一种带有切向旋流结构的喷嘴

技术领域

本发明涉及一种带有切向旋流结构的喷嘴，属于热能与动力工程领域。

背景技术

随着贫燃预混低排放燃烧技术在气体燃料燃气轮机上应用日益广泛，燃烧室在低工况易熄火、变工况燃烧稳定性差、容易出现振荡燃烧和燃烧不充分等问题日益凸显，缩减了燃气轮机安全、高效和环保运行的工况范围，严重影响燃气轮机运行的可靠性。

为了提升贫燃预混燃烧室的火焰稳定性，世界先进燃气轮机普遍采用增加值班火焰，持续点燃主燃烧区的方法。稳定有效的值班火焰需要燃烧区气流流量充足、旋流强度高，而组织火焰的值班喷嘴通常都在燃烧室喷嘴中心，空间狭小，不利于通流和安放旋流结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有切向旋流结构的喷嘴，该喷嘴可以在狭小空间内组织起大通量强旋流的流场，解决贫燃预混低排放燃气轮机燃烧不稳定问题，拓宽燃气轮机安全高效运行范围，同时容易加工，减少加工成本。

本发明的技术方案是：

一种带有切向旋流结构的喷嘴，包括燃料主喷嘴、燃料喷射杆、对向错位空气进口、对象错位对向错位双半圆弧切向旋流器和文氏喷管；所述燃料喷射杆通过螺纹连接在燃料主喷嘴的中心管路中，所述对向错位空气进口是在燃料主喷嘴上开两个长孔，所述对向错位双半圆弧切向旋流器连接在文氏喷管沉孔中，所述文氏喷管连接在燃料主喷嘴沉孔中。

所述对向错位空气进口宽度不超过燃料主喷嘴内侧中心管路半径的1/2，对向错位空气进口的外侧与燃料主喷嘴的中心管路相切，该结构使空气流入喷嘴时被预先旋流；

所述对向错位双半圆弧切向旋流器由两个半圆弧挡板错位布置形成，两个挡板缝隙形成上下两个切向进口，对通流气体进行二次旋流，形成强旋流气体；

所述对向错位空气进口和对向错位双半圆弧切向旋流器进口面均为延燃料主喷嘴的中心孔通道轴向布置；

所述燃料喷射杆上有小孔，所述小孔与燃料主喷嘴的中心孔通道连接。

本发明相比现有技术具有以下有益效果：

本发明充分利用值班燃料通道的空间，通过双切向进气，实现在狭窄空间内大流量强旋流组织气体，进而在燃烧室内形成有效稳定的值班火焰，提升燃烧室运行稳定性，具有重要应用价值；

应用本发明的气体燃料喷嘴可以在燃烧区中心形成稳定有效的值班火焰，提高燃烧室内火焰稳定性；本燃料喷嘴直径小，结构简单轻便，可以嵌入燃烧室主喷嘴中心，实现燃气轮机低成本升级改造。

附图说明

图1是本发明的一种带有切向旋流结构喷嘴的示意图；

图2a-b是对向错位双空气进口和对向错位半圆弧切向旋流器剖面结构；

图3是本发明的零件爆炸图；

1-燃料喷射杆；2-对向错位空气进口；3-对向错位双半圆弧切向旋流器；4-文氏喷管；5-燃料主喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明申请作进一步的说明：

一种带有切向旋流结构的喷嘴，主要包括燃料喷射杆、对向错位空气进口、对向错位双半圆弧切向旋流器、文氏喷管；所述燃料喷射杆将气体燃料喷入预混空气中，燃料喷射角度与预混空气流动方向垂直；所述对向错位空气进口引入空气，通过对向错位进口的空气在管路中初步形成旋流；所述对向错位双半圆弧切向旋流器通过两个半圆弧挡板，在狭小管路通道内形成对向错位气体进口，使得空气与燃料混合气体由管路切向流入，强化混合气体旋流程度；所述文氏喷管通过渐缩渐扩通道设计，将旋流气体加速喷入燃烧区，防止强旋流混合气体回火；所述对向错位空气进口和对向错位双半圆弧切向旋流器进口面均为延喷嘴通道的轴向布置，不受通道小直径的限制，可以在小直径管道空间内，实现空气燃料混合气的强旋流，同时较大流量的通流，进而形成稳定有效的值班火焰。所述气体燃料喷嘴的空气进气口为对向错位布置，对向错位空气进口宽度不超过燃料主喷嘴内侧中心管路半径的1/2，对向错位空气进口的外侧与燃料主喷嘴的中心管路相切，该结构可以使空气流入喷嘴时就被预先旋流。所述对向错位双半圆弧切向旋流器，由两个半圆弧挡板错位布置形成，两个挡板缝隙形成上下两个切向进口，可以对通流气体进行二次旋流，形成强旋流气体。该结构简单轻便，易于加工。所述气体燃料喷嘴的流体进口面均为延喷嘴通道的轴向布置，不受通道小直径的限制，可以在实现空气燃料混合气的强旋流，同时较大流量的通流，进而形成稳定有效的值班火焰。

本发明主要包括燃料喷射杆1、对向错位空气进口2、对向错位双半圆弧切向旋流器3、文氏喷管4。

燃料喷射杆1通过螺纹连接在燃料主喷嘴5的中心管路中。在燃料主喷嘴5上图1位置开两个长孔，形成对向错位空气进口2，对向错位空气进口2分别联通燃料主喷嘴5外侧空气和内侧中心管路，对向错位空气进口2宽度不超过燃料主喷嘴5内侧中心管路半径的1/2，对向错位空气进口2的外侧与燃料主喷嘴5的中心管路相切。对向错位双半圆弧切向旋流器3通过焊接连接在文氏喷管4沉孔中，文氏喷管4通过焊接连接在燃料主喷嘴5中心沉孔中。

在需要使用值班路稳定燃烧室内火焰时，燃料通过燃料主喷嘴5的值班燃料管路进入燃料喷射杆1的中心孔通道内，燃料喷射杆1上有多个小孔与中心孔通道连接，燃料通过这些小孔喷射进入燃料主喷嘴5的中心管路内。空气通过燃料主喷嘴5上的对向错位空气进口2进入燃料主喷嘴5的中心管路内，并初步形成旋流。由燃料喷射杆1流出的燃料在燃料主喷嘴5的中心管路内与旋流空气混合，形成混合气体。混合气体通过对向错位双半圆弧切向旋流器3的半圆弧外缘缝隙流入旋流器3的中心区域，混合气体在此流动过程被强化旋流。强旋流混合气体通过文氏喷管4的缩放通道加速喷出，形成单向强旋流混合气流场。混合气体被点燃后形成稳定有效的值班火焰，值班火焰可以持续点燃燃烧室内燃料，避免燃烧室在低工况熄火或出现振荡燃烧，拓宽燃气轮机高效稳定运行工况范围。