CN208237904U - 用于燃气轮机的微混合喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃气轮机的微混合喷嘴，所述微混合喷嘴包括燃料室、预旋组件和微混合管，所述预旋组件贯穿所述燃料室设置，所述预旋组件包括内管、外管和旋流件，所述外管和所述内管之间形成环形通道，所述内管设有第一孔，所述外管设有第二孔，所述微混合管设在所述燃料室内，所述微混合管设有第三孔，其中，所述环形通道内的一部分燃料经第一孔进入内管内与内管内的空气预旋混合，从第二孔排出的另一部分燃料经第三孔进入微混合管内与微混合管内的空气混合。本实用新型的用于燃气轮机的微混合喷嘴，将燃料和空气的预旋混合和微混合相结合能够稳定点火源，防止火焰吹熄或抬升过高，增强火焰稳定性，抑制燃烧振荡。

Description

用于燃气轮机的微混合喷嘴

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，具体地涉及一种用于燃气轮机的微混合喷嘴。

背景技术

压缩空气和燃料的混合物在燃气轮机的燃烧器内燃烧，产生高温烟气推动透平做功，其中燃烧器通过其喷嘴(通常也称为燃料喷嘴)将燃料和空气混合并喷射至燃烧区域。燃料和空气混合均匀度是影响燃气轮机污染物排放的重要因素，提高燃料和空气混合均匀度能够降低污染物排放。

相关技术中，燃气轮机的喷嘴采用微混合结构，燃料和空气在多个微混合管中混合之后进入燃烧室，燃料和空气的混合物在小尺度下燃烧，能够分散火焰面，减小温度梯度，分散释热，从而降低污染物排放。然而，此种方式的喷嘴在出口处火焰容易发生抬升，即火焰根部位于喷嘴下游一定位置处，抬升火焰并不是完全稳定的，它容易受到外界扰动出现小幅震荡，产生噪声，并且随着喷嘴出口速度的提高，火焰抬升的距离增大，容易诱发燃烧振荡。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型提出一种用于燃气轮机的微混合喷嘴,该微混合喷嘴能够稳定点火源，防止火焰吹熄或抬升过高，增强火焰稳定性，抑制燃烧振荡。

根据本实用新型的实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴包括：燃料室；预旋组件，所述预旋组件贯穿所述燃料室设置，所述预旋组件包括内管、套设在所述内管上的外管和设在所述内管内的旋流件，所述外管和所述内管之间形成环形通道，所述内管设有第一孔，所述外管设有第二孔，其中，空气经所述内管的第一端进入所述内管，燃料经所述环形通道的第一端进入所述环形通道，所述环形通道内的一部分所述燃料经所述第一孔进入所述内管内以与所述内管内的空气预旋混合，预旋混合后的燃料和空气经所述内管的第二端喷出，所述环形通道内的另一部分所述燃料经所述第二孔排出所述外管；微混合管，所述微混合管设在所述燃料室内，所述微混合管设有第三孔，其中，空气经所述微混合管的第一端进入所述微混合管，从所述第二孔排出所述外管的所述另一部分燃料经所述第三孔进入所述微混合管内以与所述微混合管内的空气混合，混合后的燃料和空气经所述微混合管的第二端喷出。

根据本实用新型实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴，该微混合喷嘴通过预旋混合和微混合相结合的方式实现燃料和空气的混合，能够稳定点火源，防止火焰吹熄或抬升过高，增强火焰稳定性，抑制燃烧振荡。

在一些实施例中，沿所述燃料在所述环形通道内的流动方向，所述第一孔位于所述第二孔的上游，从所述第二孔排出所述外管的所述另一部分燃料沿与所述燃料在所述环形通道内的流动方向相反的方向流动进所述第三孔。

在一些实施例中，所述微混合喷嘴还包括调节板，所述调节板将所述燃料室分隔成第一燃料室和第二燃料室，所述调节板上设有多个连通孔，所述预旋组件和所述微混合管分别贯穿所述第一燃料室和所述第二燃料室，所述第三孔与所述第一燃料室连通，所述第二孔与所述第二燃料室连通。

在一些实施例中，所述微混合管设有多个，多个微混合管彼此平行。

在一些实施例中，所述预旋组件与所述微混合管彼此平行。

在一些实施例中，所述预旋组件包括中心预旋组件和多个外围预旋组件，所述中心预旋组件位于所述燃料室的中心，多个所述外围预旋组件围绕所述中心预旋组件均匀间隔布置。

在一些实施例中，所述微混合喷嘴还包括：中心支撑管，所述中心预旋组件和一部分所述微混合管设在所述中心支撑管内；多个隔板，所述隔板的内端与所述中心支撑管的外周壁相连，所述隔板的外端沿所述中心支撑管的径向向外延伸，多个所述隔板围绕所述中心支撑管均匀间隔布置。

在一些实施例中，所述旋流件包括中心轴和设在所述中心轴上的多个旋流叶片，相邻所述旋流叶片之间具有旋流通道，所述旋流叶片上设有与所述第一孔连通的燃料孔，所述环形通道内的一部分燃料经所述第一孔进入所述燃料孔并经所述燃料孔喷出，喷出的所述燃料与所述内管内的空气在所述旋流通道内预旋混合。

在一些实施例中，所述微混合喷嘴还包括第一端板、第二端板和套罩，所述第一端板设在所述套罩的第一端且所述第二端板设在所述套罩的第二端以围出所述燃料室。

在一些实施例中，所述预旋组件的第二端与所述第二端板的外表面平齐，所述预旋组件的第一端伸出所述第一端板，所述微混合管的第一端与所述第一端板的外表面平齐，所述微混合管的第二端与所述第二端板的外表面平齐。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴的整体结构示意图；

图2是根据本实用新型的实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴的内部结构示意图；

图3是根据本实用新型的实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴的轴侧结构示意图；

图4是根据本实用新型的实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴的局部放大示意图；

图5是根据本实用新型的实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴的局部俯视图；

图6是根据本实用新型的实施例的用于燃气轮机的图5中的D-D截面图。

附图标记：

燃料室1，第一燃料室11，第二燃料室12，预旋组件2，中心预旋组件201，外围预旋组件202，内管21，外管22，旋流件23，中心轴231，旋流叶片232，燃料孔233，旋流通道234，第一孔24，环形通道25，第二孔26，微混合管3，第三孔31，第一端板4，第二端板5，套罩6，调节板7，连通孔8，中心支撑管9，隔板10。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

如图1-6所示，根据本实用新型实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴包括燃料室1、预旋组件2和微混合管3。其中，界定如图1、2所示中混合物的喷射方向为从下到上的方向，如图1箭头所示。具体地，微混合喷嘴还包括第一端板4、第二端板5和套罩6，第一端板4设在套罩6的第一端(图1、2所示的下端)，第二端板5设在套罩6的第二端(图1、2所示的上端)，从而通过第一端板4、第二端板5和套罩6围出燃料室1。其中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

预旋组件2贯穿燃料室1设置，具体地，预旋组件2的第一端(图1、2所示的下端)伸出第一端板4，预旋组件2的第二端(图1、2所示的上端)伸入燃烧室1内与第二端板5的外表面(图1、2所示的第二端板5的上表面)平齐。换言之，如图1、2所示，预旋组件2的下端位于第一端板4的下方，预旋组件2的上端伸入燃烧室1内并与第二端板5的上表面平齐。

如图6所示，预旋组件2包括内管21、外管22和旋流件23，内管21上设有第一孔24，外部的空气能够通过内管21的第一端(图1、2所示的下端)进入内管21内。

外管22套设在内管21上，外管22和内管21之间形成环形通道25，如图4所示，外管22上设有第二孔26。具体地，外管22和内管21同轴设置。外部的燃料能够通过环形通道25的第一端(图1、2所示的下端)进入环形通道25内，环形通道25内的一部分燃料经内管21上的第一孔24进入内管21内；环形通道25内的另一部分燃料经外管22上的第二孔26排出外管22。

旋流件23设在内管21内，进入内管21内的空气和一部分燃料在旋流件23的作用下能够预旋混合，预旋混合后的燃料和空气的混合物通过内管21的第二端(图1、2所示的上端)喷出。

具体地，如图5所示，旋流件23包括中心轴231和设在中心轴231上的多个旋流叶片232，多个旋流叶片232围绕中心轴231均匀间隔布置，相邻旋流叶片232之间具有旋流通道234，旋流叶片232内具有与内管21上的第一孔24连通的燃料通道，旋流叶片232的端面设有与燃料通道连通的多个燃料孔233，内管21内的空气经旋流通道234的第一端进入旋流通道234内，环形通道25内的一部分燃料经第一孔24进入旋流叶片232内的燃料通道，并经多个燃料孔233喷出，喷出的燃料与空气在旋流通道234内预旋、混合，预旋混合后的燃料和空气的混合物经旋流通道234的第二端排出。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

微混合管3设在燃料室1内，具体地，微混合管3的第一端(图1、2所示的下端)与第一端板4的外表面(图1、2所示的第一端板4的下表面)平齐，微混合管3的第二端(图1、2所示的上端)与第二端板5的外表面平齐。

微混合管3设有第三孔31，其中，外部空气经微混合管3的第一端进入微混合管3，从外管22上的第二孔26排出外管22的另一部分燃料经微混合管3上的第三孔31进入微混合管3内，以与微混合管3内的空气进行微混合，微混合后的燃料和空气经微混合管3的第二端喷出。

根据本实用新型实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴，该微混合喷嘴设置预旋组件和微混合管，分别实现燃料和空气的预旋混合和微混合，通过结合两种混合方式能够稳定点火源，防止火焰吹熄或抬升过高，增强火焰稳定性，抑制燃烧振荡。

在本实用新型中，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。

在一些实施例中，沿燃料在环形通道25内的流动方向，如图1、2中从下到上的方向，第一孔24位于第二孔26的上游，从外管22的第二孔26排出的另一部分燃料沿与燃料在环形通道25内的流动方向相反的方向流动进第三孔31。换言之，如图1、2所示，燃料在环形通道25内的流动方向为从下到上，第一孔24位于第二孔26的下方，从外管22的第二孔26排出的另一部分燃料沿从上到下的方向流动进入微混合管3上的第三孔31内。第一特征在第二特征“上方”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“下方”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。

在一些实施例中，用于燃气轮机的微混合喷嘴还包括调节板7，调节板7将燃料室1分隔成第一燃料室11和第二燃料室12，即调节板7位于第一端板4和第二端板5之间，具体地，第一端板4、调节板7和第二端板5彼此平行，且调节板7邻近第二端板5设置。

具体地，第二燃料室12位于第一燃料室11的上方，即第一端板4和调节板7之间为第一燃料室11，第二端板5和调节板7之间为第二燃料室12。

调节板7上设有多个连通孔8，预旋组件2和微混合管3分别贯穿第一燃料室11和第二燃料室12，微混合管3上的第三孔31与第一燃料室11连通，外管22上的第二孔26与第二燃料室12连通。由第二孔26排出外管22的另一部分燃料进入第二燃料室12，再经调节板7上的连通孔8进入第一燃料室11，从而通过第三孔31进入微混合管3内。

具体地，如图1、2所示，预旋组件2的下端伸出第一端板4的下表面，预旋组件2的上端穿过调节板7与第二端板5的上表面平齐；微混合管3的下端与第一端板4的下表面平齐，微混合管3的上端与第二端板5的上表面平齐。

在一些实施例中，微混合管3设有多个，多个微混合管3彼此平行。更进一步地，预旋组件2与微混合管3彼此平行。

在一些实施例中，预旋组件2包括中心预旋组件201和多个外围预旋组件202，中心预旋组件201和外围预旋组件202均包括内管21、外管22和旋流件23，其中，中心预旋组件201位于燃料室1的中心，多个外围预旋组件202围绕中心预旋组件201均匀间隔布置。具体地，如图2、3所示，用于燃气轮机的微混合喷嘴设有一个中心预旋组件201和六个外围预旋组件202，一个中心预旋组件201位于燃料室1的中心，六个外围预旋组件202围绕燃料室1的中心均匀间隔布置。

在一些实施例中，用于燃气轮机的微混合喷嘴还包括中心支撑管9和多个隔板10，中心支撑管9内设有中心预旋组件201和一部分微混合管3；隔板10的内端与中心支撑管9的外周壁相连，隔板10的外端沿中心支撑管9的径向向外延伸，多个隔板10围绕中心支撑管9均匀间隔布置。具体地，如图2、3所示，一个中心支撑管9外围设有六个隔板10，一个中心预旋组件201设在中心支撑管9的中心，多个隔板10围绕中心支撑管9均匀间隔布置，且每相邻隔板10之间设有一个外围预旋组件202。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考附图1-6描述根据本实用新型具体实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴。

如图1-6所示，根据本实用新型实施例的用于燃气轮机的微混合喷嘴包括预旋组件2、微混合管3、第一端板4、第二端板5、套罩6、调节板7、中心支撑管9和六个隔板10，第一端板4设在套罩6的下端，第二端板5设在套罩6的上端，从而第一端板4、第二端板5和套罩6围出燃料室1。中心支撑管9位于燃料室1的中心且沿燃料室1的轴向延伸，隔板10的内端与中心支撑管9的外周壁相连，隔板10的外端沿中心支撑管9的径向向外延伸，六个隔板10围绕中心支撑管9均匀间隔布置。

调节板7将燃料室1分隔成下端的第一燃料室11和上端的第二燃料室12，如图1、2所示，第二端板5、调节板7和第一端板4从上到下依次设置且彼此平行，调节板7上设有多个连通孔8，第二燃料室12内的燃料经连通孔8进入第一燃料室11。

预旋组件2的下端位于第一端板4的下方，预旋组件2的上端穿过调节板7与第二端板5的上表面平齐。预旋组件2包括一个中心预旋组件201和六个外围预旋组件202，中心预旋组件201位于燃料室1的中心且位于中心支撑管9的中心，六个外围预旋组件202围绕中心预旋组件201均匀间隔布置，且每个相邻隔板10之间设有一个外围预旋组件202。

中心预旋组件201和外围预旋组件202均包括内管21、外管22和旋流件23，内管21上设有第一孔24，第一孔24邻近内管21的下端设置，外部的空气能够通过内管21的下端进入内管21内。

外管22套设在内管21上且与内管21同轴设置，外管22和内管21之间形成环形通道25，外管22上设有第二孔26，第二孔26与第二燃料室12连通。内管21内设有旋流件23，旋流件23包括中心轴231和设在中心轴231上的多个旋流叶片232，多个旋流叶片232围绕中心轴231均匀间隔布置，且相邻旋流叶片232之间具有旋流通道234。旋流叶片232内具有燃料通道，该燃料通道与内管21上的第一孔24连通，旋流叶片232的端面设有与燃料通道连通的多个燃料孔233。其中，外部的燃料能够进入环形通道25内，环形通道25内的一部分燃料经内管21上的第一孔24进入旋流叶片232内的燃料通道，燃料通道内的燃料经燃料孔233喷出，喷出的燃料与内管21内的空气在旋流通道234内预旋、混合；环形通道25内的另一部分燃料经外管22上的第二孔26排出外管22。

多个彼此平行的微混合管3设在燃料室1内，微混合管3与预旋组件2彼此平行，且微混合管3的下端与第一端板4的下表面平齐，微混合管3的上端与第二端板5的上表面平齐。微混合管3设有第三孔31，第三孔31与第一燃料室11连通，其中，外部空气经微混合管3的第一端进入微混合管3，从外管22上的第二孔26排出外管22的另一部分燃料进入第二燃料室12，再经调节板7上的连通孔8进入第一燃料室11，从而通过第三孔31进入微混合管3内，以与微混合管3内的空气进行微混合，微混合后的燃料和空气经微混合管3的上端喷出。

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实用新型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。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，包括：

燃料室；

预旋组件，所述预旋组件贯穿所述燃料室设置，所述预旋组件包括内管、套设在所述内管上的外管和设在所述内管内的旋流件，所述外管和所述内管之间形成环形通道，所述内管设有第一孔，所述外管设有第二孔，其中，空气经所述内管的第一端进入所述内管，燃料经所述环形通道的第一端进入所述环形通道，所述环形通道内的一部分所述燃料经所述第一孔进入所述内管内以与所述内管内的空气预旋混合，预旋混合后的燃料和空气经所述内管的第二端喷出，所述环形通道内的另一部分所述燃料经所述第二孔排出所述外管；

微混合管，所述微混合管设在所述燃料室内，所述微混合管设有第三孔，其中，空气经所述微混合管的第一端进入所述微混合管，从所述第二孔排出所述外管的所述另一部分燃料经所述第三孔进入所述微混合管内以与所述微混合管内的空气混合，混合后的燃料和空气经所述微混合管的第二端喷出。

2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，沿所述燃料在所述环形通道内的流动方向，所述第一孔位于所述第二孔的上游，从所述第二孔排出所述外管的所述另一部分燃料沿与所述燃料在所述环形通道内的流动方向相反的方向流动进所述第三孔。

3.根据权利要求2所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，还包括调节板，所述调节板将所述燃料室分隔成第一燃料室和第二燃料室，所述调节板上设有多个连通孔，所述预旋组件和所述微混合管分别贯穿所述第一燃料室和所述第二燃料室，所述第三孔与所述第一燃料室连通，所述第二孔与所述第二燃料室连通。

4.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，所述微混合管设有多个，多个微混合管彼此平行。

5.根据权利要求4所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，所述预旋组件与所述微混合管彼此平行。

6.根据权利要求5所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，所述预旋组件包括中心预旋组件和多个外围预旋组件，所述中心预旋组件位于所述燃料室的中心，多个所述外围预旋组件围绕所述中心预旋组件均匀间隔布置。

7.根据权利要求6所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，还包括：

中心支撑管，所述中心预旋组件和一部分所述微混合管设在所述中心支撑管内；

多个隔板，所述隔板的内端与所述中心支撑管的外周壁相连，所述隔板的外端沿所述中心支撑管的径向向外延伸，多个所述隔板围绕所述中心支撑管均匀间隔布置。

8.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，所述旋流件包括中心轴和设在所述中心轴上的多个旋流叶片，相邻所述旋流叶片之间具有旋流通道，所述旋流叶片上设有与所述第一孔连通的燃料孔，所述环形通道内的一部分燃料经所述第一孔进入所述燃料孔并经所述燃料孔喷出，喷出的所述燃料与所述内管内的空气在所述旋流通道内预旋混合。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，还包括第一端板、第二端板和套罩，所述第一端板设在所述套罩的第一端且所述第二端板设在所述套罩的第二端以围出所述燃料室。

10.根据权利要求9所述的用于燃气轮机的微混合喷嘴，其特征在于，所述预旋组件的第二端与所述第二端板的外表面平齐，所述预旋组件的第一端伸出所述第一端板，所述微混合管的第一端与所述第一端板的外表面平齐，所述微混合管的第二端与所述第二端板的外表面平齐。