设在燃烧室外筒1内且围绕中心喷嘴3在燃烧室外筒1的周向上均匀间隔布置，例如图2中所示，外围喷嘴4为8个，8个外围喷嘴4围绕中心的中心喷嘴3在周向上均匀间隔布置，以便于向火焰筒2内喷射燃料或燃料和空气的混合物。

燃烧室外筒1的左端设有端盖12，用以封闭燃烧室外筒1的左端，外围喷嘴4和中心喷嘴3分别穿过端盖12伸入燃烧室外筒1内并与火焰筒2连通。

导流套5设在燃烧室外筒1内，导流套5的右端与端盖12相连，导流套5的左端与火焰筒2的左端相连，以便火焰筒2和导流套5一起与燃烧室外筒4之间形成环形通道7，导流套5的内侧为多个外围喷嘴4，导流套5上设有多个导流孔8且与外围喷嘴4对应。如图1所示，在导流套5的轴向上，8个导流孔8与一个外围喷嘴4对应且8个导流孔8沿导流套5的轴向均匀间隔布置。

导流弯板6为多个，导流弯板6和外围喷嘴4一一对应，导流弯板6设在导流套5内，导流弯板6的一端与导流套5的内壁相连，导流弯板6的另一端从左向右延伸在外围喷嘴4内。而且，在导流套5的轴向上，导流弯板6的右侧和左侧均对应4个导流孔8。

从导流套5的轴向上看，如图2所示，导流弯板6为大体扇环形。可以理解的是，导流弯板6的外周边和内周边均为弧形，且每个弧形所在圆的圆心在外围喷嘴4的中心线上，或者每个弧形所在圆的圆心在中心喷嘴3的中心线上。

环形通道7内的一部分气流经导流弯板6右侧的导流孔8从导流弯板6的前侧导引到外围喷嘴4内的外侧空间9内，即外围喷嘴4内沿导流套5的径向靠近导流套5的内壁面的空间。

环形通道7内的另一部分气流经导流弯板6左侧的导流孔8从导流弯板6的左侧导引到外围喷嘴4内的内侧空间10和/或中心喷嘴3内，即外围喷嘴4内沿导流套5的径向远离导流套5的内壁面的空间。

燃烧室外筒1的横截面分为与外围喷嘴4一一对应的区域11，每个区域11内设有一个外围喷嘴4，每个区域11的弧度为θ1，导流弯板6的外周边的两端点与燃烧室外筒1的中心的两条连线之间的夹角为θ2，其中θ2为θ1的1/2～1/3。通过设置上述形式的扇环形的导流弯板，可以降低外围喷嘴内各空间内的流量误差，改善了外围喷嘴内流量不均匀的现象。

根据本发明另一方面的实施例的燃料轮机，燃气轮机包括上述实施例的燃烧器。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种燃气轮机的燃烧器，其特征在于，包括：

燃烧室外筒；

火焰筒，所述火焰筒设在所述燃烧室外筒内；

中心喷嘴，所述中心喷嘴设在所述燃烧室外筒内中心位置处；

多个外围喷嘴，多个所述外围喷嘴设在所述燃烧室外筒内且围绕所述中心喷嘴间隔布置；

导流套，所述导流套设在所述燃烧室外筒内且与所述火焰筒的后端相连以便所述火焰筒和所述导流套与所述燃烧室外筒之间形成环形通道，所述导流套设在多个所述外围喷嘴外面，所述导流套上设有与所述外围喷嘴对应的导流孔，所述导流孔沿所述导流套的径向贯穿所述导流套的周壁；

多个导流弯板，多个所述导流弯板设在所述导流套内且与多个所述外围喷嘴一一对应，所述导流弯板的一端与所述导流套的内壁相连，所述导流弯板的另一端朝向所述外围喷嘴下游延伸，用于将所述环形通道内的一部分气流经所述导流孔从所述导流弯板的前侧导引到所述外围喷嘴内的外侧空间内以及将另一部分气流经所述导流孔从所述导流弯板的后侧导引到所述外围喷嘴内的内侧空间和/或所述中心喷嘴内。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机的燃烧器，其特征在于，从所述导流套的轴向上看，所述导流弯板为大体扇环形。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机的燃烧器，其特征在于，每个所述外围喷嘴对应多个所述导流孔，在所述导流套的纵截面上，多个所述导流孔沿所述导流套的轴向间隔布置。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机的燃烧器，其特征在于，多个所述外围喷嘴在所述燃烧室外筒的周向上均匀布置。

5.根据权利要求4所述的燃气轮机的燃烧器，其特征在于，所述燃烧室外筒的横截面分为与所述外围喷嘴一一对应的区域，每个区域内设有一个所述外围喷嘴，每个区域的弧度为θ1，所述导流弯板的外周边的两端点与所述燃烧室外筒的中心的两条连线之间的夹角为θ2，其中θ2为θ1的1/2～1/3。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的燃气轮机的燃烧器，其特征在于，所述导流弯板的前壁面上设有向前延伸的隔板。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的燃气轮机的燃烧器，其特征在于，所述燃烧室外筒的后端设有端盖，所述外围喷嘴和所述中心喷嘴穿过所述端盖伸入所述燃烧室外筒内。

8.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述燃气轮机的燃烧器。

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