CN115388428B - 改善径向温度分布的主燃级旋流器、燃烧室喷嘴及燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃烧室技术领域，提供一种改善径向温度分布的主燃级旋流器、燃烧室喷嘴及燃烧室。改善径向温度分布的主燃级旋流器包括主燃级内环和叶片。叶片内部形成有燃烧腔，叶片的表面设有与燃料腔相连通的喷射孔。其中，叶片设置为多个，多个叶片间隔设置于主燃级内环的外周面，喷射孔至主燃级内环外周面的距离为喷射孔的开孔高度，相邻两个叶片的喷射孔的开孔高度不同。处于相邻位置的两个叶片的喷射孔设置不同的开孔高度，可以在下游改善燃料径向分布的均匀性，使燃烧温度相对均匀，避免形成局部高温区，减少了氮氧化物污染物的排放。

Description

改善径向温度分布的主燃级旋流器、燃烧室喷嘴及燃烧室

技术领域

本发明涉及燃烧室技术领域，尤其涉及一种改善径向温度分布的主燃级旋流器、燃烧室喷嘴及燃烧室。

背景技术

人类获取能源和动力的主要方式是化石燃料的燃烧，小到燃气灶、燃气热水器，大到燃气轮机、锅炉等燃烧装置都以化石燃料为主。随着社会的发展，污染物排放标准越来越严格，迫切需要新的燃烧技术以降低污染物的排放。

中心分级贫油预混燃烧室是一种新兴的低排放燃烧室，其使用旋流器进行燃料与空气的混合。其中大部分燃料通过主燃级旋流器进行预混，少部分燃料通过预燃级旋流器进行预混。主燃级旋流器大多采用叶片喷射燃料的方式实现燃料喷射，且喷射孔在叶片上处于同一高度，这样的方式会使燃料在下游径向分布不均匀，燃烧时容易形成局部高温区，不利于燃烧室获得均匀的温度分布，增加了氮氧化物污染物的排放。

发明内容

本发明提供一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，用以解决现有技术中燃料从主燃级旋流器喷出后会使燃料在下游径向分布不均匀，形成局部高温区的问题，实现燃烧室内更均匀的温度分布，降低氮氧化物污染物的排放。

本发明还提供一种燃烧室喷嘴。

本发明还提供一种燃烧室。

本发明提供一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，包括：

主燃级内环；

叶片，内部形成有燃料腔，所述叶片的表面设有与所述燃料腔相连通的喷射孔；

其中，所述叶片设置为多个，多个所述叶片间隔设置于所述主燃级内环的外周面，所述喷射孔至所述主燃级内环外周面的距离为所述喷射孔的开孔高度，相邻两个所述叶片的喷射孔的开孔高度不同。

根据本发明提供一种的改善径向温度分布的主燃级旋流器，每间隔N个所述叶片，所述喷射孔的开孔高度相同，其中，N为大于等于1的整数。

根据本发明提供的一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，所述喷射孔的开孔高度的最大值与所述喷射孔的开孔高度的最小值的差值为所述叶片高度的20％-60％。

根据本发明提供的一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，多个所述叶片对应的所述喷射孔位于所述主燃级内环的同一径向平面。

根据本发明提供的一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，多个所述叶片对应的所述喷射孔位于多个所述叶片的同侧。

根据本发明提供的一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，所述喷射孔位于所述叶片长度方向的外侧壁。

根据本发明提供的一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，所述喷射孔位于所述叶片宽度方向的外侧壁。

根据本发明提供的一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，所述喷射孔的孔径为0.2-2mm。

本发明还提供一种燃烧室喷嘴，包括：

预燃级旋流器；

如前述的改善径向温度分布的主燃级旋流器；

其中，所述预燃级旋流器设置于所述主燃级内环的内侧。

本发明还提供一种燃烧室，包括：

燃烧室本体；

如前述的燃烧室喷嘴；

其中，所述燃烧室本体内形成有燃烧腔，所述燃烧室本体的表面形成有与所述燃烧腔相连通的开口，所述燃烧室喷嘴在所述开口处与所述燃烧室本体相连。

本发明实施例提供的改善径向温度分布的主燃级旋流器，通过主燃级内环来固定多个叶片，叶片内部的燃料腔用于实现燃料的输送，叶片表面的喷射孔实现燃料的喷射，处于相邻位置的两个叶片的喷射孔设置不同的开孔高度，可以在下游改善燃料径向分布的均匀性，使燃烧温度相对均匀，避免形成局部高温区，减少了氮氧化物污染物的排放。

本发明实施例提供的燃烧室喷嘴，通过将预燃级旋流器设置于改善径向温度分布的主燃级旋流器的内侧，可以使大部分燃料通过改善径向温度分布的主燃级旋流器进行预混，少部分燃料通过预燃级旋流器进行预混，由于在改善径向温度分布的主燃级旋流器中处于相邻位置的两个叶片的喷射孔设置不同的开孔高度，可以在下游改善燃料径向分布的均匀性，使燃烧温度相对均匀，避免形成局部高温区，减少了氮氧化物污染物的排放。

本发明实施例提供的燃烧室，将燃烧室喷嘴连接于燃烧室本体的开口处，通过掺混的燃料可以在燃烧室本体内燃烧，由于在改善径向温度分布的主燃级旋流器中处于相邻位置的两个叶片的喷射孔设置不同的开孔高度，可以在燃烧室处改善燃料径向分布的均匀性，使燃烧温度相对均匀，避免形成局部高温区，减少了氮氧化物污染物的排放。

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是本发明提供的改善径向温度分布的主燃级旋流器的立体结构示意图；

图2是本发明提供的改善径向温度分布的主燃级旋流器的主视图之一；

图3是本发明提供的改善径向温度分布的主燃级旋流器的主视图之二；

图4是本发明提供的燃烧室喷嘴的主视图。

附图标记：

1、主燃级内环；2、叶片；3、喷射孔；4、预燃级旋流器。

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4描述本发明的改善径向温度分布的主燃级旋流器，主要包括主燃级内环1和叶片2。叶片2内部中空形成有燃烧腔，叶片2的表面设有与燃料腔相连通的喷射孔3。其中，叶片2设置为多个，多个叶片2间隔设置于主燃级内环1的外周面，喷射孔3至主燃级内环1外周面的距离为喷射孔3的开孔高度，相邻两个叶片2的喷射孔3的开孔高度不同。

在本实施例中，通过主燃级内环1来固定多个叶片2，叶片2内部的燃料腔用于实现燃料的输送，叶片2表面的喷射孔3实现燃料的喷射，处于相邻位置的两个叶片2的喷射孔3设置不同的开孔高度，可以在下游改善燃料径向分布的均匀性，使燃烧温度相对均匀，避免形成局部高温区，减少了氮氧化物污染物的排放。

如图1-图3所示，在主燃级内环1的外表面间隔设置有20个叶片2，在主燃级内环1的内周面设有进料孔，进料孔的位置与各个叶片2的位置相对应，且进料孔与燃料腔相连通，以实现燃料的供给。

叶片2与主燃级内环1采用一体成型的方式实现连接，当然也能采用紧固件将叶片2固定于主燃级内环1的外周面，确保二者的气密性连接即可。

需要说明的是，如图1所示，叶片2在远离主燃级内环1的一侧也设置有开孔，此为工艺开孔，可以通过外部的主燃级外环进行封闭。

根据本发明提供的改善径向温度分布的主燃级旋流器，每间隔N个叶片2，喷射孔3的开孔高度相同，其中，N为大于等于1的整数。

在一个实施例中，如图1所示，每间隔1个叶片2，喷射孔3的开孔高度相同。即，喷射孔3具有第一开孔高度和第二开孔高度，具有第一开孔高度喷射孔3的叶片2与具有第二开孔高度喷射孔3的叶片2交错分布。采用这样的分布方式可以改善燃料喷射的径向均匀性。

在另一个实施例中，也可以每间隔2个叶片2，喷射孔3的开孔高度相同。即，喷射孔3具有第一开孔高度、第二开孔高度和第三开孔高度，具有第一开孔高度喷射孔3的叶片2、具有第二开孔高度喷射孔3的叶片2与具有第三开孔高度喷射孔3的叶片2依次交错分布。采用这样的分布方式可以改善燃料喷射的径向均匀性。其中，第一开孔高度、第二开孔高度和第三开孔高度依次增大。

在另一个实施例中，也可以每间隔3个叶片2，喷射孔3的开孔高度相同。即，喷射孔3具有第一开孔高度、第二开孔高度、第三开孔高度和第四开孔高度，具有第一开孔高度喷射孔3的叶片2、具有第二开孔高度喷射孔3的叶片2、具有第三开孔高度喷射孔3的叶片2与具有第四开孔高度喷射孔3的叶片2依次交错分布。采用这样的分布方式可以改善燃料喷射的径向均匀性。其中，第一开孔高度、第二开孔高度、第三开孔高度和第四开孔高度依次增大。

根据本发明提供的改善径向温度分布的主燃级旋流器，喷射孔3的开孔高度的最大值与喷射孔3的开孔高度的最小值的差值为叶片2高度的20％-60％。其中，叶片2的高度为叶片2远离主燃级内环1的一侧至主燃级内环1外表面的距离。采用这样的布置方式不仅能改善燃料径向分布的均匀性，还能避免燃料在其他方向上分布不均匀的问题。

示例性的，当叶片2的高度为100mm时，喷射孔3的开孔高度的最大值与喷射孔3的开孔高度的最小值的差值为20-60mm。

当叶片2的高度为100mm，且每间隔1个叶片2，喷射孔3的开孔高度相同时，喷射孔3的第一开孔高度可以为30mm，喷射孔3的第二开孔高度可以为70mm，此时第一开孔高度与第二开孔高度的差值为40mm。能很好地改善燃料径向分布的均匀性，还能避免燃料在其他方向上分布不均匀的问题。

当叶片2的高度为100mm，且每间隔2个叶片2，喷射孔3的开孔高度相同时，喷射孔3的第一开孔高度可以为20mm，喷射孔3的第二开孔高度可以为50mm，喷射孔3的第三开孔高度可以为80mm，此时第一开孔高度与第三开孔高度的差值为60mm。能很好地改善燃料径向分布的均匀性，还能避免燃料在其他方向上分布不均匀的问题。

当叶片2的高度为100mm，且每间隔3个叶片2，喷射孔3的开孔高度相同时，喷射孔3的第一开孔高度可以为20mm，喷射孔3的第二开孔高度可以为40mm，喷射孔3的第三开孔高度可以为60mm，喷射孔3的第四开孔高度可以为80mm，此时第一开孔高度与第四开孔高度的差值为60mm。能很好地改善燃料径向分布的均匀性，还能避免燃料在其他方向上分布不均匀的问题。

请继续参见图1，多个叶片2对应的喷射孔3位于主燃级内环1的同一径向平面。即，沿主燃级内环1的径向，所有的喷射孔3均位于同一平面。以此布置方式可以确保燃料喷出后，在径向上的分布具有均匀性。

多个叶片2对应的喷射孔3位于多个叶片2的同侧。如图1所示，所有的喷射孔3都位于叶片2的左侧，位于同侧可以便于燃料与空气掺混，以使燃料的燃烧更加充分，避免不充分的燃烧而生成污染物，也能确保能源的充分利用。

在一个实施例中，如图1和图2所示，喷射孔3位于叶片2长度方向的外侧壁。即喷射孔3位于图1中所述的叶片2的左侧或右侧，且喷射孔3朝燃烧室的方向进行喷射，以使燃料和空气一边掺混一边朝燃烧室的方向运动。

在另一个实施例中，如图3所示，喷射孔3位于叶片2宽度方向的外侧壁。此时喷射孔3朝向燃烧室，燃料可以直接朝着燃料室的方向进行喷射，以使燃料和空气一边掺混一边朝燃烧室的方向运动。

喷射孔3的孔径为0.2-2mm，不仅能使从喷射孔3喷出的燃料能与空气充分混合，还能确保燃料喷出后还具有充足的动力运输至下游进行燃烧。

另一方面，本发明还提供一种燃烧室喷嘴，包括预燃级旋流器4和前述实施例中的改善径向温度分布的主燃级旋流器。如图4所示，预燃级旋流器4设置于主燃级内环1的内侧。

在本实施例中，通过将预燃级旋流器4设置于改善径向温度分布的主燃级旋流器的内侧，可以使大部分燃料通过改善径向温度分布的主燃级旋流器进行预混，少部分燃料通过预燃级旋流器4进行预混，由于在改善径向温度分布的主燃级旋流器中处于相邻位置的两个叶片2的喷射孔3设置不同的开孔高度，可以在下游改善燃料径向分布的均匀性，使燃烧温度相对均匀，避免形成局部高温区，减少了氮氧化物污染物的排放。

需要说明的是，内侧是指主燃级内环1的内表面以内的区域。

又一方面，本发明还提供一种燃烧室，包括燃烧室本体以及前述实施例中的燃烧室喷嘴。其中，燃烧室本体内形成有燃烧腔，燃烧室本体的表面形成有与燃烧腔相连通的开口，燃烧室喷嘴在开口处与燃烧室本体相连。

在本实施例中，通过将燃烧室喷嘴连接于燃烧室本体的开口处，通过掺混的燃料可以在燃烧室本体内燃烧，由于在改善径向温度分布的主燃级旋流器中处于相邻位置的两个叶片2的喷射孔3设置不同的开孔高度，可以在燃烧室处改善燃料径向分布的均匀性，使燃烧温度相对均匀，避免形成局部高温区，减少了氮氧化物污染物的排放。

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 (10)

1.一种改善径向温度分布的主燃级旋流器，其特征在于，包括：

主燃级内环；

叶片，内部形成有燃料腔，所述叶片的表面设有与所述燃料腔相连通的喷射孔；

其中，所述叶片设置为多个，多个所述叶片间隔设置于所述主燃级内环的外周面，所述喷射孔至所述主燃级内环外周面的距离为所述喷射孔的开孔高度，相邻两个所述叶片的喷射孔的开孔高度不同。

2.根据权利要求1所述的改善径向温度分布的主燃级旋流器，其特征在于，每间隔N个所述叶片，所述喷射孔的开孔高度相同，其中，N为大于等于1的整数。

3.根据权利要求1所述的改善径向温度分布的主燃级旋流器，其特征在于，所述喷射孔的开孔高度的最大值与所述喷射孔的开孔高度的最小值之间的差值为所述叶片高度的20％-60％。

4.根据权利要求1所述的改善径向温度分布的主燃级旋流器，其特征在于，多个所述叶片对应的所述喷射孔位于所述主燃级内环的同一径向平面。

5.根据权利要求1所述的改善径向温度分布的主燃级旋流器，其特征在于，多个所述叶片对应的所述喷射孔位于多个所述叶片的同侧。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的改善径向温度分布的主燃级旋流器，其特征在于，所述喷射孔位于所述叶片长度方向的外侧壁。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的改善径向温度分布的主燃级旋流器，其特征在于，所述喷射孔位于所述叶片宽度方向的外侧壁。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的改善径向温度分布的主燃级旋流器，其特征在于，所述喷射孔的孔径为0.2-2mm。

9.一种燃烧室喷嘴，其特征在于，包括：

预燃级旋流器；

如权利要求1-8中任一项所述的改善径向温度分布的主燃级旋流器；

其中，所述预燃级旋流器设置于所述主燃级内环的内侧。

10.一种燃烧室，其特征在于，包括：

燃烧室本体；

如权利要求9所述的燃烧室喷嘴；

其中，所述燃烧室本体内形成有燃烧腔，所述燃烧室本体的表面形成有与所述燃烧腔相连通的开口，所述燃烧室喷嘴在所述开口处与所述燃烧室本体相连。

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