防回火喷嘴及燃氢燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃氢燃气轮机技术领域，尤其涉及一种防回火喷嘴及燃氢燃气轮机。

背景技术

安全可靠性是未来低碳能源系统发展过程需要面临的主要挑战，大规模可再生能源并网需要大容量高度灵活电源的补充。燃氢燃气轮机的应用可以提高可再生能源率、平复电网波动，减少CO

为了降低燃烧中NO

发明内容

本发明的目的在于提供一种防回火喷嘴及燃氢燃气轮机，回火危险性低，安全性高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面提供了一种防回火喷嘴，所述防回火喷嘴与火焰筒连通，包括：

壳体，所述壳体内部设有用于混合燃料流动的介质腔室，所述壳体的内壁上还开设有特斯拉阀通道和活塞滑道，所述特斯拉阀通道的入口与所述介质腔室连通，所述特斯拉阀通道的出口与所述活塞滑道连通；

活塞组件，所述活塞组件包括隔离盘和活塞板，所述隔离盘可滑动地设于所述介质腔室中，并将所述介质腔室分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室用于通入所述混合燃料，所述火焰筒和所述特斯拉阀通道的所述入口均与所述第二腔室连通，所述活塞板与所述隔离盘连接，并在所述活塞滑道中随所述隔离盘同步滑动。

可选地，所述活塞组件还包括滑板、第一弹性件和弹片，所述滑板可滑动地设于所述第一腔室中，所述弹片设于所述第一腔室的内壁，所述滑板背离所述隔离盘的一侧与所述弹片抵接，所述第一弹性件被夹设于所述滑板和所述隔离盘之间。

可选地，所述滑板靠近所述弹片的一侧设有滑动斜面，所述滑动斜面与所述弹片抵接。

可选地，所述活塞组件还包括防护套，所述防护套套设于所述第一弹性件的外侧。

可选地，所述活塞组件还包括至少一个旋转杆和螺旋叶片，至少一个所述旋转杆穿设在所述隔离盘上，所述旋转杆随所述隔离盘的滑动而旋转，所述旋转杆位于所述第二腔室的部分上连接有所述螺旋叶片，所述螺旋叶片用于驱动所述混合燃料向靠近所述隔离盘的方向流动。

可选地，所述旋转杆位于所述第一腔室的部分上开设有螺旋凹槽，所述隔离盘上开设有与所述旋转杆对应的旋转通孔，所述活塞组件还包括驱动杆，所述驱动杆一端固设于所述旋转通孔的内壁上，所述驱动杆的另一端可滑动地设于所述螺旋凹槽内。

可选地，所述活塞组件还包括第一密封板、受力板和第二弹性件，所述第一密封板可滑动地设于所述特斯拉阀通道的所述入口处，所述第一密封板具有开启位和封闭位，当所述第一密封板处于开启位时，所述特斯拉阀通道与所述介质腔室连通，当所述第一密封板处于封闭位时，所述特斯拉阀通道与所述介质腔室分断，所述受力板连接于所述第一密封板朝向所述旋转杆的一侧，所述旋转杆上设有与所述受力板抵接的打击凸起，所述旋转杆用于驱动所述第一密封板从所述封闭位向所述开启位滑动，所述第二弹性件被夹设于所述第一密封板和所述介质腔室的所述内壁之间，所述第二弹性件被配置为使所述第一密封板具有始终由所述开启位向所述封闭位滑动的运动趋势。

可选地，所述活塞组件还包括第二密封板和第三弹性件，所述隔离盘开设有连通所述第一腔室和所述第二腔室的介质流道，所述介质流道的入口位于所述第一腔室中，所述介质流道的出口位于所述第二腔室中，所述第二密封板可滑动地设于所述介质流道中，并用于封闭所述介质流道的所述入口，所述第三弹性件设于所述隔离盘内，被配置为使所述第二密封板具有始终远离所述介质流道的所述入口的运动趋势。

可选地，所述活塞组件还包括密封件，所述密封件被夹设于所述活塞板和所述活塞滑道的内壁之间。

另一方面，提供了一种燃氢燃气轮机，所述燃氢燃气轮机包括如上任一项所述的防回火喷嘴。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种防回火喷嘴，通过在壳体的内壁上设置与介质腔室连通的特斯拉阀通道和活塞滑道，使得当发生回火，回火的冲击力推动隔离盘带动活塞板在活塞滑道中滑动，在特斯拉阀通道的入口形成低压区域，将混合燃料吸入，降低第二腔室中混合燃料的浓度，从而减小回火，并且还可以将回火的火焰吸入到特斯拉阀通道中，利用特斯拉阀通道的结构特性，使得回火的火焰在流动的过程中，相互冲抵，从而消除回火，以达到降低回火危险性的目的。

本发明还提供了一种燃氢燃气轮机，通过将上述的防回火喷嘴连接在火焰筒上，在发生回火时，利用防回火喷嘴消除回火，从而对燃氢燃气轮机中无冷却部件进行防护，减少回火的损害，提高燃氢燃气轮机的使用安全性。

附图说明

图1是本发明的防回火喷嘴与火焰筒的连接示意图；

图2是本发明的防回火喷嘴的第一视角剖视图；

图3是图2中A部分的放大图；

图4是图2中B部分的放大图；

图5是本发明的防回火喷嘴的第二视角剖视图。

图中：

100、火焰筒；

1、壳体；11、介质腔室；111、第一腔室；112、第二腔室；12、特斯拉阀通道；13、筒体；14、前端盖；141、介质进口；15、后端盖；151、介质出口；16、方孔；

2、活塞组件；201、隔离盘；202、活塞板；203、滑板；204、第一弹性件；205、弹片；206、拉杆；207、推杆；208、防护套；209、旋转杆；2091、螺旋凹槽；2092、打击凸起；210、螺旋叶片；211、驱动杆；212、第一密封板；213、受力板；214、第二弹性件；215、第二密封板；216、第三弹性件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

为了降低回火的危险性，提高设备的安全性，本实施例提供了一种防回火喷嘴，该防回火喷嘴与火焰筒100连通。

如图1至图5所示，该防回火喷嘴包括壳体1和活塞组件2，壳体1内部设有用于混合燃料流动的介质腔室11，壳体1的内壁上还开始有特斯拉阀通道12和活塞滑道，特斯拉阀通道12的入口与介质腔室11连通，特斯拉阀通道12的出口与活塞滑道连通，活塞组件2包括隔离盘201和活塞板202，隔离盘201可滑动地设于介质腔室11中，并将介质腔室11分隔为第一腔室111和第二腔室112，第一腔室111用于通入混合燃料，火焰筒100和特斯拉阀通道12的入口均与第二腔室112连通，活塞板202与隔离盘201连接，并在活塞滑道中随隔离盘201同步滑动。

通过在壳体1的内壁上设置与介质腔室11连通的特斯拉阀通道12和活塞滑道，使得当发生回火，回火的冲击力推动隔离盘201带动活塞板202在活塞滑道中滑动，在特斯拉阀通道12的入口形成低压区域，将混合燃料吸入，降低第二腔室112中混合燃料的浓度，从而减小回火，并且还可以将回火的火焰吸入到特斯拉阀通道12中，利用特斯拉阀通道12的结构特性，使得回火的火焰在流动的过程中，相互冲抵，从而消除回火，以达到降低回火危险性的目的。

在本实施例中，壳体1包括筒体13、前端盖14和后端盖15，前端盖14和后端盖15分别盖设在筒体13的两侧，从而构成具有介质腔室11的壳体1，当隔离盘201放置在介质腔室11中，隔离盘201与前端盖14之间围成的空间为第一腔室111，其中前端盖14上开设有与第一腔室111连通的介质进口141，隔离盘201与后端盖15之间围成的空间为第二腔室112，并且后端盖15上开设有与第二腔室112连通的介质出口151，火焰筒100通过介质出口151与第二腔室112连通。并且为了方便加工制造，在本实施例中，筒体13可以采用一体成型工艺，在筒体13成型时，直接将特斯拉阀通道12和活塞滑道制造出来，从而避免后续单独对筒体13进行加工，降低了制造难度和制造成本。

除此之外，在壳体1内壁上开设的特斯拉阀通道12和与特斯拉阀通道12连通的活塞滑道可以根据需要设置多个，从而加快消除回火的效率，在本实施例中，壳体1内壁上开设有两组特斯拉阀通道12和活塞滑道，每个活塞滑道中均对应设置有一个活塞板202，两个活塞板202均连接在隔离盘201上，使得隔离盘201在回火冲击力的推动下，同时带动两个活塞板202一起在各自的活塞滑道中滑动，使得容积变大，降低对应活塞滑道和特斯拉阀通道12中空气的压力，使得在特斯拉阀通道12的入口处形成低压区域，从而将第二腔室112中的混合燃料吸入，降低第二腔室112中混合燃料的浓度，以达到减小回火的目的，并且还可以同时将回火的火焰吸入特斯拉阀通道12中，利用特斯拉阀通道12的结构特性，使得回火的火焰在流动的过程中，相互冲抵，从而消除回火，以达到降低回火危险性的目的。

可选地，如图5所示，活塞组件2还包括滑板203、第一弹性件204和弹片205，滑板203可滑动地设于第一腔室111中，弹片205设于第一腔室111的内壁，滑板203背离隔离盘201的一侧与弹片205抵接，第一弹性件204被夹设于滑板203和隔离盘201之间。通过在隔离盘201的两侧分别设置第一弹性件204和弹片205，使得隔离盘201在受到回火的冲击时，由于弹片205对隔离盘201的阻力，使得隔离盘201会首先压缩与滑板203之间的第一弹性件204，待冲击力与第一弹性件204的弹力之和大于弹片205对隔离盘201的阻力时，隔离盘201挤压弹片205，使得弹片205变形，从而不再阻挡隔离盘201，隔离盘201在冲击力和弹力的作用下，急速带动活塞板202在活塞滑道中滑动，从而增大特斯拉阀通道12的入口对混合燃料和回火的吸力。

由于在本实施例中，设置有两个活塞板202，为了保证隔离盘201同时带动两个活塞盘运动，活塞组件2还包括两个拉杆206，滑板203的两端分别通过其中一个拉杆206与对应的活塞板202连接，从而实现隔离盘201与活塞板202的联动。其联动结构相对简单，排布清晰，制造组装和维护的成本相对较低，经济效益较高。并且为了方便第一弹性件204连接滑板203和隔离盘201，活塞组件2还包括推杆207，推杆207连接在滑板203上，第一弹性件204的一端与隔离盘201连接，第一弹性件204的另一端与推杆207连接。

可选地，滑板203靠近弹片205的一侧设有滑动斜面，滑动斜面与弹片205抵接。通过在滑板203靠近弹片205的一侧设置与弹片205抵接的滑动斜面，从而便于滑板203在冲击力和第一弹性件204弹力的作用下挤压弹片205发生变形。在本实施例中，第一弹性件204为弹簧，弹片205为圆弧形具有弹性的金属片。

进一步地，如图1、图2、图5所示，活塞组件2还包括防护套208，防护套208套设于第一弹性件204的外侧。由于介质腔室11中存在混合燃料，通过在第一弹性件204的外侧设置防护套208，从而避免混合燃料腐蚀第一弹性件204。在本实施例中，防护套208的一端连接在推杆207上，另一端连接在隔离盘201上。

可选地，如图1、图2所示，活塞组件2还包括至少一个旋转杆209和螺旋叶片210，至少一个旋转杆209穿设在隔离盘201上，旋转杆209随隔离盘201的滑动而旋转，旋转杆209位于第二腔室112的部分上连接有螺旋叶片210，螺旋叶片210用于驱动混合燃料向靠近隔离盘201的方向流动。当回火的冲击力推动隔离盘201滑动时，此时旋转杆209在隔离盘201的驱动下，带动螺旋叶片210旋转，从而使位于第二腔室112中的混合燃料向靠近隔离盘201的方向流动，与火焰筒100中的混合燃料分离，从而起到减小回火的作用。

在本实施例中，隔离盘201上穿设有两个旋转杆209，当回火冲击力推动隔离板滑动时，同时带动两个螺旋叶片210旋转，从而增强对混合燃料驱动的力度。其中为了加强对两个旋转杆209的固定强度，前端盖14和后端盖15上均开设有与旋转杆209对应的圆槽，旋转杆209的一端插设在前端盖14的圆槽中，另一端依次穿过滑板203、隔离盘201最后插入到后端盖15的圆槽中，其中圆槽的孔径略大于旋转杆209的杆径，从而使得旋转杆209可以在圆槽中正常旋转。除此之外，螺旋叶片210与旋转杆209可以是分体设计，将螺旋叶片210后续通过连接结构固定连接在旋转杆209上，也可以直接在加工旋转杆209时直接将螺旋叶片210的结构加工出来，从而简化了后续装配的步骤。

进一步地，如图2、图3所示，旋转杆209位于第一腔室111的部分上开设有螺旋凹槽2091，隔离盘201上开设有与旋转杆209对应的旋转通孔，活塞组件2还包括驱动杆211，驱动杆211一端固设于旋转通孔的内壁上，驱动杆211的另一端可滑动地设于螺旋凹槽2091内。使得当驱动杆211随隔离盘201滑动时，由于驱动杆211的无法旋转，因此当驱动杆211沿着螺旋凹槽2091中滑动时，旋转杆209便会随着隔离盘201的滑动而受力旋转，从而实现隔离盘201与旋转杆209的联动。通过利用回火的冲击力带动旋转杆209的旋转，无需额外设置驱动旋转杆209旋转的动力件，从而降低了成本，提高了能量利用率。在本实施例中，通过对螺旋凹槽2091的长度设计，也可以起到限位的作用，避免隔离盘201滑动超限，导致装置损坏。

可选地，如图1、图2、图4所示，活塞组件2还包括第一密封板212、受力板213和第二弹性件214，第一密封板212可滑动地设于特斯拉阀通道12的入口处，第一密封板212具有开启位和封闭位，当第一密封板212处于开启位时，特斯拉阀通道12与介质腔室11连通，当第一密封板212处于封闭位时，特斯拉阀通道12与介质腔室11分断，受力板213连接于第一密封板212朝向旋转杆209的一侧，旋转杆209上设有与受力板213抵接的打击凸起2092，旋转杆209用于驱动第一密封板212从封闭位向开启位滑动，第二弹性件214被夹设于第一密封板212和介质腔室11的内壁之间，第二弹性件214被配置为使第一密封板212具有始终由开启位向封闭位滑动的运动趋势。通过在特斯拉阀通道12的入口处设置第一密封板212，使其在第二弹性件214和旋转杆209的驱动下，实现特斯拉阀通道12入口的开闭，当只有发生回火时，第一密封板212才在旋转杆209的带动下开启特斯拉阀通道12的入口，而未发生回火时，第一密封板212便会在第二弹性件214的驱动下保持特斯拉阀通道12的入口的封闭，从而避免混合燃料进入到特斯拉阀通道12中。

在本实施例中，在壳体1的内壁上开设有方孔16，方孔16用于连通特斯拉阀通道12的入口和介质腔室11，第一密封板212可滑动地设置在方孔16的与介质腔室11连通的交界处，其中第一密封板212上开设有方槽，当第一密封板212处于开启位时，方孔16通过方槽与介质腔室11连通，当第一密封板212处于封闭位时，第一密封板212的板体将方孔16封闭，隔绝方孔16和介质腔室11。并且在旋转杆209上设置有多个间隔设置的打击凸起2092，使得当旋转杆209旋转时，通过打击凸起2092不断击打受力板213，使得受力板213会不断拉动第一密封板212滑动，从而让第一密封板212上的方槽不断与方孔16重合，实现更好的阻断效果。

可选地，如图1、图5所示，活塞组件2还包括第二密封板215和第三弹性件216，隔离盘201开设有连通第一腔室111和第二腔室112的介质流道，介质流道的入口位于第一腔室111中，介质流道的出口位于第二腔室112中，第二密封板215可滑动地设于介质流道中，并用于封闭介质流道的入口，第三弹性件216设于隔离盘201内，被配置为使第二密封板215具有始终远离介质流道的入口的运动趋势。通过设置在隔离盘201上设置第二密封板215，使得回火的冲击力作用在隔离盘201和第二密封板215上时，第二密封板215在介质流道中滑动，最后抵接在介质流道的入口处，将介质流道的入口封闭，将隔离盘201进行封闭，从而起到阻挡回火的作用。

在本实施例中，为了保证混合燃料的流动速度，在隔离盘201上开设有两个圆弧形的介质通道，因此对应的设置有两个圆弧形的第二密封板215，并且为了实现第二密封板215将介质流道的入口封闭，第二密封板215的面积大于介质流道入口的开口面积，为了保证混合燃料能够顺利穿过隔离盘201从第一腔室111流到第二腔室112中，介质流道出口的开口面积大于第二密封板215的面积，当第二密封板215未收到外力时，第二密封板215在第三弹性件216的作用下位于介质流道的出口中，混合燃料从第二密封板215与介质流道出口之间的缝隙流通。

可选地，活塞组件2还包括密封件，密封件被夹设于活塞板202和活塞滑道的内壁之间。通过在活塞板202和活塞滑道之间设置密封件，从而保证活塞滑道中的气密性，避免活塞板202与活塞滑道之间的间隙导致漏气，无法在特斯拉阀通道12的入口处产生吸力。

在实际工作中，当发生回火时，回火的冲击力，会作用在隔离盘201和第二密封板215上，第二密封板215会在冲击力的作用下挤压第三弹性件216，并将介质流道的入口进行封堵，使得隔离盘201封闭，此时隔离盘201在冲击力的作用下，压缩第一弹性件204，向靠近第一腔室111的方向滑动，并在滑动的同时，隔离盘201旋转通孔中的驱动杆211沿着旋转杆209上的螺旋凹槽2091滑动，驱动旋转杆209旋转，从而带动位于第二腔室112中的螺旋叶片210旋转，将混合燃料反向输送，将混合燃料与火焰筒100中的混合燃料分隔，减小回火。并且旋转杆209旋转的同时，还会带动旋转杆209外侧的打击凸起2092旋转，打击凸起2092作用在受力板213上，带动第一密封板212压缩第二弹性件214，从而使第一密封板212上的方槽与方孔16连通，打开方孔16，此时隔离盘201在冲击力的作用下进一步的向靠近第一腔室111的方向移动，不断推动滑板203，最终使得滑板203挤压弹片205发生形变，此时在第一弹性件204的弹力和回火的冲击力双重作用下，推动滑板203快速向靠近第一腔室111的方向移动，使得滑板203带动拉杆206拉动活塞板202在活塞滑道中滑动，在方孔16处构成低压区，将回火的火焰吸入特斯拉阀通道12中，利用特斯拉阀通道12的结构特性，不断使回火的火焰相互冲抵，最终起到灭火的作用。

在未发生回火时，第二密封板215在第三弹性件216的作用下位于介质通道的出口处，混合燃料可以通过第二密封板215与介质通道出口之间的间隙从第一腔室111流向第二腔室112，最终进入到火焰筒100中。并且此时第一密封板212在第二弹性件214的作用下，处于封闭位，第一密封板212的板体将方孔16封闭，从而避免第二腔室112中的混合燃料通过方孔16进入到特斯拉阀通道12中。

在本实施例中，还提供了一种燃氢燃气轮机，该燃氢燃气轮机通过在火焰筒100上应用上述的防回火喷嘴，在发生回火时，利用防回火喷嘴消除回火，从而对燃氢燃气轮机中无冷却部件进行防护，减少回火的损害，提高燃氢燃气轮机的使用安全性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。