CN1419074A - 燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供含有不产生涡流的燃料喷嘴的燃烧器，它包括：柱状体，设有燃料通路并设置在空气通路内；多个空心部件，与前述燃料通路连通并在前述空气通路内从前述柱状体沿半径方向延伸；燃料喷嘴，可将前述燃料通路的燃料向前述空气通路内喷出，设置在前述空心部件上，具有至少一个喷孔；以及突起部件，从距离前述柱状体的轴线最远处的前述空心部件的最远处内壁，延伸至距离轴线最远处的喷孔。而且，也可以形成与前述空心部件相通并喷出燃料的孔，设置在比距离前述柱状体的轴线最远处的喷孔距离更远的、前述空心部件的最远处内壁上，或形成在与位于气流的上流或下流的所有前述喷孔邻接处。

Description

燃烧器

发明领域

本发明涉及一种含有用以供给燃料的燃料喷嘴的燃烧器，特别是涉及一种燃气涡轮式燃料器。

背景技术

图7为日本专利申请2001-173005所述的含有已知燃料喷嘴的燃烧器的轴线方向截面图。如图7所示，在燃烧器100的内筒180中心轴线上设置引燃喷嘴300，在这个引燃喷嘴300的周围，设置相对引燃喷嘴300大约平行延伸且在圆周方向上具有等间隔的多个燃料喷嘴200。燃料供给于这些引燃喷嘴300及燃料喷嘴200。在燃料喷嘴200的柱状主体周围，设置涡旋叶片或涡旋器290。在燃料喷嘴200，设置从燃料喷嘴的侧壁呈放射状沿半径方向向外侧延伸的多个空心支柱250，且空心支柱250与燃料喷嘴200连通。在空心支柱250上设置多个喷孔260，可以将燃料向燃料喷嘴200的前端方向喷出。而且，在燃料喷嘴200的前端形成混合室150，在引燃喷嘴300的前端附近通过预混合喷嘴170形成引燃燃烧室160。

从燃烧器的空气入口部110进入燃烧器100的助燃用空气，在内筒端部120约逆转180度而流入空气通路140。这个助燃用空气的一部分，与从空心支柱250的喷孔260喷出的燃料混合并流入燃料喷嘴200的涡旋器290中。这样，助燃用气流主要在圆周方向上增加了涡旋，助燃用空气与燃料进一步混合，在混合室150形成预混合气体。

另外，助燃用空气的剩余部分流入设置在引燃喷嘴300与预混合喷嘴170之间的涡旋器390。接着，这个助燃用空气与从引燃喷嘴300喷出的燃料一起在引燃燃烧室160中燃烧，形成引燃火焰。从空心支柱250的喷孔260喷出的燃料与被混合的预混合空气，接触这个引燃火焰形成主火焰而燃烧。

图8(a)为沿图7的A-A线的截面图，图8(b)为现有技术燃烧器的燃料喷嘴的放大截面图。如上所述，在燃料喷嘴200，设置从燃料喷嘴在圆周方向上沿半径方向向外侧延伸的多个空心支柱250。如图8(b)所示，空心支柱250中形成垂直于气流喷出燃料的多个燃料喷孔260。多个喷孔260，例如在图8(b)中两个喷孔260，在空心支柱250的横向中心附近大约在同一直线上。而且距离燃料喷嘴200的轴线B最远处的喷孔260a与距离轴线B最远处的空心支柱250的内壁430之间存在间隙，在图8(b)中这个间隙约相当于相邻喷孔之间距离的一半长度。空心支柱250的内壁430与喷孔260a相邻时，与其他孔相比燃料难以从喷孔260a流动，所以需要具有间隙。这些多个空心支柱250最好为图8(a)及图8(b)所示的平板型，这样可以形成低压力损失且很少发生涡旋。这是因为空心支柱250为平板型时，气流方向的空心支柱250的投影面积也最小。从而，平板型空心支柱250的厚度越小，压力损失越小且可以很少发生涡旋。图8(b)所示喷孔260为直径1.8厘米的圆形孔，空心支柱250的通路410的厚度270为1.5厘米。

但是，减小平板型空心支柱250的厚度，平板型空心支柱250内的通路410的厚度270会相对减小。这样，空心支柱250内的燃料流动变成二维流动，所以在空心支柱250的前端420附近产生涡流900。在一个空心支柱250上形成多个燃料喷孔260时，涡流在距离燃料喷嘴200的轴线B最远处的喷孔260a周围产生。从而，燃料难以从喷孔260a喷出。这样，这个最远处的喷孔260a的流量系数比其他喷孔的流量系数小，同时最远处的喷孔260a与其他喷孔之间的流量系数的偏差增大。这样，因流量系数减小，喷出燃料的喷出稳定性下降。而且因为流量系数不均，不能形成均匀的预混合而产生燃烧振动。

使用燃料及空气的混合作用不均匀的预混合气体会产生No_x，所以为了减少No_x需要形成均匀的预混合气体。但是，日本专利申请2001-173005论述的含有燃料喷嘴的燃烧器，因如前述涡流900，在燃料喷嘴200的轴线B附近燃料浓度高，在喷孔260a附近燃料浓度低，所以难以形成均匀的预混合气体。从喷孔喷出的燃料量，最好不受从喷孔轴线的距离影响，只根据喷孔的尺寸确定，从减少No_x角度考虑，也应避免喷孔的流量系数不均。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供含有不产生涡流的燃料喷嘴的燃烧器。

为了达到前述目的，根据权利要求1所述发明提供一种燃烧器，具有如下构成：柱状体，设有燃料通路并设置在空气通路内；多个空心部件，与所述燃料通路连通并在所述空气通路内从所述柱状体沿半径方向延伸；燃料喷嘴，将所述燃料通路的燃料向所述空气通路内喷出，在所述空心部件上形成，具有至少一个喷孔；和突起部件，从距离所述柱状体的轴线最远处的所述空心部件的最远处内壁，延伸至距离所述轴线最远处的所述喷孔。

即根据权利要求1所述发明，可以防止在空心支柱内产生涡流，所以可以从喷孔均匀喷出燃料。这样，可以形成均匀混合的预混合气体，所以可以减少产生No_x，同时可以使流量系数达到稳定化，从而可以防止燃烧振动。

根据权利要求2所述发明，所述突起部件为插入在所述空心部件的所述最远处内壁上设置的开口部，且可以密封的柱状部件。

即根据权利要求2所述发明，不必进行电火花加工或精密铸造，可以容易且廉价形成含有设置突起部件的燃料喷嘴的燃烧器。

根据权利要求3所述发明，提供一种燃烧器，具有如下构成：柱状体，设有燃料通路并设置在空气通路内；多个空心部件，与所述燃料通路连通并在所述空气通路内从所述柱状体沿半径方向延伸；燃料喷嘴，将所述燃料通路的燃料向所述空气通路内喷出，在所述空心部件上形成，具有至少一个喷孔；而且，具有与所述空心部件相通并漏出燃料的孔，设置在比距离所述柱状体的轴线最远处的喷孔距离更远的，所述空心部件的最远处内壁上。

即通过权利要求3所述发明，通过将一部分燃料从孔喷出而不必设置突起部件，可以比较容易防止涡流的产生。这样，可以形成均匀混合的预混合气体，因此可以减少产生No_x，同时使流量系数达到稳定化，从而可以防止燃烧振动。进而，可以容易且廉价形成设置上述燃料喷嘴的燃烧器。

根据权利要求4所述发明，提供一种燃烧器，具有如下构成：柱状体，设有燃料通路并设置在空气通路内；多个空心部件，与所述燃料通路连通并在所述空气通路内从所述柱状体沿半径方向延伸；燃料喷嘴，将所述燃料通路的燃料向所述空气通路内喷出，在所述空心部件上形成，具有至少一个喷孔；而且，所述空心部件的内壁在相对所述空气流动的上流或下流与整个所述喷孔邻接。

即根据权利要求4所述发明，不必设置突起部件，比较容易防止产生涡流。这样，可以形成均匀混合的预混合气体，因此可以减少产生No_x，同时使流量系数达到稳定化，从而可以防止燃烧振动。进而，可以容易且廉价形成设置上述燃料喷嘴的燃烧器。

附图说明

图1为本发明的实施例1中燃料涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图。

图2为放大燃料喷嘴内的突起部件附近的放大图。

图3为本发明的实施例2中燃料涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图。

图4为放大燃料喷嘴内的突起部件附近的放大图。

图5为本发明的实施例3中燃料涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图。

图6中(a)为本发明的实施例4中燃料涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图，(b)为本发明的实施例5中燃料涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图。

图7为现有技术的燃料涡轮式燃烧器的轴线方向截面图。

图8中(a)为图7中沿着A-A线观察的截面图，(b)为放大图7的燃料涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的局部放大图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。以下各图中同一部件使用同一标号。为了便于理解，这些图适当改变了比例。

[实施例1]

图1为本发明的实施例1中燃气涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图。本发明的燃料喷嘴，与现有技术的燃料喷嘴200一样设置在燃烧器(没有图示)内，在本发明的燃料喷嘴周围设置了涡旋器，为了便于理解省略了涡旋器及内筒等。与前述现有技术的燃料喷嘴200一样，这个燃料喷嘴20设置在供给空气的空气通路(没有图示)内并且相对这个空气通路的轴线大约平行。燃料喷嘴20，具有柱状体21与从这个柱状体21沿半径方向延伸的多个空心支柱25。各空心支柱25中至少形成一个喷孔26，在本实施例中一侧形成两个喷孔26，可以相对空气通路(没有图示)内的空气流动垂直喷出燃料。从图1可以看出，在柱状体21内的燃料通路51与多个空心支柱25内的燃料通路41是相通的。从而，从燃料源(没有图示)供给的燃料通过柱状体21的燃料通路51，接着在空心支柱25内的燃料通路41上沿半径方向移动而从喷孔26喷出。与现有技术的空心支柱一样，本发明中的喷孔26为直径1.8厘米的圆形孔，通路41的厚度为1.5厘米。本发明中距离燃料喷嘴20的轴线B最远处的喷孔26与距离轴线B最远处的空心支柱25的内壁43之间存在间隙，在本发明中这个间隙约相当于相互邻接的喷孔之间距离的一半。

如图1所示本发明的实施例1中，在空心支柱25的燃料通路41内设置了突起部件40。如图1所示，突起部件40，从距离柱状体21的轴线B最远处的空心支柱25的内壁43，向内侧突出。这个突起部件，延伸至前述从内壁43最近处的喷孔26a。图2为放大燃料喷嘴内的突起部件附近的放大图。如这个图2所示，突起部件40的厚度与空心支柱25的燃料通路41的厚度大约相等。如图所示，设置突起部件40，使其与距离轴线B最远处的喷孔26a邻接。在内部设置这种突起部件40的空心支柱25，例如利用电火花加工在平板内形成通路41，或利用精密铸造而制造。

工作时，空气供给于燃料喷嘴20周围的空气通路内，在燃料喷嘴20周围以燃料喷嘴20的轴线方向流动。进而，燃料从没有图示的燃料源供给于燃料喷嘴20上。燃料通过燃料喷嘴20的柱状体21内的通路51，向多个空心支柱25流动，接着在空心支柱25内的通路41上以半径方向向外侧流动。最终，燃料通过在空心支柱25内形成的多个喷孔26，在空气通路内垂直于气流喷出。如前述，本实施例中空心支柱25内形成突起部件40。这个突起部件40，隔离并抑制在空心支柱25的前端42附近的燃料流动的涡旋成分，其结果，可以抑制涡流的产生。

通过抑制产生涡流，从一个空心支柱25内的各个喷孔26喷出的燃料的流量会大约相等，同时各喷孔26的流量系数也大约相等。这样，可以形成空气与燃料均匀混合的预混合气体。从而，燃料这个预混合气体时，所以可以减少产生No_x，同时可以使流量系数达到稳定化，从而可以防止燃烧振动。

如图1及图2所示，突起部件40的前端与最远处喷孔26a之间的间隙最好为最小值，或这个间隙几乎不存在。这样，就可以几乎不产生涡流。突起部件40的前端在最远处喷孔26a内重叠而喷孔26a部分堵塞时，这个喷孔26a的流量系数低于其他喷孔的流量系数，所以难以形成均匀的预混合气体。而且，本实施例中突起部件40呈三角形，但也可以是可以防止产生涡流的其他形状。

[实施例2]

图3为本发明的实施例2中燃气涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图。图4为放大燃料喷嘴内柱状部件附近的放大图。本实施例中，距离轴线B最远处的空心支柱25的内壁43上形成开口部45，同时在这个开口部45内插入柱状部件46。与实施例1中的突起部件40一样，柱状部件46的内侧端部于距离轴线B最远处的喷孔26a邻接。即，柱状部件46的内侧端部与喷孔26a之间的间隙达到最小值，或几乎不存在。从图4可以看出，柱状部件46的厚度与空心支柱25内的通路41的厚度大约相等。进而，柱状部件46，例如利用焊接在开口部45内以密封状态插入。这样，在空心支柱25的通路41流动的燃料不会从开口部45与柱状部件46之间的间隙泄漏。本实施例中表示的空心支柱25利用铸造，特别是精密铸造形成。为了形成具有空心部分空心部件使用芯子，铸造后取出芯子，利用芯子可以在开口部插入柱状部件46，形成本实施例的空心支柱25。

[实施例3]

与前述实施例一样，利用这样的柱状部件46，也可以隔离空心支柱25内的通路41中涡旋成分，从而可以防止产生涡流。因此，从一个空心支柱25内的各个喷孔26喷出的燃料的流量大约相等，同时各个喷孔26的流量系数也大约相等。这样，可以形成空气与燃料均匀混合的预混合气体。从而，燃烧这个预混合气体时可以减少产生Nox，同时可以使流量系数稳定化，因此可以防止燃烧振动。即呢，本实施例中，利用芯子可以在开口部插入柱状部件46，形成本实施例的空心支柱25。即，本实施例的空心支柱25，与进行电火花加工的实施例1相比，可以更容易且廉价形成。从而，可以容易且廉价制造含有设置这样的空心支柱25的燃料喷嘴的燃烧器。

图5为本发明的实施例3中燃料涡轮式燃烧器含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图。本实施例中排除了实施例2中的柱状部件46，在距离轴线B最远处的空心支柱25的内壁43只形成开口部45。与前述实施例2一样，本实施例的空心支柱25利用铸造，特别是精密铸造形成。

本实施例中开口部45，在工作时可以从空心支柱25漏出燃料。通过一部分燃料从开口部45漏出，在空心支柱25的前端附近不会形成涡旋，可以抑制产生涡流。从而，距离轴线B最远处的喷孔26a的流量系数比以往增大，与其他喷孔26的流量系数之差减小。因此，可以形成均匀混合的预混合气体，减少产生NO_x，同时使流量系数达到稳定化，可以防止燃烧振动。进而，本实施例中可以将铸造时使用的芯子用孔作为燃料漏出用的开口部使用，所以与进行电火花加工等的实施例1相比，可以更容易且廉价形成。从而，可以容易且廉价制造含有设置空心支柱25的燃料喷嘴的燃烧器。而且，本实施例中，因设置燃料漏出用的开口部45，与其他实施例相比燃料流量增加，所以最好使本实施例中喷孔26的尺寸小于前述其他实施例。

[实施例4，5]

图6(a)及图6(b)为各本发明的实施例4及5中燃料涡轮式燃烧器中含有的燃料喷嘴的轴线方向截面图。这些实施例中，前述突起部件中没有设置开口部及柱状部件，处于气流上流或下流的空心支柱25的内壁48、44与喷孔26邻接。在图6(a)中，处于气流下流的空心支柱25的内壁44与多个喷孔26的下流邻接。同样，在图6(b)中，处于气流上流的空心支柱25的内壁48与多个喷孔26的上流邻接。即，在这些实施例中，多个喷孔，距离轴线B最远处的喷孔26a与距离轴线B最远处的内壁43之间具有间隙，处于气流上流或下流的空心支柱25的内壁48、44与多个喷孔的上流或下流邻接。

通过将空心支柱25的内壁设置成图6(a)或图6(b)所示，降低通过各喷孔26的燃料的流量。但是，各个喷孔26与空心支柱25的内壁邻接，所以距离轴线B最远处的喷孔26a的流量系数与其他喷孔26的流量系数之间的相差变小。因此，可以形成均匀混合的预混合气体，减少产生NO_x，同时使流量系数达到稳定化，可以防止燃烧振动。本实施例中，最好使各喷孔的尺寸大于前述实施例1的尺寸，这样可以防止各喷孔的流量系数减小。本实施例中没有必要形成突起部件，所以可以容易且廉价制造含有设置这样的空心支柱25的燃料喷嘴的燃料器。

另外，前述实施例中，形成垂直于气流喷出燃料的喷孔，但是形成平行于气流喷出燃料的喷孔也属于本发明的范围。发明效果

根据各权利要求所述发明，可以防止在空心支柱内产生涡流，所以可以从喷孔均匀喷出燃料。这样，可以形成均匀混合的预混合气体，所以可以减少产生NO_x，同时使流量系数达到稳定化，可以防止燃烧振动。

进而，根据权利要求2所述发明，可以容易且廉价形成含有设置突起部件的燃料喷嘴的燃料器。

进而，根据权利要求3所述发明，可以比较容易防止产生涡流，同时可以容易形成设置这样的燃料喷嘴的燃烧器。

进而，根据权利要求4所述发明，可以比较容易防止产生涡流，同时可以容易形成设置这样的燃料喷嘴的燃烧器。

Claims (4)

1.一种燃烧器，具有

柱状体，设有燃料通路并设置在空气通路内；

多个空心部件，与所述燃料通路连通并在所述空气通路内从所述柱状体沿半径方向延伸；

燃料喷嘴，将所述燃料通路的燃料向所述空气通路内喷出，在所述空心部件上形成，具有至少一个喷孔；

其特征在于，具有突起部件，从距离所述柱状体的轴线最远处的所述空心部件的最远处内壁，延伸至距离所述轴线最远处的所述喷孔。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述突起部件为插入在所述空心部件的所述最远处内壁上设置的开口部，且可以密封的柱状部件。

3.一种燃烧器，具有

柱状体，设有燃料通路并设置在空气通路内；

多个空心部件，与所述燃料通路连通并在所述空气通路内从所述柱状体沿半径方向延伸；

燃料喷嘴，将所述燃料通路的燃料向所述空气通路内喷出，在所述空心部件上形成，具有至少一个喷孔；

其特征在于，具有与所述空心部件相通且漏出燃料的孔，设置在比距离所述柱状体的轴线最远处的喷孔距离更远的，所述空心部件的最远处内壁上。

4.一种燃烧器，具有

柱状体，设有燃料通路并设置在空气通路内；

多个空心部件，与所述燃料通路连通并在所述空气通路内从所述柱状体沿半径方向延伸；

燃料喷嘴，将所述燃料通路的燃料向所述空气通路内喷出，在所述空心部件上形成，具有至少一个喷孔；

其特征在于，所述空心部件的内壁在相对所述空气流动的上流或下流与整个所述喷孔邻接。

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