CN207648853U - 一种微型燃气轮机及其燃料喷嘴和燃烧室 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种微型燃气轮机及其燃料喷嘴和燃烧室。该燃料喷嘴包括壳体；壳体包括底壁以及一端固定连接于底壁的侧壁；燃料出口包括贯穿底壁厚度的多个第一通孔，每个第一通孔的轴心线与底壁的厚度方向具有开口背离燃料入口的第一夹角、且第一夹角为锐角；每个第一通孔具有背离燃料通道的第一端和朝向燃料通道的第二端，第一端与侧壁之间的第一距离小于第二端与侧壁之间的第二距离。该燃料喷嘴能够解决燃料与空气混合不均匀、燃料燃烧不充分且燃烧效率低的问题。

Description

一种微型燃气轮机及其燃料喷嘴和燃烧室

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种微型燃气轮机及其燃料喷嘴和燃烧室。

背景技术

微型燃气轮机(Microturbine或Micro-turbines)是一类新近发展起来的小型热力发电机，其单机功率范围为25～300kW。微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控等一系列优点，可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等，是提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式发电及热电联供的最佳方式。

目前，针对我国煤炭生产和消费巨大的情况，清洁高效的煤气化整体联合循环是一种具有广阔前景的发电方式。在实际生产生活中，以煤化气、纯度较低的沼气等中低热值燃料作为主要燃料的微型燃气轮机是分布式清洁发电和动力系统的关键设备。与天然气、柴油等常用燃料相比，煤化气、纯度较低的沼气等中低热值燃料的热值较低，因此，在通过微型燃气轮机获得同样功率、且保持燃料喷嘴结构不变的情况下，需要燃用更多的中低热值燃料，并加大燃料的射流速度，进而导致燃料与空气混合不均匀、燃料燃烧不充分且燃烧效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种微型燃气轮机及其燃料喷嘴和燃烧室，该燃料喷嘴能够解决燃料与空气混合不均匀、燃料燃烧不充分且燃烧效率低的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种燃料喷嘴，该燃料喷嘴包括设置有燃料入口、燃料出口、以及连通所述燃料入口和燃料出口的燃料通道的壳体；所述壳体包括底壁以及一端固定连接于所述底壁的侧壁；所述侧壁的另一端设置有所述燃料入口；所述侧壁和所述底壁围成的空间形成所述燃料通道；

所述燃料出口包括贯穿所述底壁厚度的多个第一通孔，每个第一通孔的轴心线与所述底壁的厚度方向具有开口背离所述燃料入口的第一夹角、且所述第一夹角为锐角；每个所述第一通孔具有背离所述燃料通道的第一端和朝向所述燃料通道的第二端，所述第一端与所述侧壁之间的第一距离小于所述第二端与所述侧壁之间的第二距离。

上述燃料喷嘴在工作时，燃料通过燃料入口进入壳体内，并通过壳体内的燃料通道输送到燃料出口，由于燃料出口包括设置在壳体的底壁上的多个第一通孔，每个第一通孔的轴心线与底壁的厚度方向具有开口背离燃料入口的第一夹角、且第一夹角为锐角，并且每个第一通孔的第一端与侧壁之间的第一距离小于第二端与侧壁之间的第二距离，因此，燃料在经过多个第一通孔时喷射形成多个燃料流，多个燃料流因第一夹角的存在而增大了喷射范围，即，与现有技术相比，采用上述燃料喷嘴能够增大燃料的分布空间，进而增大了燃料与空气的接触面积，使燃料与空气能够混合均匀，进而使燃料燃烧充分且燃烧效率高。

因此，上述燃料喷嘴能够解决燃料与空气混合不均匀、燃料燃烧不充分且燃烧效率低的问题。

优选地，所述燃料出口还包括贯穿所述侧壁厚度的多个第二通孔，所述多个第二通孔用于使喷射出的燃料形成旋流。

优选地，所述多个第二通孔中，每个第二通孔在所述侧壁的内表面均具有一个圆孔；沿所述侧壁的半径方向，每个第二通孔的轴心线与其对应的圆孔的圆心和所述侧壁的轴心线之间的连线形成开口背离所述燃料通道的第二夹角、且所述第二夹角为锐角。

优选地，所述第一夹角与所述第二夹角相同。

优选地，所述多个第二通孔的数量与所述多个第一通孔的数量相同。

优选地，每个所述第一通孔的孔径与每个所述第二通孔的孔径相同。

优选地，所述多个第二通孔绕所述侧壁的周向均匀分布。

优选地，所述第一夹角为10°～80°。

优选地，所述多个第一通孔为10～30个。

优选地，每个所述第一通孔的孔径为2～5mm。

优选地，所述侧壁为管状结构，所述多个第一通孔绕所述侧壁的轴心线周向均匀分布。

另外，本实用新型还提供了一种燃烧室，该燃烧室包括上述技术方案提供的任意一种燃料喷嘴。

本实用新型还提供了一种微型燃气轮机，该微型燃气轮机包括上述技术方案提供的燃烧室。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

上述燃料喷嘴因燃料出口包括多个第一通孔，每个第一通孔的轴心线与底壁的厚度方向具有开口背离燃料入口的第一夹角、且第一夹角为锐角，并且每个第一通孔的第一端与侧壁之间的第一距离小于第二端与侧壁之间的第二距离，使得燃料喷嘴在工作时，经多个第一通孔形成的多个燃料流因第一夹角的存在而增大了喷射范围，即，与现有技术相比，采用上述燃料喷嘴能够增大燃料的分布空间，进而增大了燃料与空气的接触面积，使燃料与空气能够混合均匀，进而使燃料燃烧充分且燃烧效率高。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例提供的燃料喷嘴的整体结构示意图；

图2为图1中燃料喷嘴A向的一种结构示意图；

图3为图1中燃料喷嘴A向的另一种结构示意图；

图4为图1中燃料喷嘴的B-B向结构示意图；

图5为图1中燃料喷嘴的一种半剖结构示意图；

图6为本实用新型另一种实施例提供的燃料喷嘴的整体结构示意图；

图7为图6中燃料喷嘴的C向结构示意图；

图8为本实用新型另一种实施例提供的燃料喷嘴的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种微型燃气轮机及其燃料喷嘴和燃烧室，上述微型燃气轮机包括燃烧室和设置于燃烧室的燃料喷嘴，该燃料喷嘴能够解决燃料与空气混合不均匀、燃料燃烧不充分且燃烧效率低的问题。

其中，请参考图1、图2以及图5，本实用新型一种实施例提供的燃料喷嘴1，该燃料喷嘴1包括设置有燃料入口111、燃料出口112、以及连通燃料入口111和燃料出口112的燃料通道113的壳体11；壳体11包括底壁114以及一端固定连接于底壁114的侧壁115；侧壁115的另一端设置有燃料入口111；侧壁115和底壁114围成的空间形成燃料通道113；如图5和图6结构所示，燃料喷嘴1包括由底壁114和侧壁115构成的壳体11，底壁114和侧壁115可以为一体式结构，也可以为分体式结构，即，壳体11可以由底壁114和侧壁115一体成型，也可以由分体结构的底壁114和侧壁115固定连接到一起构成，如底壁114和侧壁115可以通过焊接、螺钉连接、螺纹连接等连接方式连接为一体；侧壁114可以为筒形结构、管状结构等形式，侧壁115的一端开口形成燃料入口111，另一端被底壁114遮挡，侧壁115与底壁114围成的内部空间形成燃料通道113；燃料通道113连通燃料入口111和燃料出口112；侧壁115可以为直管段、弯管段均可；

燃料出口112包括贯穿底壁114厚度的多个第一通孔1121，每个第一通孔1121的轴心线与底壁114的厚度方向具有开口背离燃料入口111的第一夹角α、且第一夹角α为锐角；每个第一通孔1121具有背离燃料通道113的第一端11211和朝向燃料通道113的第二端11212，第一端11211与侧壁115之间的第一距离D1小于第二端11212与侧壁115之间的第二距离D2。如图1、图5以及图8结构所示，燃料出口112包括贯穿底壁114的多个第一通孔1121、以及贯穿侧壁115的多个第二通孔1122；如图6结构所示，燃料出口112包括贯穿底壁114的多个第一通孔1121；贯穿底壁114设置的多个第一通孔1121可以为如图2、图3以及图7结构所示，多个第一通孔1121在绕底壁114的轴心线的周向均匀分布，多个第一通孔1121在底壁114的分布形式不限于图2和图3中所示的结构，也可以随机分布。

上述燃料喷嘴1在工作时，燃料通过燃料入口111进入壳体11内，并通过壳体11内的燃料通道113输送到燃料出口112，由于燃料出口112包括设置在壳体11的底壁114上的多个第一通孔1121，每个第一通孔1121的轴心线与底壁114的厚度方向具有开口背离燃料入口111的第一夹角α、且第一夹角α为锐角，并且每个第一通孔1121的第一端11211与侧壁115之间的第一距离D1小于第二端11212与侧壁115之间的第二距离D2，因此，燃料在经过多个第一通孔1121时喷射形成多个燃料流，多个燃料流因第一夹角α的存在而增大了喷射范围，即，与现有技术相比，采用上述燃料喷嘴1能够增大燃料的分布空间，进而增大了燃料与空气的接触面积，使燃料与空气能够混合均匀，进而使燃料燃烧充分且燃烧效率高。

因此，上述燃料喷嘴1能够解决燃料与空气混合不均匀、燃料燃烧不充分且燃烧效率低的问题。

为了进一步提高燃料的喷射范围，如图1、图4、图5以及图8结构所示，燃料出口112还包括贯穿侧壁115厚度的多个第二通孔1122，多个第二通孔1122用于使喷射出的燃料形成旋流。多个第二通孔1122可以绕侧壁115的周向均匀分布。如图5结构所示，燃料出口112不仅包括设置于底壁114的多个第一通孔1121，还包括贯穿侧壁115设置的多个第二通孔1122；同时，图8中结构所示的燃料喷嘴1在侧壁115上设置有沿侧壁115的周向分布的两排第二通孔1122，第二通孔1122的设置形式可以沿侧壁115的周向分布或周向均匀分布，也可以随机分布在侧壁115上，并不限于周向分布或周向均匀分布，只要是能够提高燃料的喷射范围，即，改善燃料与空气均匀混合的目的即可。

由于燃料出口112还包括用于使喷射出的燃料形成旋流的多个第二通孔1122，在上述燃料喷嘴1工作时，燃料通过第二通孔1122喷出时，可以使喷出的燃料形成旋流，使通过第二通孔1122喷射出来的燃料带有旋转速度，进而增加燃料流的运动行程，增加燃料与空气的接触时间和混合时间，进而使燃料与空气在燃烧前能够进一步充分混合，使燃料与空气的混合更加均匀，使燃料的燃烧更加充分，不仅能够提高燃烧效率，还能提高燃料的利用效率。

一种具体的实施方式中，多个第二通孔1122中，每个第二通孔1122的轴心线与竖直方向具有开口背离燃料通道113的第二夹角β，第二夹角β为锐角。每个第二通孔1122在侧壁115的内表面1151均具有一个圆孔11221；沿侧壁115的半径方向，每个第二通孔1122的轴心线O1与其对应的圆孔11221的圆心O2和侧壁115的轴心线O之间的连线L形成开口背离燃料通道113的第二夹角β、且第二夹角β为锐角。

如图4结构所示，每个第二通孔1122在侧壁115的内表面1151均具有一个通孔11221，通孔11221的圆心O2与对应的第二通孔1122的轴心线O1重合，沿侧壁115的半径方向，圆心O2与侧壁115的轴心线O的连线L与第二通孔1122的轴心线O1在圆心O2处相交，并形成第二夹角β，第二夹角β为锐角；如图4结构所示，多个第二通孔1122的出口均朝向顺时针方向偏转，在实际使用过程中，第二通孔1122的出口也可以朝向逆时针方向偏转。

在上述各个实施例的基础上，第一夹角α与第二夹角β可以相同，第一夹角α与第二夹角β也可以不同。第一夹角α可以为10°～80°。

当上述第一夹角α在从10°到80°逐渐变大时，第一通孔1121的斜度也逐渐变大，使燃料流喷射的范围也逐渐变大，因此，当第一夹角α为10°～80°时，能够进一步提高燃料与空气的混合均匀度，使燃料能够充分燃烧，进一步提高燃料的燃烧效率；第一夹角α具体可以为：10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°。

更进一步地，多个第二通孔1122的数量与多个第一通孔1121的数量可以相同。每个第一通孔1121的孔径与每个第二通孔1122的孔径可以相同。

在燃料喷嘴1的设计、制造过程中，为了根据燃料喷嘴1的实际使用情况进一步提高燃料的燃烧效率，多个第一通孔1121可以为10～30个；每个第一通孔1121的孔径可以为2～5mm。如图2和图7结构中，燃料喷嘴1在底壁114上设置有15个第一通孔1121，而在图3结构中，燃料喷嘴1的底壁114上设置有21个第一通孔1121。

第一通孔1121的孔径和数量、以及第二通孔1122的孔径和数量均可以根据燃烧室的结构、燃料需求量等实际情况进行具体设置，而且，即使在同一个燃料喷嘴1中，第一通孔1121的数量、孔径和/或第二通孔1122的数量、孔径均可以设置多个不同的值；第一通孔1121的数量或第二通孔1122的数量具体可以设置为：10个、15个、16个、18个、20个、22个、25个、30个；第一通孔1121的孔径或第二通孔1122的孔径具体可以设置为：2mm、2.5mm、3mm、3.2mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.8mm、4mm、4.5mm、5mm。

燃料喷嘴1的侧壁115可以为管状结构，多个第一通孔1121绕侧壁115的轴心线周向均匀分布。燃料喷嘴1的侧壁115可以如图2、图3、图4和图7结构所示为管状结构，也可以为其它结构，如：长方体形、六棱柱形、多边体形等。侧壁115的具体结构可以根据燃烧室的结构进行设计，不限于图2中的管状结构。

另外，本实用新型实施例还提供了一种燃烧室，该燃烧室包括上述实施例提供的任意一种燃料喷嘴1。

本实用新型实施例还提供了一种微型燃气轮机，该微型燃气轮机包括上述实施例提供的燃烧室，燃烧室包括上述实施例提供的任意一种燃料喷嘴1。微型燃气轮机可以用于分布式发电系统或分布式动力系统中。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

上述燃料喷嘴1因燃料出口112包括多个第一通孔1121，每个第一通孔1121的轴心线与底壁114的厚度方向具有开口背离燃料入口111的第一夹角α、且第一夹角α为锐角，并且每个第一通孔1121的第一端11211与侧壁115之间的距离小于第二端11212与侧壁115之间的距离，使得燃料喷嘴1在工作时，经多个第一通孔1121形成的多个燃料流因第一夹角α的存在而增大了喷射范围，即，与现有技术相比，采用上述燃料喷嘴1能够增大燃料的分布空间，进而增大了燃料与空气的接触面积，使燃料与空气能够混合均匀，进而使燃料燃烧充分且燃烧效率高。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种燃料喷嘴，其特征在于，包括设置有燃料入口、燃料出口、以及连通所述燃料入口和燃料出口的燃料通道的壳体；所述壳体包括底壁以及一端固定连接于所述底壁的侧壁；所述侧壁的另一端设置有所述燃料入口；所述侧壁和所述底壁围成的空间形成所述燃料通道；

所述燃料出口包括贯穿所述底壁厚度的多个第一通孔，每个第一通孔的轴心线与所述底壁的厚度方向具有开口背离所述燃料入口的第一夹角、且所述第一夹角为锐角；每个所述第一通孔具有背离所述燃料通道的第一端和朝向所述燃料通道的第二端，所述第一端与所述侧壁之间的第一距离小于所述第二端与所述侧壁之间的第二距离。

2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料出口还包括贯穿所述侧壁厚度的多个第二通孔，所述多个第二通孔用于使喷射出的燃料形成旋流。

3.根据权利要求2所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述多个第二通孔中，每个第二通孔在所述侧壁的内表面均具有一个圆孔；沿所述侧壁的半径方向，每个第二通孔的轴心线与其对应的圆孔的圆心和所述侧壁的轴心线之间的连线形成开口背离所述燃料通道的第二夹角、且所述第二夹角为锐角。

4.根据权利要求3所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述第一夹角与所述第二夹角相同。

5.根据权利要求2所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述多个第二通孔的数量与所述多个第一通孔的数量相同。

6.根据权利要求2所述的燃料喷嘴，其特征在于，每个所述第一通孔的孔径与每个所述第二通孔的孔径相同。

7.根据权利要求2所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述多个第二通孔绕所述侧壁的周向均匀分布。

8.根据权利要求1-7任一项所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述第一夹角为10°～80°。

9.根据权利要求1-7任一项所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述多个第一通孔为10～30个。

10.根据权利要求1-7任一项所述的燃料喷嘴，其特征在于，每个所述第一通孔的孔径为2～5mm。

11.根据权利要求1-7任一项所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述侧壁为管状结构，所述多个第一通孔绕所述侧壁的轴心线周向均匀分布。

12.一种燃烧室，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的燃料喷嘴。

13.一种微型燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求12所述的燃烧室。