CN113701194A

CN113701194A - 一种燃气轮机燃烧室预混装置

Info

Publication number: CN113701194A
Application number: CN202110936570.1A
Authority: CN
Inventors: 李洁; 陈明禄; 马宏宇; 金戈; 任彤彤; 褚泽丰; 齐兵
Original assignee: AECC Shenyang Engine Research Institute
Current assignee: AECC Shenyang Engine Research Institute
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2041-08-16
Also published as: CN113701194B

Abstract

一种燃气轮机燃烧室预混装置，包括：中心喷嘴体，其一端端面上具有主燃料进气道、扩散燃料进气道，其内具有与主燃料进气道连通的值班燃料通道、环绕值班燃料通道的冷却空气通道、环绕冷却空气通道且与扩散燃料进气道连通的扩散燃料通道，其另一端端面上具有与值班燃料通道的值班燃料喷孔、多个与冷却空气通道的冷却空气喷孔、多个与扩散燃料通道的扩散燃料喷孔，其外壁具有与冷却空气通道连通的冷却空气进气道；预混室，套设在中心喷嘴体外周，与中心喷嘴体之间形成预混通道；多个旋流叶片，沿周向连接在中心喷嘴体、预混室之间；部分旋流叶片上具有预混燃料喷孔，且与中心喷嘴体之间形成连通其上预混燃料喷孔、主燃料进气道的预混燃料通道。

Description

一种燃气轮机燃烧室预混装置

技术领域

本申请属于燃气轮机燃烧室预混装置设计技术领域，具体涉及一种燃气轮机燃烧室预混装置。

背景技术

为保护环境，燃气轮机多采用干式低排放燃烧技术，当前的干式低排放燃气轮机主要存在以下缺陷：

1)燃烧室采用贫油预混的燃烧模式，其燃料、空气的预混物中易出现局部的高燃料浓度点，难以可靠的保证低排放目标的实现；

2)燃烧室采用燃料喷杆式的预混装置，气流流经燃料喷杆后，易在预混通道内产生尾迹，一旦在预混通道内发生回火，易使燃烧室被烧蚀。

鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。

需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本申请的目的是提供一种燃气轮机燃烧室预混装置，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。

本申请的技术方案是：

一种燃气轮机燃烧室预混装置，包括：

中心喷嘴体，其一端端面上具有主燃料进气道、扩散燃料进气道，其内具有与主燃料进气道连通的值班燃料通道、环绕值班燃料通道的冷却空气通道、环绕冷却空气通道且与扩散燃料进气道连通的扩散燃料通道，其另一端端面上具有与值班燃料通道的值班燃料喷孔、多个与冷却空气通道的冷却空气喷孔、多个与扩散燃料通道的扩散燃料喷孔，其外壁具有与冷却空气通道连通的冷却空气进气道；

预混室，套设在中心喷嘴体外周，与中心喷嘴体之间形成预混通道；

多个旋流叶片，在预混通道内设置，沿周向连接在中心喷嘴体、预混室之间；部分旋流叶片上具有预混燃料喷孔，且与中心喷嘴体之间形成连通其上预混燃料喷孔、主燃料进气道的预混燃料通道。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，扩散燃料进气道有多条，环绕主燃料进气道分布；扩散燃料喷孔有多个，环绕值班燃料喷孔分布；

冷却空气进气道有多条，环绕主燃料进气道分布；冷却空气喷孔有多个，位于各个扩散燃料喷孔、值班喷孔之间，环绕值班喷孔分布。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，预混室出口端侧壁具有多个沿周向分布的冷却空气冲击孔；

各个冷却空气冲击孔向预混室出口端倾斜。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，预混室局部部位沿径向收缩。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，具有预混燃料喷孔的部分旋流叶片上，具有沿中心喷嘴体轴向的凸出部位；

各个预混燃料喷孔位于相应的凸出部位上。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，各个凸出部位为沿中心喷嘴体轴向的平直段。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，各个凸出部位朝向预混室的进口。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，具有预混燃料喷孔的部分旋流叶片，与其余部分旋流叶片相间分布。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，具有预混燃料喷孔的部分旋流叶片上，具有多个在两侧分布的预混燃料喷孔。

根据本申请的至少一个实施例，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，各个旋流叶片与中心喷嘴体一体成型；

各条预混燃料通道延伸至对应旋流叶片的尖端；

燃气轮机燃烧室预混装置还包括：

多个堵块，每个堵块对应封堵一条预混燃料通道。

附图说明

图1是本申请实施例提供的燃气轮机燃烧室预混装置的外形示意图；

图2是本申请实施例提供的燃气轮机燃烧室预混装置的剖视图；

图3是本申请实施例提供的燃气轮机燃烧室预混装置的又一剖视图；

图4是本申请实施例提供的各个旋流叶片的展开示意图；

其中：

1-中心喷嘴体；2-预混室；3-旋流叶片；4-凸出部位；5-堵块；

A-主燃料进气道；B-扩散燃料进气道；C-值班燃料通道；D-冷却空气通道；E-扩散燃料通道；F-冷却空气进气道；G-预混通道：H-预混燃料通道。

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其中描述位置关系的用语仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

下面结合附图1至图4对本申请做进一步详细说明。

一种燃气轮机燃烧室预混装置，包括：

中心喷嘴体1，其一端端面上具有主燃料进气道A、扩散燃料进气道B，其内具有与主燃料进气道A连通的值班燃料通道C、环绕值班燃料通道C的冷却空气通道D、环绕冷却空气通道D且与扩散燃料进气道B连通的扩散燃料通道E，其另一端端面上具有与值班燃料通道C的值班燃料喷孔、多个与冷却空气通道D的冷却空气喷孔、多个与扩散燃料通道E的扩散燃料喷孔，其外壁具有与冷却空气通道D连通的冷却空气进气道F；

预混室2，套设在中心喷嘴体1外周，与中心喷嘴体1之间形成预混通道G；

多个旋流叶片3，在预混通道G内设置，沿周向连接在中心喷嘴体1、预混室2之间；部分旋流叶片3上具有预混燃料喷孔，且与中心喷嘴体1之间形成连通其上预混燃料喷孔、主燃料进气道A的预混燃料通道H。

对于上述实施例公开的燃气轮机燃烧室预混装置，领域内技术人员可以理解的是，主燃料可经主燃料进气道A流入各条预混燃料通道H，自旋流叶片3上的预混燃料喷孔喷出，与流经旋流叶片3的空气在预混通道G内预混混合，旋转流出，可在预混室2出口形成回流区，稳定火焰。

对于上述实施例公开的燃气轮机燃烧室预混装置，领域内技术人员还可以理解的是，进入主燃料进气道A的主燃料，部分进入值班燃料通道C，由值班燃料喷孔喷射进入回流区，以扩散燃烧的方式进行燃烧，用以稳定火焰。

对于上述实施例公开的燃气轮机燃烧室预混装置，领域内技术人员还可以理解的是，冷却空气可自冷却空气通道D进入冷却空气通道D，经冷却空气喷孔喷出，以冷却中心喷嘴体1的端面，防止火焰驻留。

对于上述实施例公开的燃气轮机燃烧室预混装置，领域内技术人员还可以理解的是，在低工况下，扩散燃料可自扩散燃料进气道B进入扩散燃料通道E，由扩散燃料喷孔喷射进入回流区，以扩散燃烧的方式进行燃烧，用以稳定火焰。

对于上述实施例公开的燃气轮机燃烧室预混装置，领域内技术人员可以理解的是，其在部分旋流叶片3与中心喷嘴体1间开设与主燃料通道A连通的预混燃料通道H，以及在该部分旋流叶片3上开设与预混燃料通道H连通的预混燃料喷孔，使进入主燃料通道A的燃料，可流入预混燃料通道H，自旋流叶片3上的预混燃料喷孔喷出，与流经旋流叶片3的空气在预混通道G内预混混合，实现燃料喷杆功能在旋流叶片3上集成，在预混通道G内不易产生尾迹，此外，不存在燃料喷杆对气流的阻碍，可使气流流动更加顺畅。

对于上述实施例公开的燃气轮机燃烧室预混装置，领域内技术人员可以理解的是，其设计各个旋流叶片3直接连接在中心喷嘴体1、预混室2之间，取消旋流器的外壳及其轮毂等部件，可进一步降低对气流的阻碍，使气流流动更加顺畅，避免燃料、空气的预混物中易出现局部的高燃料浓度点。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，扩散燃料进气道B有多条，环绕主燃料进气道A分布；扩散燃料喷孔有多个，环绕值班燃料喷孔分布；

冷却空气进气道F有多条，环绕主燃料进气道A分布；冷却空气喷孔有多个，位于各个扩散燃料喷孔、值班喷孔之间，环绕值班喷孔分布。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，预混室2出口端侧壁具有多个沿周向分布的冷却空气冲击孔；

各个冷却空气冲击孔向预混室2出口端倾斜。

对于上述实施例公开的燃气轮机燃烧室预混装置，领域内技术人员可以理解的是，其设计预混室2出口端侧壁具有多个沿周向分布的冷却空气冲击孔，可自冷却空气冲击孔向预混室2出口端引入冲击冷却空气，以能够清除预混室2出口端壁面定位附面层，且设计各个冷却空气冲击孔向预混室2出口端倾斜，以降低冲击冷却空气对在预混通道G内流场的影响。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，预混室2局部部位沿径向收缩，以加速气流流速，防止在预混通道G内发生回火。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，具有预混燃料喷孔的部分旋流叶片3上，具有沿中心喷嘴体1轴向的凸出部位4；

各个预混燃料喷孔位于相应的凸出部位4上，以便于加工，避免加工时，受到其余部分旋流叶片3的干涉。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，各个凸出部位4为沿中心喷嘴体1轴向的平直段，以能够起到整流作用，优化气流流动。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，各个凸出部位5朝向预混室2的进口，即位于旋流叶片3的前端，其上的预混燃料喷孔位于旋流叶片3的叶片的前段，自各个预混燃料喷孔喷出的燃料与空气，在流经旋流叶片3之前，就会发生预先混合，以取得燃料、空气间较好的混合效果。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，具有预混燃料喷孔的部分旋流叶片3，与其余部分旋流叶片3相间分布。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，具有预混燃料喷孔的部分旋流叶片3上，具有多个在两侧分布的预混燃料喷孔，燃料可自旋流叶片3的两侧沿周向向外喷出，与沿轴向流动的空气进行预先混合，可取得较好的混合效果。

在一些可选的实施例中，上述的燃气轮机燃烧室预混装置中，各个旋流叶片3与中心喷嘴体1一体成型，以便于制造、装配；

各条预混燃料通道H延伸至对应旋流叶片3的尖端，以能够方便的自尖端向内打孔，得到预混燃料通道H；

燃气轮机燃烧室预混装置还包括：

多个堵块5，每个堵块5对应封堵一条预混燃料通道H，以保证对各条预混燃料通道H的密封。

对于上述实施例公开的燃气轮机燃烧室预混装置，领域内技术人员可以理解的是，为了便于加工、装配，避免干涉，可设计预混室2分为两段，其中，一段可在中心喷嘴体1、各个旋流叶片3加工完成后套接在各个旋流叶片3的外周，其后与另一段对接；此外，可设计中心喷嘴体1分为前、中、后三段，前段加工有主燃料进气道A、扩散燃料进气道B、冷却空气进气道F、预混燃料通道H，中段加工有值班燃料通道C、冷却空气通道D、扩散燃料通道E，后段加工有值班燃料喷孔、冷却空气喷孔、扩散燃料喷孔，三段之间通过止口配合连接。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，包括：

中心喷嘴体(1)，其一端端面上具有主燃料进气道(A)、扩散燃料进气道(B)，其内具有与所述主燃料进气道(A)连通的值班燃料通道(C)、环绕所述值班燃料通道(C)的冷却空气通道(D)、环绕所述冷却空气通道(D)且与所述扩散燃料进气道(B)连通的扩散燃料通道(E)，其另一端端面上具有与所述值班燃料通道(C)的值班燃料喷孔、多个与所述冷却空气通道(D)的冷却空气喷孔、多个与所述扩散燃料通道(E)的扩散燃料喷孔，其外壁具有与所述冷却空气通道(D)连通的冷却空气进气道(F)；

预混室(2)，套设在所述中心喷嘴体(1)外周，与所述中心喷嘴体(1)之间形成预混通道(G)；

多个旋流叶片(3)，在所述预混通道(G)内设置，沿周向连接在所述中心喷嘴体(1)、所述预混室(2)之间；部分所述旋流叶片(3)上具有预混燃料喷孔，且与所述中心喷嘴体(1)之间形成连通其上预混燃料喷孔、所述主燃料进气道(A)的预混燃料通道(H)。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

所述扩散燃料进气道(B)有多条，环绕所述主燃料进气道(A)分布；所述扩散燃料喷孔有多个，环绕所述值班燃料喷孔分布；

所述冷却空气进气道(F)有多条，环绕所述主燃料进气道(A)分布；所述冷却空气喷孔有多个，位于各个所述扩散燃料喷孔、所述值班喷孔之间，环绕所述值班喷孔分布。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

所述预混室(2)出口端侧壁具有多个沿周向分布的冷却空气冲击孔；

各个所述冷却空气冲击孔向所述预混室(2)出口端倾斜。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

预混室(2)局部部位沿径向收缩。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

具有所述预混燃料喷孔的部分旋流叶片(3)上，具有沿所述中心喷嘴体(1)轴向的凸出部位(4)；

各个预混燃料喷孔位于相应的凸出部位(4)上。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

各个所述凸出部位(4)为沿所述中心喷嘴体(1)轴向的平直段。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

各个所述凸出部位(5)朝向所述预混室(2)的进口。

8.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

具有所述预混燃料喷孔的部分旋流叶片(3)，与其余部分旋流叶片(3)相间分布。

9.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

具有所述预混燃料喷孔的部分旋流叶片(3)上，具有多个在两侧分布的所述预混燃料喷孔。

10.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混装置，其特征在于，

各个所述旋流叶片(3)与所述中心喷嘴体(1)一体成型；

各条预混燃料通道(H)延伸至对应旋流叶片(3)的尖端；

所述燃气轮机燃烧室预混装置还包括：

多个堵块(5)，每个所述堵块(5)对应封堵一条所述预混燃料通道(H)。