掺混机构及燃烧装置制造方法及图纸

本公开提供一种掺混机构及燃烧装置，掺混机构包括内筒体，内筒体的内部限定第一流道，第一流道被构造成容纳空气通过；外筒体，同轴套设于内筒体的外侧，外筒体及内筒体之间限定第二流道，第二流道被构造成环形，以容纳空气及燃料通过，使得空气及燃料在第二流道内形成第一混合气；多个掺混叶片及旋流叶念，沿内筒体的周向方向布置，叶片设置于内筒体及外筒体之间，叶片设置有第三流道，第三流道被构造成将第一流道与外部的空气环境连通，第三流道用作第一流道的进气端，以在空气通过所述第三流道的状态下使所述叶片散热，以增强掺混叶片和旋流叶片壁面散热和淬熄，抑制自燃和回火。燃烧装置包括值班机构、部分预混机构以及掺混机构。构。构。

【技术实现步骤摘要】
掺混机构及燃烧装置


[0001]本公开的至少一种实施例涉及燃气轮机
，更具体地，涉及一种用于燃气轮机的燃烧室的掺混机构及包含掺混机构的燃烧装置。

技术介绍

[0002]燃料灵活性是表征燃气轮机应用的重要指标。燃料灵活性具体是指燃气轮机能够兼容具有不同组分及热值的燃料，可以在天然气、氢气、焦炉气、高炉气等燃料间切换，支持天然气和氢气的混合燃料在任一比例下持续运行。目前，燃气轮机在工业应用中仅能够燃烧氢气含量低于60％体积分数的富氢燃料。主要挑战在于氢气与天然气的燃烧性质具有明显差异，氢气含量越高，层流火焰速度明显增加，绝热火焰温度升高，从而显著影响燃烧动力学特性，容易产生回火、热声不稳定性等问题，从而降低系统的可靠性。因此，燃料灵活性对喷嘴组件掺混均匀性、抑制回火的要求更高。
[0003]先进燃气轮机普遍采用旋流预混技术实现干式低污染燃烧，通过在环状预混腔内通过旋流叶片喷入燃料与空气进行掺混后燃烧，可以实现NOx排放低于25ppm@
15％O2
。但是由于掺混效果强烈依赖于旋流流动，具有混合强度低、流动可控性差等缺点，不能用于氢气体积分数大于60％的高氢燃料，否则极易引起回火。因此，如何增强预混喷嘴中燃料和空气的掺混效率、同时提高流动的可控性，消除因旋流叶片尾迹涡以及喷嘴出口端面因同时受壁面边界层和燃烧区热辐射影响导致的回火现象，是具有燃料灵活性的燃气轮机需求迫切需要解决的技术瓶颈。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种掺混机构及燃烧装置。针对现有技术中的，高氢燃料易回火的问题，以叶片中形成的第三流道用作第一流道的进气端，使空气经第三流道进入第一流道，以在空气通过叶片的过程中对叶片降温，从而以增强叶片的壁面散热及淬熄。
[0005]本公开的实施例的一方面提供掺混机构，包括：内筒体，上述内筒体的内部限定第一流道，上述第一流道被构造成容纳空气通过；外筒体，同轴套设于上述内筒体的外侧，上述外筒体及上述内筒体之间限定第二流道，上述第二流道被构造成环形，以容纳空气及燃料通过，使得上述空气及上述燃料在上述第二流道内形成第一混合气；多个叶片，沿上述内筒体的周向方向布置，上述叶片设置于上述内筒体及上述外筒体之间，上述叶片设置有第三流道，上述第三流道被构造成将上述第一流道与外部的空气环境连通，上述第三流道用作上述第一流道的进气端，以在空气通过所述第三流道的状态下使所述叶片散热，以增强上述叶片的壁面散热及淬熄。
[0006]根据本公开的实施例，上述叶片被构造成沿上述第二流道的径向方向延伸，上述叶片内沿上述叶片的延伸方向设置有上诉第三流道，上述第三流道的进气端与上述外筒体的径向外侧的空气环境连通，上述第三流道的排气端和上述第一流道连通。
[0007]根据本公开的实施例，上述叶片包括用作掺混叶片的第一叶片，上述第一叶片包括沿上述第二流道的轴向方向顺次设置的第一前缘、驻涡段及尾端，上述第一前缘、驻涡段及尾端的长度被构造成大致相同；其中，上述第一前缘的前端面向气流设置，上述第一前缘被构造成弧形结构，上述驻涡段设置于上述第一前缘的后端，上述驻涡段的两侧形成对称的两个驻涡腔，上述尾端沿上述第一前缘的中心线向下游延伸。
[0008]上述第一前缘被构造成多孔结构，以对通过上述第一前缘的空气进行扰动，并形成沿上述第一叶片的壁面的壁面渗流。
[0009]根据本公开的实施例，多个上述第一叶片沿上述第二流道的周向均匀间隔设置，位于上述第二流道的相同轴向位置的多个第一叶片形成第一叶片阵列，以耗散上述第一叶片阵列的上游的气流扰动，并使上述空气及燃料进行掺混；其中，沿上述第二流道的轴向至少布置有两级上述第一叶片阵列。
[0010]根据本公开的实施例，上述叶片还包括用作旋流叶片的第二叶片，上述第二叶片设置于上述第一叶片的下游。
[0011]根据本公开的实施例，上述第二叶片的偏折段的吸力面的中部设置有清吹部；其中，上述清吹部的前段及后段的被构造成不同的弧度，以使上述清吹部的前段及后段的连接位置形成与上述第二叶片气道连通的出气部，以向上述清吹部的后段输出气流，以抑制产生于旋流叶片附近的二次涡负速度区。
[0012]根据本公开的实施例，上述第二叶片包括第二前缘、平直段及偏折段，上述第二前缘、上述平直段及上述偏折段沿气体流向顺次设置；其中，上述第二前缘的前端面向气流设置，上述第二前缘被构造成弧形结构，上述平直段设置于上述第二前缘的后端，上述平直段沿上述第二流道的轴向方向延伸，上述偏折段被构造成与上述第二流道的中心轴线形成夹角，并且上述偏折段的厚度被构造成由靠近上述第二前缘一端向另一端逐渐减小。
[0013]根据本公开的实施例，多个上述第二叶片，沿上述第二流道的周向均匀间隔设置，位于上述第二流道的相同轴向位置的多个第二叶片形成第二叶片阵列，上述第二叶片阵列与相邻的上述第一叶片阵列沿上述第二流道的周向错位设置，使得通过上述第二叶片阵列的上述第一混合气形成旋流。
[0014]根据本公开的实施例，掺混机构还包括多个第一燃料管，多个上述第一燃料管环绕上述内筒体设置，上述第一燃料管的输入端与外部的燃料源连通，上述第一燃料管的输出端设置于上述第二流道的进气端内，以向上述第二流道输入燃料。
[0015]根据本公开的实施例，每个上述第一燃料管与相邻的第一叶片阵列中的一个第一叶片的周向位置相对应。
[0016]根据本公开的实施例，上述第一燃料管的输出端沿径向设置有第一喷孔，上述第一喷孔的延伸方向与上述第二流道的轴线的延伸方向形成夹角。
[0017]根据本公开的实施例，上述外筒体的内径被构造成由进气端向排气端逐渐减小，以提升通过上述第二流道的气体的流速。
[0018]根据本公开的实施例，上述外筒体的排气端附近的壁面上设置有第一通孔，上述第一通孔被构造成容纳空气通过，通过上述第一通孔的空气沿上述外筒体的壁面流动，在上述第二流道内与上述第一混合气进行掺混，以降低上述第一混合气在上述外筒体的壁面附近的当量比和/或提升第一混合气的壁面流速。
[0019]根据本公开的实施例，掺混机构还包括套筒，同轴设置于上述内筒体的内侧，上述套筒及上述内筒体之间限定上述掺混机构的第一流道。
[0020]根据本公开的实施例，上述套筒的靠近上述内筒体的排气端的端部形成隔板，上述隔板沿上述套筒的径向向外延伸，上述隔板与上述内筒体之间形成间隙，上述间隙用作上述第一流道的排气端。
[0021]根据本公开的实施例，掺混机构还包括环状板，上述环状板设置于上述内筒体及上述套筒之间，上述环状板被构造成将上述间隙覆盖，上述环状板内沿周向均匀间隔设置有多个第二通孔，上述第二通孔被构造成将上述第一流道与外部的空气环境连通，使得通过上述第二通孔的空气在上述隔板附近形成气膜。
[0022]本公开的实施例的另一方面提供燃烧装置，包括：值班机构，被构造成形成值班级火焰；部分预混机构，套设于上述值班机构的外侧，被构造成将燃料与空气在双旋流的剪切层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺混机构，其特征在于，包括：内筒体(211)，所述内筒体(211)的内部限定第一流道(212)，所述第一流道(212)被构造成容纳空气通过；外筒体(201)，同轴套设于所述内筒体(211)的外侧，所述外筒体(201)及所述内筒体(211)之间限定第二流道，所述第二流道被构造成环形，以容纳空气及燃料通过，使得所述空气及所述燃料在所述第二流道内形成第一混合气；多个叶片，沿所述内筒体(211)的周向方向布置，所述叶片设置于所述内筒体(211)及所述外筒体(201)之间，所述叶片的内部设置有第三流道，所述第三流道被构造成将所述第一流道(212)与外部的空气环境连通，所述第三流道用作所述第一流道(212)的进气端，以在空气通过所述第三流道的状态下使所述叶片散热，以增强所述叶片的壁面散热及淬熄。2.根据权利要求1所述的掺混机构，其特征在于，所述叶片被构造成沿所述第二流道的径向方向延伸，所述叶片内沿所述叶片的延伸方向设置有所述第三流道，所述第三流道的进气端与所述外筒体(201)的径向外侧的空气环境连通，所述第三流道的排气端和所述第一流道(212)连通。3.根据权利要求2所述的掺混机构，其特征在于，所述叶片包括用作掺混叶片的第一叶片(214)，所述第一叶片(214)包括沿所述第二流道的轴向方向顺次设置的第一前缘(2141)、驻涡段(2142)及尾端(2143)，所述第一前缘(2141)、驻涡段(2142)及尾端(2143)的长度被构造成大致相同；其中，所述第一前缘(2141)的前端面向气流设置，所述第一前缘(2141)被构造成弧形结构，所述驻涡段(2142)设置于所述第一前缘(2141)的后端，所述驻涡段(2142)的两侧形成对称的两个驻涡腔，所述尾端(2143)沿所述第一前缘(2141)的中心线向下游延伸。4.根据权利要求3所述的掺混机构，其特征在于，所述第一前缘(2141)被构造成多孔结构，以对通过所述第一前缘(2141)的空气进行扰动，并形成沿所述第一叶片的壁面渗流。5.根据权利要求3所述的掺混机构，其特征在于，多个所述第一叶片(214)沿所述第二流道的周向均匀间隔设置，位于所述第二流道的相同轴向位置的多个第一叶片(214)形成第一叶片阵列，以耗散所述第一叶片阵列的上游的气流扰动，并使所述空气及燃料进行掺混；其中，沿所述第二流道的轴向至少布置有两级所述第一叶片阵列。6.根据权利要求5所述的掺混机构，其特征在于，所述叶片还包括用作旋流叶片的第二叶片(202)，所述第二叶片(202)设置于所述第一叶片(214)的下游。7.根据权利要求6所述的掺混机构，其特征在于，所述第二叶片(202)包括第二前缘(2021)、平直段(2022)及偏折段(2023)，所述第二前缘(2021)、所述平直段(2022)及所述偏折段(2023)沿气体流向顺次设置；其中，所述第二前缘(2021)的前端面向气流设置，所述第二前缘(2021)被构造成弧形结构，所述平直段(2022)设置于所述第二前缘(2021)的后端，所述平直段(2022)沿所述第二流道的轴向方向延伸，所述偏折段(2023)被构造成与所述第二流道的中心轴线形成夹角，并且所述偏折段(2023)的厚度被构造成由靠近所述第二前缘(2021)一端向另一端逐渐减小。8.根据权利要求7所述的掺混机构，其特征在于，所述第二叶片(202)的偏折段(2023)
的吸力面的中部设置有清吹部(20231)；其中，所述清吹部(20231)的前段及后段的被构造成不同的弧度，以使所述清吹部的前段及后段的连接位置形成与所述第二叶片气道连通的出气部，以向所述清吹部(20231)的后段输出气流，以抑制产生于旋流叶片附近的二次涡负速度区。9.根据权利要求5至8中任一所述的掺混机构，其特征在于，多个所述第二叶片(202)，沿所述第二流道的周向均匀间隔设置，位于所述第二流道的相同轴向位置的多个第二叶片(202)形成第二叶片阵列，所述第二叶片阵列与相邻的所述第一叶片阵列沿所述第二流道的周向错位设置，使得通过所述第二叶片阵列的所述第一混合气形成旋流。10.根据权利要求4所述的掺混机构，其特征在于，还包括多个第一燃料管(207)，多个所述第一燃料管(207)环绕所述内筒体(...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺红娟，于宗明，艾育华，赵玮杰，王岳，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：