CN115234941B - 单叶片喷射的双燃料燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，包括预燃级组件、主燃级组件和火焰筒，主燃级组件环绕设置于预燃级组件的外侧，主燃级组件内设有第一燃料通道、主燃级通道和第二燃料通道，主燃级通道内设有主燃级旋流叶片，火焰筒与主燃级组件相连，且燃烧室与主燃级通道相连通，主燃级旋流叶片内设有第一喷料通道和第二喷料通道，第一喷料通道和第二喷料通道分别与第一燃料通道和第二燃料通道相连通，且第一喷料通道和第二喷料通道在主燃级旋流叶片的表面分别形成有第一喷料孔和第二喷料孔。用以解决现有技术中双燃料燃烧室结构复杂，可靠性低，维修成本高的技术问题，实现双燃料燃烧室结构的简单化，提高可靠性并降低维修成本。

Description

单叶片喷射的双燃料燃烧室

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种单叶片喷射的双燃料燃烧室。

背景技术

双燃料燃气轮机是利用双燃料燃烧技术，在燃气轮机不停机的情况下，实现不同燃料的无扰动在线切换。通过在燃气轮机中实施气液双燃料燃烧技术，可以提高燃气轮机对燃料的适应性，拓宽燃气轮机应用领域。特别是对于有低排放要求的双燃料燃烧室，其具有更低的氮氧化物、一氧化碳排放值。由于需在单一空间内组织两种燃料的燃烧，且需同时控制污染物排放，技术研制难度大。

目前双燃料燃烧室主燃级多采用在单燃料燃烧室基础上再增加一路燃料喷嘴的方式实现双燃料燃烧功能，这样的额外结构导致了燃烧室结构复杂，可靠性降低，使用及维护成本增加。

发明内容

本发明提供一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，用以解决现有技术中双燃料燃烧室结构复杂，可靠性低，维修成本高的技术问题，实现双燃料燃烧室结构的简单化，提高可靠性并降低维修成本。

本发明提供一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，包括：

预燃级组件；

主燃级组件，环绕设置于所述预燃级组件的外侧，所述主燃级组件内设有第一燃料通道、主燃级通道和第二燃料通道，所述主燃级通道内设有主燃级旋流叶片；

火焰筒，与所述主燃级组件相连，且所述燃烧室与所述主燃级通道相连通；

其中，所述主燃级旋流叶片内设有第一喷料通道和第二喷料通道，所述第一喷料通道和所述第二喷料通道分别与所述第一燃料通道和所述第二燃料通道相连通，且所述第一喷料通道和所述第二喷料通道在所述主燃级旋流叶片的表面分别形成有第一喷料孔和第二喷料孔。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述主燃级组件包括主燃级外环和主燃级内环，所述主燃级内环环绕设置于所述预燃级组件的外侧，所述主燃级外环环绕设置于所述主燃级内环的外部，所述主燃级内环和所述主燃级外环之间的区域形成所述主燃级通道。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述第一燃料通道设置于所述主燃级外环内，所述第一燃料通道远离所述第一喷料通道的一端在所述主燃级外环的表面形成第一进料孔，所述第二燃料通道设置于所述主燃级内环内，所述第二燃料通道远离所述第二喷料通道的一端在所述主燃级外环的表面形成第二进料孔。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述主燃级外环的外部在靠近所述火焰筒的位置设有连接耳，所述连接耳上设有吹扫气孔，所述吹扫气孔与所述主燃级通道相连通。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述预燃级组件内设有预燃级通道，所述预燃级通道内设有预燃级旋流叶片，所述预燃级通道与所述火焰筒相连通。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述预燃级组件包括预燃级外环、预燃级内环以及中心离心喷嘴，所述预燃级外环环绕设置于所述预燃级内环的外部，所述预燃级外环和所述预燃级内环之间的区域形成所述预燃级通道，所述预燃级内环环绕设置于所述中心离心喷嘴。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述预燃级内环与所述中心离心喷嘴之间留设有第三喷料通道，所述预燃级内环的相对两端分别设有与所述第三喷料通道相连通的第三进料孔和第三喷料孔，所述第三喷料孔朝向所述火焰筒；

所述中心离心喷嘴内设有第四喷料通道，所述中心离心喷嘴的相对两侧分别设有与所述第四喷料通道相连通的第四进料孔和第四喷料孔，所述第四喷料孔朝向所述火焰筒。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述预燃级外环与所述主燃级组件之间的区域设有与所述主燃级通道相连通的冷却气孔。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述主燃级旋流叶片的厚度为1-5mm，所述主燃级旋流叶片的末端与所述火焰筒的轴向之间的夹角为20-70°。

根据本发明提供的一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，所述第一喷料孔和所述第二喷料孔与来流空气方向之间的夹角为0-180°。

本发明实施例提供的单叶片喷射的双燃料燃烧室，通过预燃级组件和主燃级组件的配合实现燃料在火焰筒内的燃烧，在主燃级组件内设置第一燃料通道、主燃级通道和第二燃料通道，第一燃料通道和第二燃料通道与设置于主燃级通道内的主燃级旋流叶片的第一喷料通道和第二喷料通道相连通，便可通过单级的主燃级旋流叶片来喷射两种燃料，使燃烧室的结构更加简单，能满足双燃料的燃烧需求，有利于降低燃烧室的排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的单叶片喷射的双燃料燃烧室的剖面图；

图2是本发明提供的单叶片喷射的双燃料燃烧室的局部放大图之一；

图3是本发明提供的单叶片喷射的双燃料燃烧室的局部放大图之二；

图4是本发明提供的单叶片喷射的双燃料燃烧室中，主燃级内环的立体结构示意图；

图5是本发明提供的单叶片喷射的双燃料燃烧室中，主燃级组件的立体结构示意图；

图6是本发明提供的单叶片喷射的双燃料燃烧室中，主燃级旋流叶片中燃料的喷射方向示意图；

图7是本发明提供的单叶片喷射的双燃料燃烧室中，主燃级旋流叶片上第一喷料孔和第二喷料孔的分布示意图。

附图标记：

13、中心离心喷嘴；14、预燃级内环；15、预燃级旋流器；16、预燃级外环；17、多点直射喷嘴；18、冷却气孔；21、主燃级内环；23、第二燃料通道；24、主燃级旋流叶片；25、第一喷料孔；26、第一燃料通道；27、主燃级外环；28、挡板；29、主燃级通道；30、第二喷料孔；32、吹扫气孔；41、火焰筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图7描述本发明的单叶片喷射的双燃料燃烧室，主要包括预燃级组件、主燃级组件和火焰筒41，其中，主燃级组件环绕设置于预燃级组件的外侧，主燃级组件内设有第一燃料通道26、主燃级通道29和第二燃料通道23，主燃级通道29内设有主燃级旋流叶片24，火焰筒41与主燃级组件相连，且燃烧室与主燃级通道29相连通，主燃级旋流叶片24内设有第一喷料通道和第二喷料通道，第一喷料通道和第二喷料通道分别与第一燃料通道26和第二燃料通道23相连通，且第一喷料通道和第二喷料通道在主燃级旋流叶片24的表面分别形成有第一喷料孔25和第二喷料孔30。

在本实施例中，通过预燃级组件和主燃级组件的配合实现燃料在火焰筒41内的燃烧，在主燃级组件内设置第一燃料通道26、主燃级通道29和第二燃料通道23，第一燃料通道26和第二燃料通道23与设置于主燃级通道29内的主燃级旋流叶片24的第一喷料通道和第二喷料通道相连通，便可通过单级的主燃级旋流叶片24来喷射两种燃料，使燃烧室的结构更加简单，能满足双燃料的燃烧需求，有利于降低燃烧室的排放。

需要说明的是，本发明中所指的单叶片指的是在主燃级组件中仅设置一级叶片(主燃级旋流叶片24)，不是指主燃级旋流叶片24的个数设置为1个。

第一喷料孔25和第二喷料孔30的孔径可以为0.3-4mm，分别用于喷出两种不同的燃料。第一喷料孔25和第二喷料孔30可以位于主燃级旋流叶片24的任一侧，只需使从第一喷料孔25和第二喷料孔30喷出的燃料能位于主燃级通道29内即可。

第一燃料通道26的内壁设置有第一通孔，第一喷料通道与第一通孔相连以实现第一喷料通道和第一燃料通道26之间的连通，第二燃料通道23的内壁设置有第二通孔，第二喷料通道与第二通孔相连以实现第二喷料通道和第二燃料通道23之间的连通。其中，第一通孔与第一喷料孔25之间孔径的比例可以为5:1，第二通孔与第二喷料孔30之间孔径的比例也可以为5:1。

如图1所示，火焰筒41与主燃级组件一体成型，进入第一燃料通道26和第二燃料通道23的两种燃油后分别进入到第一喷料通道和第二喷料通道内，并分别从第一喷油孔和第二喷油孔喷出，并在主燃级通道29内使两种燃油与空气进行掺混，形成燃料空气混合物后进入火焰筒41内进行燃烧。

在本实施例中，主燃级组件包括主燃级外环27和主燃级内环21，其中，主燃级内环21环绕设置于预燃级组件的外侧，主燃级外环27环绕设置于主燃级内环21的外部，主燃级内环21和主燃级外环27之间的区域便可形成前述的主燃级通道29。

可以理解的是，主燃级内环21和主燃级外环27均为环形结构，主燃级内环21直接套接在预燃级组件上，且主燃级内环21与预燃级组件直接相连，而主燃级外环27是套接在主燃级内环21的外部区域，从而使主燃级内环21的外侧与主燃级外环27的内侧之间预留有腔体，该腔体便能形成前述的主燃级通道29。

主燃级外环27可以直接与火焰筒41相连，主燃级外环27与火焰筒41之间可以一体成型或采用焊接等方式密封相连。

主燃级旋流叶片24的两侧分别固定于主燃级内环21的外侧和主燃级外环27的内侧，以实现主燃级旋流叶片24的位置固定。

在本实施例中，第一燃料通道26设置于主燃级外环27内，第一燃料通道26远离第一喷料通道的一端在主燃级外环27的表面形成第一进料孔，第二燃料通道23设置于主燃级内环21内，第二燃料通道23远离第二喷料通道的一端在主燃级外环27的表面形成第二进料孔。

第一燃料从第一进料孔进入到第一燃料通道26中，然后进入到主燃级旋流叶片24的第一喷料通道中，再由第一喷料孔25喷射到主燃级通道29中，第二燃料从第二进料孔进入到第二燃料通道23中，然后进入到主燃级旋流叶片24的第二喷料通道中，再由第二喷料孔30喷射到主燃级通道29中。

在第一进料孔处可以连接有燃料管道(图中未示出)，同理，在第二进料孔处也可以连接有燃料管道，从而使燃料能顺利进入到第一燃料通道26和第二燃料通道23中。

如图2和图3所示，主燃级通道29、第一燃料通道26和第二燃料通道23均可以设置为环形，如图5所示，主燃级旋流叶片24设置为多个，并且在主燃级通道29内沿周向均匀分布，从而使各个主燃级旋流叶片24均能连通第一燃料通道26和第二燃料通道23。

如图4和图7所示，在每一个主燃级旋流叶片24上均可以开设有多个第一喷料孔25和多个第二喷料孔30，多个第一喷料孔25和多个第二喷料孔30可以沿径向分布为1-10排，也可以呈一列或多列设置。多个第一喷料孔25和多个第二喷料孔30可以位于主燃级旋流叶片24的前端或尾端。

在本实施例中，主燃级外环27的外部在靠近火焰筒41的位置设有连接耳，在连接耳上设置有吹扫气孔32，吹扫气孔32与主燃级通道29相连通。其中，连接耳与主燃级外环27为一体成型的结构，也即连接耳是主燃级外环27在轴向某处的外侧向外延伸出去的结构，设置吹扫气孔32并使吹扫气孔32与主燃级通道29相连通，用于预防回火。其中，连接耳为环形设置，环绕主燃级外环27的外部设置，吹扫气孔32可以设置为多个，且沿连接耳的周向分布。

如图2所示，连接件内的吹扫气孔32沿主燃级组件的轴向设置，连接件与火焰筒41之间还留设有一段间隙，该间隙部分形成沿主燃级组件径向设置的导气通道，且该导气通道用于连通吹扫气孔32和主燃级通道29，但是此时该导气通道处于未封闭的状态，会出现漏气等现象，此时，在该未封闭的区域设置一挡板28，挡板28便可使吹扫气孔32和导气通道密封连通，从而利用吹扫气孔32来预防回火。

如图1和图2所示，预燃级组件内设有预燃级通道，预燃级通道内设有预燃级旋流叶片，预燃级通道也与火焰筒41相连。预燃级旋流叶片能使预燃级通道内的燃料和空气进行掺混，以确保燃料的充分燃烧。

在本实施例中，预燃级组件包括预燃级外环16、预燃级内环14以及中心离心喷嘴13，预燃级外环16环绕设置于预燃级内环14的外部，预燃级外环16和预燃级内环14之间的区域形成预燃级通道，预燃级内环14环绕设置于中心离心喷嘴13。

预燃级内环14为本单叶片喷射的双燃料燃烧室轴线上的部件之一，将预燃级外环16环绕设置于预燃级内环14的外部，以使预燃级内环14的外表面和预燃级外环16的内表面之间形成前述的预燃级通道。

其中，预燃级内环14和预燃级外环16之间的预燃级通道设置为环形，预燃级旋流叶片设置于该环形区域的预燃级通道，且预燃级旋流叶片设置为多个，多个预燃级旋流叶片在预燃级通道的环形区域中沿周向均匀分布。

在本实施例中，预燃级内环14与中心离心喷嘴13之间留设有第三喷料通道，预燃级内环14的相对两端分别设有与第三喷料通道相连通的第三进料孔和第三喷料孔，第三喷料孔朝向火焰筒41，中心离心喷嘴13内设有第四喷料通道，中心离心喷嘴13的相对两侧分别设有与第四喷料通道相连通的第四进料孔和第四喷料孔，第四喷料孔朝向火焰筒41。可以理解的是，燃料可以从第三进料孔进入到第三喷料通道内，并从第三喷料孔喷出，也可以从第四进料孔进入到第四喷料通道内，并从第四喷料孔喷出，进而在下游形成扩散火焰，保证火焰筒41内燃烧能稳定进行。

第三喷料孔和第四喷料孔均可以设置为多个，多个第三喷料孔可以再靠近下游的位置形成多点直射喷嘴17，多点直射喷嘴17配合中心离心喷嘴13，可以在下游形成扩散火焰，保证燃烧稳定进行。

预燃级外环16与主燃级组件之间的区域设有与主燃级通道29相连通的冷却气孔18，冷却气孔18可以对其周围的组件进行冷却。具体用于对冷却气孔18前侧的台阶薄板部分进行冷却。

在本实施例中，主燃级旋流叶片24的厚度设置为1-5mm，主燃级旋流叶片24的末端与火焰筒41的轴向之间的夹角为20-70°。

如图6所示，第一喷料孔25和第二喷料孔30的喷射方向可以相同或不同，第一喷料孔25和第二喷料孔30与来流空气方向之间的夹角为0-180°。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种单叶片喷射的双燃料燃烧室，其特征在于，包括：

预燃级组件；

主燃级组件，环绕设置于所述预燃级组件的外侧，所述主燃级组件内设有第一燃料通道（26）、主燃级通道（29）和第二燃料通道（23），所述主燃级通道（29）内设有主燃级旋流叶片（24）；

火焰筒（41），与所述主燃级组件相连，且所述燃烧室与所述主燃级通道（29）相连通；

其中，所述主燃级旋流叶片（24）内设有第一喷料通道和第二喷料通道，所述第一喷料通道和所述第二喷料通道分别与所述第一燃料通道（26）和所述第二燃料通道（23）相连通，且所述第一喷料通道和所述第二喷料通道在所述主燃级旋流叶片（24）的表面分别形成有第一喷料孔（25）和第二喷料孔（30）；

所述主燃级组件包括主燃级外环（27）和主燃级内环（21），所述主燃级内环（21）环绕设置于所述预燃级组件的外侧，所述主燃级外环（27）环绕设置于所述主燃级内环（21）的外部，所述主燃级内环（21）和所述主燃级外环（27）之间的区域形成所述主燃级通道（29）；所述第一燃料通道（26）设置于所述主燃级外环（27）内，所述第一燃料通道（26）远离所述第一喷料通道的一端在所述主燃级外环（27）的表面形成第一进料孔，所述第二燃料通道（23）设置于所述主燃级内环（21）内，所述第二燃料通道（23）远离所述第二喷料通道的一端在所述主燃级外环（27）的表面形成第二进料孔。

2.根据权利要求1所述的单叶片喷射的双燃料燃烧室，其特征在于，所述主燃级外环（27）的外部在靠近所述火焰筒（41）的位置设有连接耳，所述连接耳上设有吹扫气孔（32），所述吹扫气孔（32）与所述主燃级通道（29）相连通。

3.根据权利要求1至2任一项所述的单叶片喷射的双燃料燃烧室，其特征在于，所述预燃级组件内设有预燃级通道，所述预燃级通道内设有预燃级旋流叶片，所述预燃级通道与所述火焰筒（41）相连通。

4.根据权利要求3所述的单叶片喷射的双燃料燃烧室，其特征在于，所述预燃级组件包括预燃级外环（16）、预燃级内环（14）以及中心离心喷嘴（13），所述预燃级外环（16）环绕设置于所述预燃级内环（14）的外部，所述预燃级外环（16）和所述预燃级内环（14）之间的区域形成预燃级通道，所述预燃级内环（14）环绕设置于所述中心离心喷嘴（13）。

5.根据权利要求4所述的单叶片喷射的双燃料燃烧室，其特征在于，所述预燃级内环（14）与所述中心离心喷嘴（13）之间留设有第三喷料通道，所述预燃级内环（14）的相对两侧分别设有与所述第三喷料通道相连通的第三进料孔和第三喷料孔，所述第三喷料孔朝向所述火焰筒（41）；

所述中心离心喷嘴（13）内设有第四喷料通道，所述中心离心喷嘴（13）的相对两侧分别设有与所述第四喷料通道相连通的第四进料孔和第四喷料孔，所述第四喷料孔朝向所述火焰筒（41）。

6.根据权利要求5所述的单叶片喷射的双燃料燃烧室，其特征在于，所述预燃级外环（16）与所述主燃级组件之间的区域设有与所述主燃级通道（29）相连通的冷却气孔（18）。

7.根据权利要求1至2任一项所述的单叶片喷射的双燃料燃烧室，其特征在于，所述主燃级旋流叶片（24）的厚度为1-5mm，所述主燃级旋流叶片（24）的末端与所述火焰筒（41）的轴向之间的夹角为20-70°。

8.根据权利要求1至2任一项所述的单叶片喷射的双燃料燃烧室，其特征在于，所述第一喷料孔（25）和所述第二喷料孔（30）与来流空气方向之间的夹角为0-180°。