專利名稱：一種用于化學回熱循環的內旋流式雙燃料噴嘴的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種動力能源領域的工業噴嘴。
背景技術：
燃氣輪機是一種典型的常規燃料動力裝置。它具有體積小、功率大、重量輕和啟動快等特點，被廣泛應用在航空、電力、艦船和天然氣輸送等工業核心領域中。因此，對常規燃機應用技術進行技術改造和性能優化，成為解決能源危機和環境污染問題的重要課題。化學回熱循環是一種先進的燃蒸聯合循環方式。它主要利用燃機排氣的低端余熱產生過熱蒸氣，利用高端余熱來促使部分燃油-蒸汽在催化劑作用下裂解生成甲烷、氫氣和一氧化碳等高熱值氣態燃料，從而提高燃料的平均燃燒低熱值。化學回熱循環燃氣輪機(CRGT)的工作方式決定其燃燒室采用雙燃料系統，因此，要求化學回熱燃氣輪機燃燒室不但具有單獨燃用燃油或裂解氣燃料的功能，還具有兩種燃料混燒的功能。噴嘴作為燃燒室的重要組件，其性能的優劣將直接影響點火、燃燒效率、燃燒穩定性、溫度分布和排氣污染等方面的性能，同時也會影響火焰筒和渦輪葉片的壽命。傳統的雙燃料噴嘴存在以下缺陷(1)氣路為空心圓柱形管道或加裝旋流葉片， 但是兩種方案都存在缺陷。前者的缺陷是燃料摻混不好，火焰長度較長；后者雖然克服了上述缺陷，但是因為噴嘴氣路直徑較小(一般在15-20mm之間)，旋流葉片尺寸也比較小，因此加工很不方便，而且加工后也極不容易安裝進氣路。( 氣路不做任何改變，單純在頭部開氣孔，這樣雖然不易于燒到火焰筒壁面，但燃燒室內高溫區相對狹長。
發明內容
本發明的目的在于提供能在氣路中形成內部旋流流場，進而加強摻混，強化化學回熱循環中燃燒室內的燃燒，達到在更小的空間里燃燒更多的燃料、縮短火焰長度的目的， 同時又不會對火焰筒壁面造成燒蝕的一種用于化學回熱循環的內旋流式雙燃料噴嘴。本發明的目的是這樣實現的本發明一種用于化學回熱循環的內旋流式雙燃料噴嘴，包括噴嘴外壁、油路管道、 噴氣孔、噴油孔，其特征是還包括旋流盤，油路管道安裝在噴嘴外壁里并與噴嘴外壁之間形成氣路腔體，旋流盤安裝在油路管道和噴嘴外壁之間并將氣路腔體隔成氣路前腔和氣路后腔前后兩部分，氣路腔體連通噴氣孔，油路管道連通噴油孔。本發明還可以包括1、所述的旋流盤上均勻、周向布置的八個與旋流盤中心軸線成45度角的孔，八個孔連通氣路后腔。2、所述的旋流盤上的孔的截面為長方形、圓形或橢圓形。3、所述的噴氣孔有兩周、且為斜氣孔，噴氣孔旋向與旋流盤旋向相同。本發明的優勢在于經本發明所述的噴嘴噴出的氣體燃料燃燒之后，能形成內部旋流流場，進而加強摻混、強化化學回熱循環中燃燒室內的燃燒，同時又不會燒到火焰筒壁面，達到了在更小的空間里燃燒更多的燃料、縮短火焰長度的目的。
圖1是本發明的縱剖面構造圖；圖2是旋流盤的俯視構造圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是本發明的頭部氣孔構造圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖1 4，采用裂解氣旋流葉片的燃燒室的高溫區比較靠前，說明氣體燃料與空氣摻混較為理想；頭部有氣孔這種結構對裂解氣的出流有一定的導向作用，高溫區相對狹長，這樣不易于燒蝕火焰筒壁面。本發明結合了上述兩種結構的優缺點，將這兩種結構進行優化整合，得到了理想的內旋流式雙燃料噴嘴結構。(1)在雙燃料噴嘴氣路中加工出了一個比氣路空心圓柱形管道直徑稍大的凹槽， 制作一個與凹槽直徑相匹配的、厚度適宜的旋流盤，在旋流盤上沿周向均勻打孔，孔的旋向與噴嘴外部旋流器相反。孔的軸線與旋流盤軸線不平行或垂直，而是成45度角。這樣，當燃料氣體從氣路頂部被輸送到旋流盤后，由于旋流盤上孔道的作用，達到了與傳統旋流器相同的效果，氣體發生強旋流效果，當這股旋流后的燃料氣體繼續向噴嘴氣路尾部運動并最終從噴孔噴出時，燃料氣體與經雙燃料噴嘴油路霧化后的液體快速摻混，并最終進入化學回熱循環的燃燒室中。燃料氣體流道中帶有可旋流結構，可以有效的減小裂解氣的軸向速度，同時有利于燃料氣與空氣的摻混。(2)由于流過旋流盤后氣體燃料會以一定旋度流出噴嘴出口，這樣在噴嘴氣體燃料出口處(即噴嘴頭部)加入一定斜度的氣孔，這樣就可以盡量減小裂解氣的噴嘴出口旋流損失。同時對燃料氣有整流作用，也可以對噴嘴起到冷卻保護的作用。本發明設計的雙燃料噴嘴主要由油路管道10、氣路腔體3和6、旋流盤4、旋流盤安裝座11、外壁2等部件組成。在噴嘴外壁2內加工出了一個比氣路空心圓柱形管道直徑稍大的凹槽，形成了旋流盤安裝座11結構，另外制作了一個與凹槽直徑相匹配的、厚度適宜的旋流盤4。本發明所設計的雙燃料噴嘴的工作過程是1、裂解氣從氣路進口 1進入氣路前腔3，通過旋流盤4上均勻、周向布置的八個與旋流盤中心軸線成45度角的小孔5進入氣路后腔6，此時裂解氣已經發生了強旋流現象，旋流后的裂解氣經過噴氣孔7最終流出到化學回熱循環系統的燃燒室中，此時因為摻混獲得了加強，因此化學回熱循環系統中燃燒室內的燃燒得到了強化，達到了在更小的空間里燃燒更多的燃料、縮短火焰長度的目的。2、燃油從油路進口 12進入油路，由于油路直徑小、長度大，因此通過噴油孔8噴出之后的燃油液滴的索泰爾直徑較小、霧化效果較好。如圖2所示，在旋流盤上均勻、周向布置了八個小孔，小孔截面為長方形。如圖3所示，旋流盤上的每一個小孔都與旋流盤中心軸線成45度角。如圖4所示，在噴嘴的頭部開有兩排氣孔，從內至外氣孔的設計尺寸為 7X Φ1.5πιπι，9Χ Φ 2mm，本發明中采用的是有一定旋度的斜氣孔，旋向與其內部的旋流盤旋向相同，這種設計可以減小裂解氣出口旋流損失。
權利要求
1.一種用于化學回熱循環的內旋流式雙燃料噴嘴，包括噴嘴外壁、油路管道、噴氣孔、 噴油孔，其特征是還包括旋流盤，油路管道安裝在噴嘴外壁里并與噴嘴外壁之間形成氣路腔體，旋流盤安裝在油路管道和噴嘴外壁之間并將氣路腔體隔成氣路前腔和氣路后腔前后兩部分，氣路腔體連通噴氣孔，油路管道連通噴油孔。
2.根據權利要求1所述的一種用于化學回熱循環的內旋流式雙燃料噴嘴，其特征是 所述的旋流盤上均勻、周向布置的八個與旋流盤中心軸線成45度角的孔，八個孔連通氣路后腔。
3.根據權利要求2所述的一種用于化學回熱循環的內旋流式雙燃料噴嘴，其特征是 所述的旋流盤上的孔的截面為長方形、圓形或橢圓形。
4.根據權利要求1-3中任一所述的一種用于化學回熱循環的內旋流式雙燃料噴嘴，其特征是所述的噴氣孔有兩周、且為斜氣孔，噴氣孔旋向與旋流盤旋向相同。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種用于化學回熱循環的內旋流式雙燃料噴嘴，包括噴嘴外壁、油路管道、噴氣孔、噴油孔、旋流盤，油路管道安裝在噴嘴外壁里并與噴嘴外壁之間形成氣路腔體，旋流盤安裝在油路管道和噴嘴外壁之間并將氣路腔體隔成氣路前腔和氣路后腔前后兩部分，氣路腔體連通噴氣孔，油路管道連通噴油孔。經本發明所述的噴嘴噴出的氣體燃料燃燒之后，能形成內部旋流流場，進而加強摻混、強化化學回熱循環中燃燒室內的燃燒，同時又不會燒到火焰筒壁面，達到了在更小的空間里燃燒更多的燃料、縮短火焰長度的目的。
文檔編號F23R3/38GK102538016SQ20121000750
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者劉倩, 康振亞, 張智博, 李智明, 楊仁, 楊家龍, 楊洪磊, 潘福敏, 鄭洪濤 申請人:哈爾濱工程大學