一种适用于燃气轮机燃烧室的旋流喷嘴装置的制作方法

[0001]
本发明属于燃气轮机技术领域，尤其涉及一种适用于燃气轮机燃烧室的旋流喷嘴装置。


背景技术：

[0002]
燃气轮机作为一种高效能源转换装置，被广泛应用于工业领域。燃气轮机燃料喷嘴作为燃烧室的核心部件之一，在燃机小修、中修、大修以及燃烧室部件损坏时需更换。目前，在役燃气轮机多采用dln旋流喷嘴(或dln燃烧器)主要包括喷嘴外罩、喷嘴中心体、喷嘴旋流叶片、清吹管等部件，且喷嘴旋流叶片安装在喷嘴中心体上。其中，喷嘴外罩、喷嘴中心体和旋流叶片构成环形通道，压缩空气由喷嘴上游进入环形通道，在环形通道内流动；喷嘴中心体内部设有预混和扩散燃料通道；旋流叶片内部设有预混燃料腔，与喷嘴中心体内部的预混燃料供给通道联通，旋流叶片表面设有燃料孔，且与预混燃料腔联通，预混燃料经喷嘴中心体的预混燃料通道注入旋流叶片的预混燃料腔，并通过旋流叶片表面的燃料孔喷射进入环形腔，在旋流叶片下游的预混段内与压缩空气进行预混，再喷射进入燃烧室燃烧。扩散燃料则通过扩散喷嘴中心体内部对的通道，经中心体头部的扩散旋流通道喷射进入燃烧室。
[0003]
在役燃机燃烧室的旋流喷嘴存在如下问题：1)喷嘴旋流叶片为空心叶片，其内部设置有燃料腔、扩散空气腔，且旋流叶片上设置有燃料孔，旋流叶片加工工艺复杂，造成旋流喷嘴设计加工难度大、成本高；2)除喷嘴内芯，喷嘴各个部件以焊接，或者紧密配合的方式连接成一体，燃机小修、中修和大修每次更换燃烧室旋流喷嘴时，不论旋流喷嘴热端和冷端部件是否损坏，其必须整体维修或者更换，燃机发电企业每年需额外花费大量的费用。


技术实现要素：

[0004]
为解决在役燃气轮机燃烧室燃料喷嘴中心体加工难度大、且更换维护费用较高等问题，本发明提供了一种适用于燃气轮机燃烧室的旋流喷嘴装置。
[0005]
本发明采用如下技术方案来实现的：
[0006]
一种适用于燃气轮机燃烧室的旋流喷嘴装置，包括扩散空气腔、扩散燃料腔、喷嘴外罩、预混旋流组件、扩散旋流组件和喷嘴内芯；其中，扩散空气腔、扩散燃料腔和喷嘴外罩依次相连，喷嘴内芯位于在扩散旋流组件内部，扩散旋流组件位于在预混旋流组件内部，预混旋流组件位于喷嘴外罩内部；喷嘴内芯采用位于喷嘴内芯前端的喷嘴内芯压条安装在扩散旋流端盖上；扩散旋流组件与扩散燃料腔采用扩散旋流组件的扩散燃料端盖上端的内螺纹实现连接；预混旋流组件与扩散燃料腔依靠扩散燃料腔下端的外螺纹与位于预混旋流组件的预混旋流组件前腔上端的外螺纹紧密连接；喷嘴外罩和扩散燃料腔依靠喷嘴外罩上的法兰和扩散燃料腔端盖实现紧密连接；
[0007]
扩散空气腔带有扩散空气进气孔、扩散燃料腔带有扩散燃料进气孔，喷嘴外罩带有预混空气进气孔和预混燃料进气孔，预混旋流组件带有旋流叶片，扩散燃料腔、预混旋流
组件与喷嘴外罩共同组成预混旋流通道，扩散旋流组件带有扩散旋流通道，扩散燃料腔、扩散旋流组件与预混旋流组件共同组成扩散燃料通道，扩散空气腔、喷嘴内芯与扩散旋流组件共同组成扩散空气通道。
[0008]
本发明进一步的改进在于，扩散空气腔的扩散空气端盖中心处带有扩散空气进气孔。
[0009]
本发明进一步的改进在于，扩散燃料腔端盖预留有压舌板，用于进一步固定喷嘴内芯压条，实现喷嘴内芯与扩散旋流组件之间的紧密连接，确保喷嘴内芯不松动。
[0010]
本发明进一步的改进在于，扩散燃料腔端盖下端预留有下凹的密封槽，喷嘴外罩的法兰上预留有上凸的密封圈，密封槽和密封圈配合使用，加强扩散燃料腔端盖与喷嘴外罩的法兰之间的密封。
[0011]
本发明进一步的改进在于，扩散燃料进气孔沿扩散燃料端盖圆周切向均布有多个。
[0012]
本发明进一步的改进在于，喷嘴外罩的周向上设置有预混空气集气腔和预混燃料集气腔。
[0013]
本发明进一步的改进在于，预混空气进气孔沿预混空气集气腔圆周切向均置有多个。
[0014]
本发明进一步的改进在于，预混燃料进气孔沿预混燃料集气腔圆周切向均置有多个。
[0015]
本发明进一步的改进在于，喷嘴外罩的喷嘴外壳与预混燃料集气腔之间，以及喷嘴外壳和预混燃料集气腔之间均开设有小孔，且小孔采用密布的蜂窝孔。
[0016]
本发明进一步的改进在于，旋流喷嘴工作时，扩散空气由扩散空气腔上的扩散空气进气孔注入喷嘴，经由扩散空气腔、扩散旋流组件以及喷嘴内芯组成的扩散空气通道注入燃烧室，并与扩散燃料混合、燃烧；扩散燃料由扩散燃料腔上的扩散燃料进气孔注入喷嘴，经由扩散燃料腔、扩散旋流组件以及预混旋流组件组成的扩散燃料通道注入燃烧室，并与扩散空气和预混空气混合、形成适合扩散燃烧的流场条件；预混空气先由喷嘴外罩上的预混空气进气孔注入预混空气集气腔，再由位于喷嘴外壳上与预混空气集气腔之间的小孔注入喷嘴，在由喷嘴外罩和预混旋流组件组成的预混通道内与预混燃料混合，并注入燃烧室燃烧；预混燃料由喷嘴外罩上的预混燃料进气孔先注入预混燃料集气腔，再由位于喷嘴外壳上与预混燃料集气腔之间的小孔注入喷嘴，在由喷嘴外罩和预混旋流组件组成的预混通道内与预混空气混合，并注入燃烧室形成适合预混燃烧的流场条件。
[0017]
本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0018]
本发明提供的一种适用于燃气轮机燃烧室的旋流喷嘴装置，包括扩散空气腔、扩散燃料腔、喷嘴外罩、预混旋流组件、扩散旋流组件和喷嘴内芯等部件。其中，扩散空气腔与扩散燃料腔相连，且扩散空气腔带有扩散空气进气孔、扩散燃料腔带有扩散燃料进气孔。喷嘴外罩和扩散燃料腔相连，且喷嘴外罩带有预混空气进气孔和预混燃料进气孔。预混旋流组件位于喷嘴外罩内部，与扩散燃料腔相连，且预混旋流组件带有旋流叶片；另外扩散燃料腔、预混旋流组件与喷嘴外罩共同组成预混旋流通道，预混燃料、预混空气在预混旋流通道内混合、并喷射进入燃烧室。扩散旋流组件位于预混旋流组件内部，与扩散腔相连，且扩散旋流组件带有扩散旋流通道；另外扩散燃料腔、扩散旋流组件与预混旋流组件共同组成扩
散燃料通道，扩散燃料经扩散旋流通道喷射进入燃烧室与注入燃烧室的空气混合、燃烧。喷嘴内芯位于扩散旋流组件内部，与扩散燃料腔相连；另外，扩散空气腔、喷嘴内芯与扩散旋流组件共同组成扩散空气通道，扩散空气经扩散旋流通道喷射进入燃烧室与注入燃烧室的扩散燃料混合、燃烧。
附图说明
[0019]
图1为本发明的系统结构示意图。
[0020]
图2为本发明中旋流喷嘴的剖面图。
[0021]
图3为本发明中扩散空气腔的剖面图。
[0022]
图4为本发明中扩散燃料腔的剖面图。
[0023]
图5为本发明中喷嘴外罩的剖面图。
[0024]
图6为本发明中预混旋流组件的剖面图。
[0025]
图7为本发明中扩散旋流组件的剖面图。
[0026]
图8为本发明中喷嘴内芯的剖面图。
[0027]
图9为本发明实施例示意图。
[0028]
附图标记说明：
[0029]
1扩散空气腔；1-1扩散空气腔端盖；1-2扩散空气进气孔；2扩散燃料腔；2-1扩散燃料腔端盖；2-2扩散燃料进气孔；3喷嘴外罩；3-1喷嘴外罩法兰；3-2预混空气进气孔；3-3预混燃料进气孔；3-4预混空气集气腔；3-5预混燃料集气腔；3-6喷嘴外壳；4预混旋流组件；4-1预混旋流组件前腔；4-2旋流叶片；4-3预混旋流内管；5扩散旋流组件；5-1扩散旋流端盖；5-2扩散内管；5-3扩散旋流喷头；6喷嘴内芯；6-1喷嘴内芯压条；6-2喷嘴内芯杆。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步描述，但本发明不限于此实施例。
[0031]
本发明的应用领域是如图4所示的燃气轮机旋流喷嘴。如图1至图9所示，本发明提供的一种适用于燃气轮机燃烧室的旋流喷嘴装置，包括喷嘴扩散空气腔1、扩散燃料腔2、喷嘴外罩3、预混旋流组件4、扩散旋流组件5以及喷嘴内芯6。
[0032]
其中，扩散空气腔1与扩散燃料腔2相连、扩散燃料腔2和喷嘴外罩3相连，且喷嘴内芯6位于在扩散旋流组件5内部，扩散旋流组件5位于在预混旋流组件4内部，预混旋流组件4位于喷嘴外罩3内部；喷嘴内芯6带有喷嘴内芯压条6-1和喷嘴内芯杆6-2，且喷嘴内芯压条6-1布置在喷嘴内芯杆6-2前端；喷嘴内芯压条6-1安装在扩散旋流端盖5-1上端的压槽内，以实现喷嘴内芯6和扩散旋流组件5之间的紧密配合连接；扩散旋流组件5带有扩散旋流端盖5-1、扩散内管5-2和扩散旋流喷头5-3，且扩散旋流端盖5-1位于扩散内管5-2前端、扩散旋流喷头5-3位于扩散内管5-2下游；扩散旋流组件5与扩散燃料腔2依靠扩散燃料端盖5-1上端的内螺纹实现紧密配合连接；
[0033]
预混旋流组件4带有预混旋流组件前腔4-1、旋流叶片4-2和预混旋流内管4-3，且预混旋流叶片4-2周向均布在预混旋流内管4-3的外壁面上；预混旋流组件4与扩散燃料腔2依靠扩散燃料端盖2-1下端的外螺纹与预混旋流组件前腔4-1上端的外螺纹紧密配合连接；
[0034]
喷嘴外罩3带有喷嘴外罩法兰3-1、预混空气进气孔3-2和预混燃料进气孔3-3；喷
嘴外罩3和扩散燃料腔2依靠喷嘴外罩法兰3-1和扩散燃料腔端盖2-1实现紧密配合连接。
[0035]
扩散空气腔1的扩散空气端盖1-1中心处带有扩散空气进气孔1-2；扩散燃料腔2的扩散燃料端盖2-1带有扩散燃料进气孔2-2；扩散燃料腔2、预混旋流组件4与喷嘴外罩3共同组成预混旋流通道，扩散旋流组件4带有扩散旋流通道，扩散燃料腔2、扩散旋流组件5与预混旋流组件4共同组成扩散燃料通道，扩散空气腔1、喷嘴内芯6与扩散旋流组件5共同组成扩散空气通道。
[0036]
旋流喷嘴工作时，扩散空气由扩散空气腔1上的扩散空气进气孔1-2注入喷嘴，经由扩散空气腔1、扩散旋流组件5以及喷嘴内芯6组成的扩散空气通道，由扩散旋流喷头5-3导流形成旋流注入燃烧室，并与扩散燃料混合、燃烧；扩散燃料由扩散燃料腔上2的扩散燃料进气孔2-2注入喷嘴，经由扩散燃料腔2、扩散旋流组件5以及预混旋流组件4组成的扩散燃料通道，由扩散旋流喷头5-3导流形成旋流注入燃烧室，并与扩散空气和预混空气混合、形成适合扩散燃烧的流场条件；预混空气先由喷嘴外罩3上的预混空气进气孔3-2注入预混空气集气腔3-4，再由位于喷嘴外壳3-6上与预混空气集气腔3-4之间的小孔注入喷嘴，在旋流叶片4-2上游与预混燃料初步混合，并由旋流叶片4-2导流形成旋流，在由喷嘴外罩3和预混旋流组件4组成的预混通道内与预混燃料混合，注入燃烧室燃烧；预混燃料由喷嘴外罩3上的预混燃料进气孔3-3先注入预混燃料集气腔3-5，再由位于喷嘴外壳3-6上与预混燃料集气腔3-5之间的小孔注入喷嘴，在旋流叶片4-2上游与预混空气初步混合，并由旋流叶片4-2导流形成旋流，在由喷嘴外罩3和预混旋流组件4组成的预混通道内与预混空气混合，注入燃烧室形成适合预混燃烧的流场条件。
[0037]
优选的，扩散燃料端盖2-1上可预留压舌，在扩散燃料腔2和扩散旋流组件5连接时，通过压舌进一步压紧固定在扩散旋流端盖5-1内的喷嘴内芯压条6-2，实现喷嘴内芯6与扩散旋流组件5之间的紧密连接，确保喷嘴内芯6不会松动。
[0038]
优选的，扩散燃料端盖2-1下端可预留下凹的密封槽、喷嘴外罩法兰3-1上可预留上凸的密封圈，进一步加强扩散燃料端盖2-1与喷嘴外罩法兰3-1之间的密封。
[0039]
优选的，扩散燃料进气孔2-2可沿扩散燃料端盖2-1圆周切向均布多个，在保障扩散燃料流量的同时，降低扩散燃料流阻，并在燃料进入扩散燃料进气通道之前形成预旋流，以增加扩散燃料湍流度，促进扩散燃料和空气之间的混合。
[0040]
优选的，预混空气进气孔3-2可沿预混空气集气腔3-4圆周切向均置多个，在保障预混空气流量的同时，降低预混空气流阻，并在预混空气进入预混空气进气通道之前形成预旋流，以增加预混空气湍流度，促进预混空气和预混燃料之间的混合。
[0041]
优选的，预混燃料进气孔3-3可沿预混燃料集气腔3-5圆周切向均置多个，在保障预混燃料流量的同时，降低预混燃料流阻，并在预混燃料进入预混燃料进气通道之前形成预旋流，以增加预混燃料的湍流度，促进预混燃料和预混空气之间的混合。
[0042]
优选的，位于沿喷嘴外壳3-6和预混空气集气腔3-4之间的小孔、位于沿喷嘴外壳3-6和预混燃料集气腔3-5之间的小孔，可采用密布的蜂窝孔代替，以保障预混空气和燃料流量，并促进预混空气和预混燃料均匀的注入旋流喷嘴预混通道。
[0043]
实施例
[0044]
如图9所示，本发明提供的一种适用于燃气轮机的旋流喷嘴，包括喷嘴扩散空气腔1、扩散燃料腔2、喷嘴外罩3、预混旋流组件4、扩散旋流组件5以及喷嘴内芯6。其中，扩散空
气腔1与扩散燃料腔2相连、扩散燃料腔2和喷嘴外罩3相连，且喷嘴内芯6位于在扩散旋流组件5内部，扩散旋流组件5位于在预混旋流组件4内部，预混旋流组件4位于喷嘴外罩3内部；喷嘴内芯压条6-2安装在扩散旋流端盖5-1上端的压槽内；扩散旋流组件5与扩散燃料腔2依靠扩散燃料端盖5-1上端的内螺纹实现紧密配合连接；预混旋流组件4与扩散燃料腔2依靠扩散燃料端盖2-1下端的外螺纹与预混旋流组件前腔4-1上端的外螺纹紧密配合连接；喷嘴外罩3和扩散燃料腔2依靠喷嘴外罩法兰3-1和扩散燃料腔端盖2-1实现紧密配合连接。
[0045]
旋流喷嘴工作时，扩散空气由扩散空气腔1上的2扩散空气进气孔1-2注入喷嘴，经由扩散空气腔1、扩散旋流组件5以及喷嘴内芯6组成的扩散空气通道，并经扩散旋流喷头5-3导流形成旋流注入燃烧室，与扩散燃料混合、燃烧；扩散燃料由扩散燃料腔上2的扩散燃料进气孔2-2注入喷嘴，经由扩散燃料腔2、扩散旋流组件5以及预混旋流组件4组成的扩散燃料通道，并经扩散旋流喷头5-3导流形成旋流注入燃烧室，与扩散空气和预混空气混合、形成适合扩散燃烧的流场条件；预混空气先由喷嘴外罩3上的预混空气进气孔3-2注入预混空气集气腔3-4，再由位于喷嘴外壳3-6上与预混空气集气腔之间的小孔注入喷嘴，在由喷嘴外罩3和预混旋流组件4组成的预混通道内与预混燃料混合，并注入燃烧室燃烧；预混燃料由喷嘴外罩3上的预混燃料进气孔3-3先注入预混燃料集气腔3-5，再由位于喷嘴外壳3-6上与预混燃料集气腔3-5之间的小孔注入喷嘴，在由喷嘴外罩3和预混旋流组件4组成的预混通道内与预混空气混合，并注入燃烧室形成适合预混燃烧的流场条件。
[0046]
优选的，扩散燃料端盖2-1上可预留压舌，在扩散燃料腔2和扩散旋流组件5连接时，通过压舌进一步压紧固定在扩散旋流端盖5-1内的喷嘴内芯压条6-2，实现喷嘴内芯6与扩散旋流组件5之间的紧密连接，确保喷嘴内芯6不会松动。
[0047]
优选的，扩散燃料端盖2-1下端可预留下凹的密封槽、喷嘴外罩法兰3-1上可预留上凸的密封圈，进一步加强扩散燃料端盖2-1与喷嘴外罩法兰3-1之间的密封。
[0048]
优选的，扩散燃料进气孔2-2可沿扩散燃料端盖2-1圆周切向均布4个，在保障扩散燃料流量的同时，降低扩散燃料流阻，并在燃料进入扩散燃料进气通道之前形成预旋流，以增加扩散燃料湍流度，促进扩散燃料和空气之间的混合。
[0049]
优选的，预混空气进气孔3-2可沿预混空气集气腔3-4圆周切向均置8个，孔径介于12mm～18mm，在保障预混空气流量的同时，降低预混空气流阻，并在预混空气进入预混空气进气通道之前形成预旋流，以增加预混空气湍流度，促进预混空气和预混燃料之间的混合。
[0050]
优选的，预混燃料进气孔3-3可沿预混燃料集气腔3-5圆周切向均置4个，孔径介于6mm～10mm，在保障预混燃料流量的同时，降低预混燃料流阻，并在预混燃料进入预混燃料进气通道之前形成预旋流，以增加预混燃料的湍流度，促进预混燃料和预混空气之间的混合。
[0051]
优选的，位于沿喷嘴外壳3-6和预混空气集气腔3-4之间的小孔、位于沿喷嘴外壳3-6和预混燃料集气腔3-5之间的小孔，可采用密布的蜂窝孔代替，且等效孔径介于4mm～6mm，以保障预混空气和燃料流量，并促进预混空气和预混燃料均匀的注入旋流喷嘴预混通道。

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