CN109654537A - 一种中心燃料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本申请属于涡轮发动机技术领域，特别涉及一种中心燃料喷嘴。该中心燃料喷嘴(101)设置在燃气轮机燃烧室(100)中，该中心燃料喷嘴(101)包括：值班燃料管(102)、燃料分配管(104)、旋流管(115)、以及进口段(122)。本申请的中心燃料喷嘴，取消了传统的燃料喷杆的设计，通过内燃料孔和外燃料孔进行多点投放燃料，强化燃料与空气的掺混均匀程度，从而降低燃烧室排放量；同时通过内燃料孔和外燃料孔取代预混通道内的燃料喷杆防止尾迹的产生，从而防止燃烧室的回火风险。

Description

一种中心燃料喷嘴

技术领域

本申请属于涡轮发动机技术领域，特别涉及一种中心燃料喷嘴。

背景技术

燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧系统和涡轮机。在燃烧系统内，空气与燃料燃烧以生成热气体，热气体在涡轮区段中膨胀以驱动负载。通常燃烧系统采用扩散燃烧器，在扩散燃烧器中，燃料直接扩散到燃烧器内，与空气混合并燃烧。然而扩散燃烧器以高峰值温度操作，会形成比较高水平的污染物，如氮氧化物(NOx)。

现有技术中通过干式低NOx燃烧系统，来降低燃烧过程中所产生的NOx的水平。该燃烧系统使用贫预混合燃烧，这种燃烧预混合空气与燃料以形成相对均匀的空气-燃料混合物，之后才将该混合物引导至燃烧区中。然后，该混合物以相对较低的温度燃烧，从而生成相对较低水平的NOx。

现有干式低NOx燃烧室中心区喷嘴通过燃料喷杆供应燃料，无法保证燃料与空气掺混均匀程度，可能形成燃料的局部过富，增加燃烧室排放；同时燃料喷杆位于预混通道当中，空气流经燃料喷杆之后产生尾迹，容易引起回火风险。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种中心燃料喷嘴，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种中心燃料喷嘴，包括：

值班燃料管，所述值班燃料管内部设置有值班燃料通道；

燃料分配管，所述燃料分配管同轴套设在所述值班燃料管下游的外侧，所述燃料分配管包括内管、外管，以及连接所述内管与所述外管端部的下游段，其中，

所述内管上开设有内燃料孔，所述内管与所述值班燃料管之间形成预混通道；

所述外管上开设有外燃料孔，所述外管与所述内管之间形成燃料通道后段；

所述下游段上开设有下游燃料孔；

旋流管，所述旋流管包括旋流壳体、旋流槽以及燃料内腔，其中，

所述旋流壳体通过通孔同轴套设在所述值班燃料管上游的外侧，且与所述燃料分配管的上游端连接；

所述燃料内腔设置在所述旋流壳体的内部，将所述燃料通道后段与燃料通道前段连通；

所述旋流槽沿所述旋流壳体的周向均匀布置多个，所述旋流槽与所述旋流壳体的半径方向成预定角度，且与所述预混通道连通；

进口段，所述进口段包括燃料管道以及进口法兰，所述燃料管道一端与所述进口法兰同轴固定，另一端与所述燃料通道前段连接。

可选地，所述值班燃料通道的直径为3mm。

可选地，所述旋流槽的个数不小于4个。

可选地，所述旋流槽沿所述旋流壳体的周向均匀布置8个。

可选地，所述旋流槽与所述旋流壳体的半径方向所成的预定角度为45度。

可选地，所述旋流槽的宽度与所述旋流壳体的半径比为1:3。

可选地，所述内燃料孔为切向孔，且旋向与所述旋流槽相反。

可选地，所述内燃料孔围绕轴线周向均匀布置多排。

可选地，所述外燃料孔为切向孔。

可选地，所述外燃料孔围绕所述轴线周向均匀布置多排，用于向所述燃料分配管外侧的夹层空气通道喷射燃料。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的中心燃料喷嘴，取消了传统的燃料喷杆的设计，通过内燃料孔和外燃料孔进行多点投放燃料，强化燃料与空气的掺混均匀程度，从而降低燃烧室排放量；同时通过内燃料孔和外燃料孔取代预混通道内的燃料喷杆防止尾迹的产生，从而防止燃烧室的回火风险。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的中心燃料喷嘴的截面图；

图2是本申请一个实施方式的中心燃料喷嘴的整体示意图；

图3是本申请一个实施方式的中心燃料喷嘴的旋流管截面图；

图4是本申请一个实施方式的中心燃料喷嘴的下游示意图；

其中：

100-燃烧室；101-中心燃料喷嘴；102-值班燃料管；103-值班燃料通道；104-燃料分配管；105-预混通道；106-内管；107-外管；108-下游段；109-燃料通道后段；110-内燃料孔；111-外燃料孔；112-轴线；113-夹层空气通道；114-下游燃料孔；115-旋流管；116-旋流壳体；117-燃料内腔；118-旋流槽；119-燃料通道前段；120-旋流管上游端；121-通孔；122-进口段；123-进口法兰；124-燃料管道。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图4对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种中心燃料喷嘴，该中心燃料喷嘴101设置在燃气轮机燃烧室100中，该中心燃料喷嘴101包括：值班燃料管102、燃料分配管104、旋流管115、以及进口段122。

具体的，值班燃料管102内部设置有值班燃料通道103。值班燃料管102用于通入值班燃料，值班燃料进入燃烧区后的燃烧方式为扩散燃烧，用于稳定燃烧区的内部火焰，值班燃料的量设置为令污染物排放量能够符合国际规定的标准。本实施例中，值班燃料通道103的直径为3mm。

燃料分配管104同轴套设在值班燃料管102下游的外侧，燃料分配管104包括内管106、外管107，以及连接内管106与外管107端部的下游段108，其中，内管106上开设有围绕轴线112周向均匀地布置的多排内燃料孔110，内管106与值班燃料管102之间形成预混通道105，内燃料孔110用于向预混通道105多点投放燃料，优化燃料与空气的掺混均匀度，预混通道105用于空气与燃料的充分掺混，以降低燃烧室100排放量，同时预混通道105的面积设计为令燃料与空气混合物的速度大于30m/s。外管107上开设有外燃料孔111，外燃料孔111围绕轴线112周向均匀布置多排，用于向燃料分配管104外侧的夹层空气通道113喷射燃料，外管107与内管106之间形成燃料通道后段109，燃料通道后段109用于供应燃料。下游段108上开设有下游燃料孔114，下游燃料孔114直接向燃烧区内喷射燃料，组织方式为扩散燃烧，用于稳定燃烧区的外部火焰，下游燃料孔114围绕轴线112周向均匀地分布。

如图2和图3所示，旋流管115包括旋流壳体116、旋流槽118以及燃料内腔117，其中，旋流壳体116通过通孔121同轴套设在值班燃料管102上游的外侧，值班燃料管102与旋流壳体上游端120同轴焊接固定，通孔121能够为值班燃料管102供应值班燃料，且旋流壳体116与燃料分配管104的上游端同轴焊接固定；燃料内腔117设置在旋流壳体116的内部，将燃料通道后段109与燃料通道前段119连通；旋流槽118沿旋流壳体116的周向均匀布置多个，旋流槽118与旋流壳体116的半径方向成预定角度，且与预混通道105连通。空气从旋流槽118流入后产生旋流，之后进入预混通道105当中，空气的旋流剪切作用有助于空气与燃料的掺混，同时能在下游产生回流区，用于火焰的稳定。

有利的是，本实施例中，旋流槽118的个数不小于4个，优选旋流槽118沿旋流壳体116的周向均匀布置8个，形成周向尽可能均匀的旋转气流。另外，旋流槽118与旋流壳体116的半径方向所成的预定角度为45度。旋流槽118的宽度与旋流壳体116的半径比为1:3。

有利的是，本实施例中，内燃料孔110为切向孔，且旋向与旋流槽118相反，使得燃料喷射形成旋转，且与空气旋转反向，强化掺混。外燃料孔111也为切向孔，强化掺混。

进一步，本申请的中心燃料喷嘴还包括进口段122包括燃料管道124以及进口法兰123，燃料管道124一端与进口法兰123同轴焊接固定，另一端与燃料通道前段119连接。燃料通道前段119用于向下游供应燃料。

有利的是，本实施例中，优选将值班燃料管102的出口端与燃料分配管104的内管106出口端设置为扩张型，使预混通道105的出口呈收敛形，空气从预混通道105流出进入下游燃烧区后预混燃烧，收敛形通道通过加速与产生逆向压力梯度的方式降低预混燃烧中回火的风险，增强燃烧室100工作的可靠性。

本申请的中心燃料喷嘴，取消了传统的燃料喷杆的设计，通过内燃料孔和外燃料孔进行多点投放燃料，强化燃料与空气的掺混均匀程度，从而降低燃烧室排放量；同时通过内燃料孔和外燃料孔取代预混通道内的燃料喷杆防止尾迹的产生，从而防止燃烧室的回火风险。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种中心燃料喷嘴，其特征在于，包括：

值班燃料管(102)，所述值班燃料管(102)内部设置有值班燃料通道(103)；

燃料分配管(104)，所述燃料分配管(104)同轴套设在所述值班燃料管(102)下游的外侧，所述燃料分配管(104)包括内管(106)、外管(107)，以及连接所述内管(106)与所述外管(107)端部的下游段(108)，其中，

所述内管(106)上开设有内燃料孔(110)，所述内管(106)与所述值班燃料管(102)之间形成预混通道(105)；

所述外管(107)上开设有外燃料孔(111)，所述外管(107)与所述内管(106)之间形成燃料通道后段(109)；

所述下游段(108)上开设有下游燃料孔(114)；

旋流管(115)，所述旋流管(115)包括旋流壳体(116)、旋流槽(118)以及燃料内腔(117)，其中，

所述旋流壳体(116)通过通孔(121)同轴套设在所述值班燃料管(102)上游的外侧，且与所述燃料分配管(104)的上游端连接；

所述燃料内腔(117)设置在所述旋流壳体(116)的内部，将所述燃料通道后段(109)与燃料通道前段(119)连通；

所述旋流槽(118)沿所述旋流壳体(116)的周向均匀布置多个，所述旋流槽(118)与所述旋流壳体(116)的半径方向成预定角度，且与所述预混通道(105)连通；

进口段(122)，所述进口段(122)包括燃料管道(124)以及进口法兰(123)，所述燃料管道(124)一端与所述进口法兰(123)同轴固定，另一端与所述燃料通道前段(119)连接。

2.根据权利要求1所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述值班燃料通道(103)的直径为3mm。

3.根据权利要求1所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述旋流槽(118)的个数不小于4个。

4.根据权利要求3所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述旋流槽(118)沿所述旋流壳体(116)的周向均匀布置8个。

5.根据权利要求4所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述旋流槽(118)与所述旋流壳体(116)的半径方向所成的预定角度为45度。

6.根据权利要求5所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述旋流槽(118)的宽度与所述旋流壳体(116)的半径比为1:3。

7.根据权利要求1所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述内燃料孔(110)为切向孔，且旋向与所述旋流槽(118)相反。

8.根据权利要求7所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述内燃料孔(110)围绕轴线(112)周向均匀布置多排。

9.根据权利要求8所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述外燃料孔(111)为切向孔。

10.根据权利要求9所述的中心燃料喷嘴，其特征在于，所述外燃料孔(111)围绕所述轴线(112)周向均匀布置多排，用于向所述燃料分配管(104)外侧的夹层空气通道(113)喷射燃料。