CN112460636A - 一种双油路单喷口双燃料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种双油路单喷口双燃料喷嘴，包括喷嘴壳体、主油路旋流雾化组件、副油路旋流雾化组件、气态燃料喷头；主油路旋流雾化组件包括主油路旋流器、主燃油流道、主油路预旋流室、旋流室、燃油喷口；副油路旋流雾化组件包括副油路旋流器、副燃油流道、旋流室、燃油喷口；本发明在不停机的情况下，可实现气态燃料、液态燃料的无扰动在线切换；双油路设计保证了慢车工况以前良好的燃油雾化效果，慢车工况以后不必大幅提高供油压力就能大幅提高喷油流量；防积碳气冷组件以及主副油路共用喷口的设计可以有效防止喷口积碳；副燃油流道包围主燃油流道的结构设计有效避免了主燃油流道残油受热结焦的问题。

Description

一种双油路单喷口双燃料喷嘴

技术领域

本发明涉及的是一种喷嘴，具体地说是燃气轮机的燃料喷嘴。

背景技术

随着我国对于石油的需求日益增加，我国对于海洋原油的勘探开采力度不断增大。这对于海上石油开采技术提出了越来越高的要求。在原油开采过程中，经常会获得大量的石油伴生气。在开采之初，这些石油伴生气被当作废气直接燃烧处理，造成了大量的资源浪费。双燃料燃气轮机作为一种尺寸小、功率大的动力装备，能够在伴生气开采出来之前使用常规液态燃料，在开采成功后切换为气态燃料，有效利用了石油伴生气，解决了海上原油开采过程中的资源浪费问题。双燃料喷嘴作为双燃料燃气轮机的核心部件，其部件性能直接影响整机性能。双燃料喷嘴使用过程中最经常出现的问题就是低工况下液态燃料雾化质量差、喷口积碳，所以研制一种能够防积碳、在各种工况下液态燃料雾化良好的双燃料喷嘴具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供能够实现任何工况下气态、液态燃料的无缝切换，在低工况和高工况下均能实现液态燃料的良好雾化效果，解决了以往双油路双喷口喷嘴容易出现主油路喷口易积碳等问题的一种双油路单喷口双燃料喷嘴。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：包括喷嘴壳体，喷嘴壳体里设置主油路、副油路、气态燃料测流道，喷嘴壳体的一侧分别设置主油路接头、副油路接头、气态燃料接头，主油路接头连接主油路，副油路接头连接副油路，气态燃料接头连接气态燃料测流道，喷嘴壳体的另一侧分别设置主油路旋流雾化组件和副油路旋流雾化组件，主油路旋流雾化组件包括主油路旋流器、主燃油流道、主油路预旋流室，副油路旋流雾化组件包括副油路旋流器、副燃油流道，主油路依次连接主油路旋流器、主燃油流道、主油路预旋流室，主油路预旋流室依次连接旋流室和燃油喷口，副油路依次连接副油路旋流器、副燃油流道，副燃油流道依次连接旋流室和燃油喷口，燃油喷口外侧设置气态燃料喷头，气态燃料喷头上设置气态燃料喷孔，气态燃料测流道连通气态燃料前环腔，经连接孔连通气态燃料后环腔，气态燃料后环腔连通气态燃料喷孔。

本发明还可以包括：

1、还包括止回阀，止回阀包括阀体、止回阀挡块、止回阀弹簧、球座、阀体，止回阀挡块设置于阀体里并位于主油路端部，自止回阀挡块起，自下而上依次安装止回阀弹簧、球座、阀体、堵盖，堵盖与阀体通过螺纹连接，阀体里分别设置进油孔和与球座配合的配合锥面，进油孔位于球座和堵盖之间，进油孔连接主油路接头。

2、还包括防积碳气冷组件，防积碳气冷组件包括隔热内罩、气冷肋片，隔热内罩与气态燃料喷头相固定，隔热内罩分别设置防积碳空气入口和冷却空气环腔，防积碳空气入口连通冷却空气环腔，冷却空气环腔里设置冷气肋片，冷却空气环腔出口与燃油喷口相通。

3、主油路旋流器嵌套于副油路旋流器内腔中，二者通过压紧螺塞按额定力矩固定在喷嘴壳体内，螺塞另一端与螺帽连接，螺帽与喷嘴壳体之间放置垫片，并按照额定力矩压紧。

4、在液态燃料工作模式下，从点火至慢车工况，副油路供油，主油路接仪表气作为辅助雾化空气；燃油由副油路接头进入副油路中，通过副燃油流道进入旋流室，通流截面按锥形收缩至燃油喷口，油流在切向上被加速，从燃油喷口喷入火焰筒内；与此同时，辅助雾化空气从主油路接头进入止回阀，经主油路进入主燃油中心流道，穿过燃油孔进入主燃油流道，经主油路预旋流室、旋流室从喷口喷出；喷出后，辅助雾化空气位于燃油雾锥的内侧，气流离心力的作用使得燃油喷雾锥角增大，且雾化空气速度高于燃油雾滴运动速度；主油路、副油路共用一个旋流室，主油路不供油时，副油路燃油在油压作用下逆流入主油路，止回阀防止主油路接头漏油；

当机组达到慢车工况以上时，副油路继续工作，主油路停止供应辅助雾化空气，开始供应燃油，燃油经主油路接头通过回阀进入主油路，然后进入主燃油流道，依次通过主油路预旋流室、旋流室，从燃油喷口喷出，在火焰筒内产生燃油雾锥。

本发明的优势在于：

(1)液态燃料通道与气态燃料通道各自独立，所以可以在不停机的情况下实现液态燃料和气态燃料之间的无扰动在线切换；

(2)慢车工况以前，流量较小的副油路单独工作，主油路通入仪表气辅助雾化，保证慢车工况之前液态燃料雾化效果良好，提高燃烧效率；

(3)慢车工况以后，副油路工作的同时，流量较大的主油路投入工作，不必大幅提高油压就能增加燃油喷射流量；

(4)以往双油路双喷口喷嘴(图7)，主油路流道环腔包裹着副油路流道，主油路和副油路有各自独立的喷嘴。当燃气轮机工况降低至慢车以下时，仅副油路工作，主油路已切断燃油供应，主油路流道中和主油路喷口处仍有燃油残留。这时喷嘴仍然工作在温度较高的环境下，主油路流道中和主油路喷口处的残油容易因高温发生结焦积碳。而本发明中，置换了主油路和副油路的空间位置关系——副油路流道环腔包裹着主油路流道；主、副油路共用同一个喷口。当机组从高工况降至慢车工况以下时，外侧有燃油不断流动的副油路对主油路起到了冷却作用，主油路流道内的残油不会受热结焦积碳；又因为主、副油路共用一个喷口，无论何种工况下，均有燃油流过喷口，从而解决了以往双油路双喷口主油路喷口易于积碳的问题；

(5)由于主副油路共用一个燃油喷口、共用一个旋流室，当主油路不工作时，副油路的燃油会在油压作用下逆流进入主油路流道。本发明在主油路入口处设置了止回阀，当燃油逆流至止回阀时，燃油对球座产生压力，使得球座被压向阀体，阻断了止回阀的通路，解决了主油路接头漏油的问题；

(6)防积碳气冷组件在结构上实现了对液态燃料喷口的引气吹扫：火焰筒内空气从防积碳空气入口进入，流经冷却空气环腔，从喷口外表面吹出，强化了喷嘴喷口附近的冷却效果，进一步降低喷口积碳的风险；

(7)气态燃料工作模式下，气态燃料喷头将燃料气均匀喷出，扩散燃烧，保证了燃烧稳定性；

(8)本发明可应用于海上石油开采平台双燃料燃气轮机上。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2是本发明的右视图；

图3是A局部放大图；

图4是B局部放大图；

图5是C-C剖视图；

图6是D-D剖视图；

图7是一种典型双油路双喷口液体燃料喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-7，本发明一种双油路单喷口双燃料喷嘴，结构上主要包括主油路接头1、副油路接头21、气态燃料接头24、喷嘴壳体8、止回阀5、主油路旋流雾化组件、副油路旋流雾化组件、防积碳气冷组件27、气态燃料喷头19、可拆卸压紧固定组件；所述主油路接头1和副油路接头21内安装有燃油过滤器3和止动环2；所述止回阀5结构上包括堵盖4、垫片6、阀体43、球座40、止回阀弹簧41、止回阀挡块42；所述主油路旋流雾化组件包括主油路旋流器17、主燃油流道35、主油路预旋流室30、旋流室34、燃油喷口29；所述副油路旋流雾化组件包括副油路旋流器15、副燃油流道32、旋流室34、燃油喷口29；防积碳气冷组件27包括隔热内罩18、气冷肋片45、气冷肋片间流道46；所述气态燃料喷头19与隔热内罩18焊接，气态燃料喷头上有12个气态燃料喷孔22，每两个孔分为一组，6组孔沿周向均匀分布。

副油路旋流器15嵌套于喷嘴壳体8内腔中，主油路旋流器17嵌套于副油路旋流器15内腔中，二者通过压紧螺塞12按额定力矩固定在喷嘴壳体8内，螺塞12另一端与螺帽11连接，螺帽11与喷嘴壳体8之间放置垫片13，并按照额定力矩压紧；止回阀5为可拆卸式，止回阀挡块42放置于阀腔底部起到支撑作用，从下至上依次安装止回阀弹簧41、球座40、阀体43，阀体锥面与球座上球面配合，阀体43与喷嘴壳体8之间采用螺纹连接，阀体43上端与堵盖4螺纹连接，堵盖4与喷嘴壳体8之间安装垫片6，并按额定力矩压紧；副油路7上端用堵塞9封堵焊死，防止漏油。

本发明的工作原理：在气态燃料工作模式下，气体燃料自燃料环管、燃料支管由气态燃料接头24进入气态燃料腔室，再流过气态燃料侧流道44进入气态燃料前环腔20，经连接孔47进入气态燃料后环腔26，从气态燃料喷孔22喷入火焰筒，由于采用扩散燃烧，保证了各工况下燃烧的稳定性。

在液态燃料工作模式下，从点火至慢车工况，仅有副油路供油，主油路接仪表气作为辅助雾化空气；燃油自燃油环管、支管由副油路接头21进入副油路7中，然后进入副燃油流道32，经副油路旋流槽31，油流被赋予一定的角动量后进入旋流室34，通流截面按锥形收缩至燃油喷口29，油流在切向上被加速，从喷口29喷入火焰筒内；与此同时，辅助雾化空气从主油路接头1，经气液两用燃油过滤器3滤除颗粒物杂质后进入止回阀5，经主油路10，进入主燃油中心流道37，穿过燃油孔36，进入主燃油流道35，通过主油路旋流槽33产生一定强度的旋流，再经主油路预旋流室30、旋流室34从喷口29喷出；喷出后，辅助雾化空气位于燃油雾锥的内侧，气流离心力的作用使得燃油喷雾锥角增大，且雾化空气速度高于燃油雾滴运动速度，有助于改善雾化质量，减小液滴平均粒度，提高点火至慢车工况的燃烧效率；由于主副油路共用一个旋流室，主油路不供油时，副油路燃油会在油压作用下逆流入主油路10，止回阀5的存在可以防止主油路接头1漏油；结构上副燃油流道32完全将主燃油中心流道37、主燃油流道35包裹起来，不断流动的燃油对主燃油中心流道37、主燃油流道35内的残油起到了冷却作用，避免结焦积碳。

当机组达到慢车工况以上时，副油路继续工作，主油路停止供应辅助雾化空气，开始供应燃油，燃油经主油路接头1，通过燃油过滤器的过滤，经止回阀5进入主油路10，然后进入主燃油流道35，经主油路旋流槽33获得一定的角动量，依次通过主油路预旋流室30、旋流室34，从燃油喷口29喷出，在火焰筒内产生具有一定锥角的燃油雾锥，雾化良好的油滴与空气发生扩散燃烧，保证高工况下的燃烧效率和燃烧稳定性。

Claims (9)

1.一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：包括喷嘴壳体，喷嘴壳体里设置主油路、副油路、气态燃料测流道，喷嘴壳体的一侧分别设置主油路接头、副油路接头、气态燃料接头，主油路接头连接主油路，副油路接头连接副油路，气态燃料接头连接气态燃料测流道，喷嘴壳体的另一侧分别设置主油路旋流雾化组件和副油路旋流雾化组件，主油路旋流雾化组件包括主油路旋流器、主燃油流道、主油路预旋流室，副油路旋流雾化组件包括副油路旋流器、副燃油流道，主油路依次连接主油路旋流器、主燃油流道、主油路预旋流室，主油路预旋流室依次连接旋流室和燃油喷口，副油路依次连接副油路旋流器、副燃油流道，副燃油流道依次连接旋流室和燃油喷口，燃油喷口外侧设置气态燃料喷头，气态燃料喷头上设置气态燃料喷孔，气态燃料测流道连通气态燃料前环腔，经连接孔连通气态燃料后环腔，气态燃料后环腔连通气态燃料喷孔。

2.根据权利要求1所述的一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：还包括止回阀，止回阀包括阀体、止回阀挡块、止回阀弹簧、球座、阀体，止回阀挡块设置于阀体里并位于主油路端部，自止回阀挡块起，自下而上依次安装止回阀弹簧、球座、阀体、堵盖，堵盖与阀体通过螺纹连接，阀体里分别设置进油孔和与球座配合的配合锥面，进油孔位于球座和堵盖之间，进油孔连接主油路接头。

3.根据权利要求1或2所述的一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：还包括防积碳气冷组件，防积碳气冷组件包括隔热内罩、气冷肋片，隔热内罩与气态燃料喷头相固定，隔热内罩分别设置防积碳空气入口和冷却空气环腔，防积碳空气入口连通冷却空气环腔，冷却空气环腔里设置冷气肋片，冷却空气环腔出口与燃油喷口相通。

4.根据权利要求1或2所述的一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：主油路旋流器嵌套于副油路旋流器内腔中，二者通过压紧螺塞按额定力矩固定在喷嘴壳体内，螺塞另一端与螺帽连接，螺帽与喷嘴壳体之间放置垫片，并按照额定力矩压紧。

5.根据权利要求3所述的一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：主油路旋流器嵌套于副油路旋流器内腔中，二者通过压紧螺塞按额定力矩固定在喷嘴壳体内，螺塞另一端与螺帽连接，螺帽与喷嘴壳体之间放置垫片，并按照额定力矩压紧。

6.根据权利要求1或2所述的一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：在液态燃料工作模式下，从点火至慢车工况，副油路供油，主油路接仪表气作为辅助雾化空气；燃油由副油路接头进入副油路中，通过副燃油流道进入旋流室，通流截面按锥形收缩至燃油喷口，油流在切向上被加速，从燃油喷口喷入火焰筒内；与此同时，辅助雾化空气从主油路接头进入止回阀，经主油路进入主燃油中心流道，穿过燃油孔进入主燃油流道，经主油路预旋流室、旋流室从喷口喷出；喷出后，辅助雾化空气位于燃油雾锥的内侧，气流离心力的作用使得燃油喷雾锥角增大，且雾化空气速度高于燃油雾滴运动速度；主油路、副油路共用一个旋流室，主油路不供油时，副油路燃油在油压作用下逆流入主油路，止回阀防止主油路接头漏油；

当机组达到慢车工况以上时，副油路继续工作，主油路停止供应辅助雾化空气，开始供应燃油，燃油经主油路接头通过回阀进入主油路，然后进入主燃油流道，依次通过主油路预旋流室、旋流室，从燃油喷口喷出，在火焰筒内产生燃油雾锥。

7.根据权利要求3所述的一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：在液态燃料工作模式下，从点火至慢车工况，副油路供油，主油路接仪表气作为辅助雾化空气；燃油由副油路接头进入副油路中，通过副燃油流道进入旋流室，通流截面按锥形收缩至燃油喷口，油流在切向上被加速，从燃油喷口喷入火焰筒内；与此同时，辅助雾化空气从主油路接头进入止回阀，经主油路进入主燃油中心流道，穿过燃油孔进入主燃油流道，经主油路预旋流室、旋流室从喷口喷出；喷出后，辅助雾化空气位于燃油雾锥的内侧，气流离心力的作用使得燃油喷雾锥角增大，且雾化空气速度高于燃油雾滴运动速度；主油路、副油路共用一个旋流室，主油路不供油时，副油路燃油在油压作用下逆流入主油路，止回阀防止主油路接头漏油；

当机组达到慢车工况以上时，副油路继续工作，主油路停止供应辅助雾化空气，开始供应燃油，燃油经主油路接头通过回阀进入主油路，然后进入主燃油流道，依次通过主油路预旋流室、旋流室，从燃油喷口喷出，在火焰筒内产生燃油雾锥。

8.根据权利要求4所述的一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：在液态燃料工作模式下，从点火至慢车工况，副油路供油，主油路接仪表气作为辅助雾化空气；燃油由副油路接头进入副油路中，通过副燃油流道进入旋流室，通流截面按锥形收缩至燃油喷口，油流在切向上被加速，从燃油喷口喷入火焰筒内；与此同时，辅助雾化空气从主油路接头进入止回阀，经主油路进入主燃油中心流道，穿过燃油孔进入主燃油流道，经主油路预旋流室、旋流室从喷口喷出；喷出后，辅助雾化空气位于燃油雾锥的内侧，气流离心力的作用使得燃油喷雾锥角增大，且雾化空气速度高于燃油雾滴运动速度；主油路、副油路共用一个旋流室，主油路不供油时，副油路燃油在油压作用下逆流入主油路，止回阀防止主油路接头漏油；

当机组达到慢车工况以上时，副油路继续工作，主油路停止供应辅助雾化空气，开始供应燃油，燃油经主油路接头通过回阀进入主油路，然后进入主燃油流道，依次通过主油路预旋流室、旋流室，从燃油喷口喷出，在火焰筒内产生燃油雾锥。

9.根据权利要求4所述的一种双油路单喷口双燃料喷嘴，其特征是：在液态燃料工作模式下，从点火至慢车工况，副油路供油，主油路接仪表气作为辅助雾化空气；燃油由副油路接头进入副油路中，通过副燃油流道进入旋流室，通流截面按锥形收缩至燃油喷口，油流在切向上被加速，从燃油喷口喷入火焰筒内；与此同时，辅助雾化空气从主油路接头进入止回阀，经主油路进入主燃油中心流道，穿过燃油孔进入主燃油流道，经主油路预旋流室、旋流室从喷口喷出；喷出后，辅助雾化空气位于燃油雾锥的内侧，气流离心力的作用使得燃油喷雾锥角增大，且雾化空气速度高于燃油雾滴运动速度；主油路、副油路共用一个旋流室，主油路不供油时，副油路燃油在油压作用下逆流入主油路，止回阀防止主油路接头漏油；

当机组达到慢车工况以上时，副油路继续工作，主油路停止供应辅助雾化空气，开始供应燃油，燃油经主油路接头通过回阀进入主油路，然后进入主燃油流道，依次通过主油路预旋流室、旋流室，从燃油喷口喷出，在火焰筒内产生燃油雾锥。

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