CN204438195U - 一种燃料空气混合器及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及动力装备技术领域，具体涉及了一种燃料空气混合器及燃气轮机。该燃料空气混合器包括中心体、环形壁以及旋流装置，所述中心体的末端设置有中心体头部端壁，所述环形壁的末端设置有环形壁端壁，所述中心体头部端壁与环形壁端壁之间通过对冲管腔环壁围设成对冲管腔，所述对冲管腔环壁上设有与所述混合通道连通的对冲气流孔，从对冲射流孔喷射出的燃料空气混合气具有较大的动量，成对的对冲射流在互相冲击后，将进一步提高燃料空气混合物的均匀性；并会在对冲射流孔上游的区域及对冲射流孔之间的周向区域形成局部回流区，从而有助于提高火焰的稳定性；其结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题。

Description

一种燃料空气混合器及燃气轮机

技术领域

本实用新型涉及动力装备技术领域，尤其涉及一种燃料空气混合器及燃气轮机，具体涉及了一种采用对冲射流的燃料空气混合器。

背景技术

目前，随着能源紧缺及全世界对环境保护问题的重视，各国对燃气轮机燃烧室排放和燃烧效率的要求越来越严格，一般要求燃气轮机在50％及以上负荷区间，燃烧室排放能维持在较低水平，同时保持较高的燃烧效率。为了达到低排放的目的，预混燃烧技术被广泛采用。因此，需要能够实现燃料与空气预先混合的装置，即燃料空气混合器，并在混合器出口处形成混合均匀及有一定速度型的燃料空气混合气，进而进入火焰筒内参与燃烧。

由于从燃料空气混合器喷射出的燃料在燃烧室内以预混火焰的方式燃烧，为达到极低的污染排放，火焰工作在可燃边界附近，加上混合器喷射出的燃料空气混合气体射流速度较大，火焰的稳定是比较困难的，现有技术中解决方法通常是中心体轴向长度小于燃料空气混合器外壁面的长度，使得燃料空气混合气体从环形预混通道流出时先向中心体头部端壁下游的中心区域扩张，在中心体头部端壁下游的中心区域形成回流区，然后进入火焰筒内在火焰筒内进一步扩张，进而在火焰筒内形成较大的回流区域，用于火焰的稳定，但这两个回流区域易受火焰筒内其他气流的影响作用，使得火焰存在不能稳定或稳定性差的风险。

为了提高火焰的稳定性，现有专利文献(CN1704574)中，采用了在混合器出口中心体附近制造与主流流动方向相反的撞击空气流动，形成再循环涡流，减少了喷射到回流区中的空气量，从而降低混合器出口附近射流速度，提高了火焰稳定性。而这种混合器内层挡板等结构加工连接等较为复杂，且不易于维修更换，并且再循环涡流并不容易控制，有可能难以解决稳火的问题。

因此，针对以上不足，需要一种有助于提高火焰的稳定性，结构简单，不受空间限制的燃料空气混合器及燃气轮机。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种燃料空气混合器及燃气轮机，该燃料空气混合器可实现有助于提高火焰的稳定性，结构简单，而且不受空间的限制。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种燃料空气混合器，其包括中心体、环形壁和旋流装置，所述环形壁同轴设置在中心体的外围，在环形壁与中心体之间形成混合通道，所述旋流装置位于混合通道上且靠近中心体的前端；所述中心体的末端设置有中心体头部端壁，所述环形壁的末端设置有环形壁端壁，所述中心体头部端壁与环形壁端壁之间通过对冲管腔环壁围设成对冲管腔，所述对冲管腔环壁上设有与所述混合通道连通的对冲气流孔。

其中，所述对冲管腔环壁上至少开设一对对冲气流孔，且每一对中的对冲气流孔的轴心线相同。

其中，所述对冲气流孔为直孔，所述对冲气流孔的孔形为圆形或椭圆形或矩形。

其中，所述中心体头部端壁上设有中心体头部端壁喷射孔，所述环形壁端壁上设有环形壁端壁喷射孔。

其中，所述中心体头部端壁喷射孔与环形壁端壁喷射孔为直孔或斜孔。

其中，所述中心体头部端壁的直径不小于中心体的直径。

其中，所述中心体头部端壁的轴向位置处在环形壁的轴向范围内。

其中，所述旋流装置包括沿中心体周向设置的旋流叶片，所述旋流叶片上设置有燃料孔，所述中心体上设有与燃料孔连通的燃料通道。

本实用新型还提供一种燃气轮机，其包括所述的燃料空气混合器。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：本实用新型提供一种燃料空气混合器，从对冲射流孔喷射出的燃料空气混合气具有较大的动量，成对的对冲射流在互相冲击后，实现进一步提高燃料空气混合物的混合均匀性；而且，在受限的物理空间内，还会在对冲射流孔上游的区域及对冲射流孔之间的周向区域形成局部回流区，从而有助于提高火焰的稳定性；该燃料空气混合器结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例燃料空气混合器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例燃料空气混合器的立体示意图；

图3为本实用新型实施例燃料空气混合器的使用状态图。

其中，1：中心体；2：环形壁；3：旋流装置；4：中心体头部端壁；5：中心体头部端壁喷射孔；6：对冲管腔；7：环形壁端壁；8：对冲管腔环壁；9：对冲气流孔；10：环形壁端壁喷射孔；11：旋流叶片；12：燃料孔；13：燃料通道；14：对冲气流；15：对冲腔内回流区；16：混合通道。

具体实施方式

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

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，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。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实用新型中的具体含义。

如图1-3所示，本实施例所述的燃料空气混合器，其包括中心体1、环形壁2和旋流装置3，环形壁2同轴设置在中心体1的外围，在环形壁2与中心体1之间形成混合通道16。旋流装置3位于混合通道16上且靠近中心体1的前端，即，位于中心体1与环形壁2之间，用于形成旋流；中心体1的末端设置有中心体头部端壁4，相应的，环形壁2的末端设置有环形壁端壁7。而且，中心体头部端壁4与环形壁端壁7之间通过对冲管腔环壁8围设成对冲管腔6，也就是说，对冲管腔环壁8位于中心体头部端壁4与环形壁端壁7之间。形成的对冲管腔6为一端敞口状的腔室结构，其形状并不局限于某种特定形式。在对冲管腔环壁8上设有与混合通道16连通的对冲气流孔9。

使用时，从对冲射流孔9喷射出的燃料空气混合气具有较大的动量，成对的对冲射流在互相冲击后，可进一步提高燃料空气混合物的混合均匀性；而且，在受限的物理空间内，还会在对冲射流孔9上游的区域及对冲射流孔9之间的周向区域形成局部回流区，有助于提高火焰的稳定性。

如图2所示，在对冲管腔环壁8上至少开设一对对冲气流孔9，且每一对中的对冲气流孔9的轴心线相同，从而可形成对冲射流。

进一步的，对冲气流孔9为直孔。而且，对冲气流孔9的孔形(横截面)为圆形或椭圆形或矩形，当然，也可以根据实际需要选择其他孔形的对冲气流孔9，例如：五边形等。

本实施例的中心体头部端壁4上设有中心体头部端壁喷射孔5，同时，环形壁端壁7上设有环形壁端壁喷射孔10。其中，中心体头部端壁喷射孔5用于连通中心体内部通道与对冲管腔6，环形壁端壁喷射孔10用于连通混合通道16与火焰筒的点火区域。当然，中心体头部端壁喷射孔5与环形壁端壁喷射孔10的形式也可以为多种，例如：直孔或斜孔。其中，直孔为沿轴向开设的通孔，斜孔为沿轴向与径向的矢量方向开设的通孔。此外，也可以为用于使燃料旋转通过的切向孔，当然，还可为其他类型的孔，例如，锥形孔等等。

进一步的，中心体头部端壁4的直径不小于中心体1的直径。当中心体头部端壁4的直径大于中心体1的直径，且超出的径向空间足够开设中心体头部端壁喷射孔5时，中心体头部端壁喷射孔5会喷射少量燃料空气混合气进入对冲管腔6，而大部分燃料空气混合气则通过在对冲管腔环壁8上成对开设的对冲气流孔9向对冲管腔6内喷射。

而且，该中心体头部端壁4的轴向位置处在环形壁2的轴向范围内，即，中心体头部端壁4处于环形壁2的包覆范围之内。

本实施例中旋流装置3包括沿中心体1周向设置的旋流叶片11，旋流叶片11上设置有燃料孔12，中心体1上设有与燃料孔12连通的燃料通道13，用于向混合通道16输送燃料。

本实用新型还提供一种燃气轮机，其包括燃料空气混合器，该燃料空气混合器应用于燃气轮机的燃烧室中。

本实用新型的工作原理如下：首先，外部空气经过旋流装置3形成旋转流动的气流进入中心体1与环形壁2之间的混合通道16，燃料从燃料通道13进入中空的旋流叶片11，并从旋流叶片11上设置的燃料孔12向混合通道16内喷射，空气和燃料在旋流装置3所处的位置开始混合，并流经中心体1末端的中心体头部端壁4的轴向位置直至环形壁端壁7。

之后，部分燃料空气混合气通过环形壁端壁7上开设的环形壁端壁喷射孔10直接喷射进入火焰筒；而且，中心体头部端壁喷射孔5会喷射少量燃料空气混合气进入对冲管腔6，而大部分燃料空气混合气通过在对冲管腔环壁8上成对开设的对冲气流孔9向对冲管腔6内喷射，大动量的对冲气流14相互冲击(如图3所示)，除了会进一步提高燃料空气混合物的混合均匀性，还将在对冲射流孔上游的区域及对冲射流孔之间的周向区域形成局部的对冲腔内回流区15(如图3所示)，这将有助于提高火焰的稳定性。

同时，环形壁端壁7上开设的环形壁端壁喷射孔10喷射的燃料空气混合气会冷却环形壁端壁7，中心体头部端壁4上开设的中心体头部端壁喷射孔5会冷却中心体头部端壁4，且中心体头部端壁喷射孔5的气流不会对附近的回流区有明显的破坏作用以保证稳定的回流区域。

综上，本实用新型提供一种燃料空气混合器，从对冲射流孔喷射出的燃料空气混合气具有较大的动量，成对的对冲射流在互相冲击后，实现进一步提高燃料空气混合物的混合均匀性；而且，在受限的物理空间内，还会在对冲射流孔上游的区域及对冲射流孔之间的周向区域形成局部回流区，从而有助于提高火焰的稳定性；该燃料空气混合器结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种燃料空气混合器，其特征在于，包括中心体(1)、环形壁(2)和旋流装置(3)，所述环形壁(2)同轴设置在中心体(1)的外围，在环形壁(2)与中心体(1)之间形成混合通道(16)，所述旋流装置(3)位于混合通道(16)上且靠近中心体(1)的前端；其特征在于：所述中心体(1)的末端设置有中心体头部端壁(4)，所述环形壁(2)的末端设置有环形壁端壁(7)，所述中心体头部端壁(4)与环形壁端壁(7)之间通过对冲管腔环壁(8)围设成对冲管腔(6)，所述对冲管腔环壁(8)上设有与所述混合通道(16)连通的对冲气流孔(9)。

2.根据权利要求1所述的燃料空气混合器，其特征在于，所述对冲管腔环壁(8)上至少开设一对对冲气流孔(9)，且每一对中的对冲气流孔(9)的轴心线相同。

3.根据权利要求2所述的燃料空气混合器，其特征在于，所述对冲气流孔(9)为直孔，所述对冲气流孔(9)的孔形为圆形或椭圆形或矩形。

4.根据权利要求1所述的燃料空气混合器，其特征在于，所述中心体头部端壁(4)上设有中心体头部端壁喷射孔(5)；所述环形壁端壁(7)上设有环形壁端壁喷射孔(10)。

5.根据权利要求4所述的燃料空气混合器，其特征在于，所述中心体头部端壁喷射孔(5)与环形壁端壁喷射孔(10)为直孔或斜孔。

6.根据权利要求1所述的燃料空气混合器，其特征在于，所述中心体头部端壁(4)的直径不小于中心体(1)的直径。

7.根据权利要求1所述的燃料空气混合器，其特征在于，所述中心体头部端壁(4)的轴向位置处在环形壁(2)的轴向范围内。

8.根据权利要求1所述的燃料空气混合器，其特征在于，所述旋流装置(3)包括沿中心体(1)周向设置的旋流叶片(11)，所述旋流叶片(11)上设置有燃料孔(12)，所述中心体(1)上设有与燃料孔(12)连通的燃料通道(13)。

9.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的燃料空气混合器。