一种燃气喷嘴装置及具有其的燃气轮机的制作方法

本发明涉及喷嘴，具体涉及一种燃气喷嘴装置及具有其的燃气轮机。

背景技术：

1、燃气喷嘴是燃气轮机的燃烧室关键部件之一，例如，在环形燃烧室中，燃气喷嘴均匀分布在火焰筒头部定位装置上，通过喷嘴安装座与螺栓固定于燃烧室机匣上。燃油通过外部管路进入喷嘴杆芯内，再经过旋流雾化进入燃烧室火焰筒内参与燃烧。燃气喷嘴相邻于扩压器出口，扩压器出口温度在500～1000k左右，在高温气流下，燃气喷嘴承受一个较大的热负荷，不仅会使燃气喷嘴的芯部内的油路内的燃油温度上升，而发生燃油结焦堵塞现象。

2、现有技术中的燃气喷嘴多只有燃料层，用于输送燃料，鲜有冷气层保护。上述设计仅保证了燃料和来流空气的混合气流的中心回流区燃烧，即火焰位置，但较热的燃料气体在燃气喷嘴的头部附着，易导致燃料喷嘴的头部局部温度偏高，严重影响燃气喷嘴的使用寿命。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的燃气喷嘴在工作时会产生头部局部温度偏高的缺陷，从而提供一种燃气喷嘴装置及具有其的燃气轮机。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种燃气喷嘴装置，为一体成型结构，包括：

3、喷嘴本体，其外侧头部设置有内凹槽；

4、内层通道，设于喷嘴本体的内部，内层通道靠近喷嘴本体头部的区域内连通有内出气通道，内出气通道贯穿喷嘴本体与外界连通；

5、外层通道，设于喷嘴本体的内部，外层通道套设设置在内层通道的外侧，外层通道靠近喷嘴本体头部的区域内连通有外出气通道，外出气通道贯穿喷嘴本体与内凹槽和/或外界连通。

6、可选地，内层通道靠近喷嘴本体头部的一端设置有外凸段，内出气通道均与外凸段连通。

7、可选地，外凸段上游的内层通道内依次设置有扩张段和导流段，扩张段垂直于轴线方向的截面面积大于导流段垂直于轴线方向的截面面积，且扩张段垂直于轴线方向的截面面积不小于外凸段垂直于轴线方向的截面面积。

8、可选地，外层通道包括引流段和汇集段，汇集段设于引流段下游，外出气通道均与汇集段连通。

9、可选地，引流段与汇集段之间还设有收缩段，收缩段垂直于轴线方向的截面面积小于引流段垂直于轴线方向的截面面积。

10、可选地，汇集段内设置有支撑连接部，支撑连接部一端与内凹槽的内侧壁连接，另一端与内层通道的外凸段的外侧壁连接。

11、可选地，外出气通道的出口与内出气通道的出口在喷嘴本体的外壁上交错设置。

12、可选地，内出气通道和/或外出气通道朝向喷嘴本体的头部倾斜设置。

13、可选地，内出气通道的孔径大于外出气通道的孔径。

14、本发明还提供一种燃气轮机，具有本发明所述的燃气喷嘴装置。

15、本发明技术方案，具有如下优点：

16、1.本发明提供的燃气喷嘴装置，为一体成型结构，包括：喷嘴本体，其外侧头部设置有内凹槽；内层通道，设于喷嘴本体的内部，内层通道靠近喷嘴本体头部的区域内连通有内出气通道，内出气通道贯穿喷嘴本体与外界连通；外层通道，设于喷嘴本体的内部，外层通道套设设置在内层通道的外侧，外层通道靠近喷嘴本体头部的区域内连通有外出气通道，外出气通道贯穿喷嘴本体与内凹槽和/或外界连通。

17、燃气喷嘴装置在工作时，燃料气体通过内层通道向喷嘴本体的头部运动，通过内出气通道喷出到燃气喷嘴的头部；冷却气体通过外层通道向喷嘴本体的头部运动，通过外出气通道喷出到燃气喷嘴的头部。通过在喷嘴本体的头部设置内凹槽，使得冷却气体和燃料气体喷出后经过喷嘴本体的头部时能够向后回流，以在内凹槽中形成小回流区，冷却气体和高温燃料气体继续向前运动形成的中心回流区在内凹槽中形成的小回流区的吸引作用下，使得中心回流区在靠近喷嘴本体的头部的位置固定，中心回流区能够附着在头部，保证了火焰的位置。同时，由于在内凹槽的凹面处有冷却气体喷出，这股冷却气体能够局限于小回流区中从而降低内凹槽及其附近区域的温度，降低了油改气带来的喷嘴本体头部的局部高温。

18、2.本发明提供的燃气喷嘴装置，内层通道靠近喷嘴本体头部的一端设置有外凸段，内出气通道均与外凸段连通，通过设置外凸段，在保证内层通道的外侧能够与喷嘴本体的外壁能够有连接结构以保证燃气喷嘴装置能够通过三维打印的方式一体成型的同时，来减小内层通道与外层通道之间的壁厚，通过在靠近喷嘴本体头部的区域内令冷却气体与燃料气体分别在外层通道和内层通道通过实体导热的方式来发生热交换，提升降温冷却效率。

19、3.本发明提供的燃气喷嘴装置，汇集段内设置有支撑连接部，支撑连接部一端与内凹槽的内侧壁连接，另一端与内层通道的外凸段的外侧壁连接。通过设支撑连接部将汇集段内的两个内壁相连，保证燃气喷嘴装置内部结构的稳定性，同时保证燃气喷嘴装置内部多层空腔结构之间存在连接结构能够保证三维打印时能够顺利一体成型。

20、4.本发明提供的燃气喷嘴装置，外出气通道的出口与内出气通道的出口在喷嘴本体的外壁上交错设置，以增加从外出气通道的出口输出的冷却气体与从内出气通道的出口输出的燃料气体的接触面积，提升二者之间的热交换能力，提高降温冷却效率。

21、5.本发明提供的燃气喷嘴装置，内出气通道和/或外出气通道朝向喷嘴本体的头部倾斜设置，利用内出气通道的外侧壁作为连接结构在外层通道的腔体内作为连接结构将外层通道的两个内侧壁相连，以减少外层通道中额外的连接结构，增加外层通道中冷却气体的填充量，提升冷却效果。

技术特征：

1.一种燃气喷嘴装置，其特征在于，为一体成型结构，包括：

2.根据权利要求1所述的燃气喷嘴装置，其特征在于，所述内层通道(2)靠近所述喷嘴本体(1)头部的一端设置有外凸段(7)，所述内出气通道(5)均与所述外凸段(7)连通。

3.根据权利要求2所述的燃气喷嘴装置，其特征在于，所述外凸段(7)上游的内层通道(2)内依次设置有扩张段(8)和导流段(9)，所述扩张段(8)垂直于轴线方向的截面面积大于所述导流段(9)垂直于轴线方向的截面面积，且所述扩张段(8)垂直于轴线方向的截面面积不小于所述外凸段(7)垂直于轴线方向的截面面积。

4.根据权利要求1至3任一项所述的燃气喷嘴装置，其特征在于，所述外层通道(3)包括引流段(10)和汇集段(12)，所述汇集段(12)设于所述引流段(10)下游，所述外出气通道(6)均与所述汇集段(12)连通。

5.根据权利要求4所述的燃气喷嘴装置，其特征在于，所述引流段(10)与所述汇集段(12)之间还设有收缩段(11)，所述收缩段(11)垂直于轴线方向的截面面积小于所述引流段(10)垂直于轴线方向的截面面积。

6.根据权利要求4所述的燃气喷嘴装置，其特征在于，所述汇集段(12)内设置有支撑连接部，所述支撑连接部一端与所述内凹槽(4)的内侧壁连接，另一端与所述内层通道(2)的外凸段(7)的外侧壁连接。

7.根据权利要求1至3任一项所述的燃气喷嘴装置，其特征在于，所述外出气通道(6)的出口与所述内出气通道(5)的出口在所述喷嘴本体(1)的外壁上交错设置。

8.根据权利要求1至3任一项所述的燃气喷嘴装置，其特征在于，所述内出气通道(5)和/或所述外出气通道(6)朝向所述喷嘴本体(1)的头部倾斜设置。

9.根据权利要求1至3任一项所述的燃气喷嘴装置，其特征在于，所述内出气通道(5)的孔径大于所述外出气通道(6)的孔径。

10.一种燃气轮机，其特征在于，具有权利要求1至9任一项所述的燃气喷嘴装置。

技术总结本发明涉及喷嘴技术领域，具体涉及一种燃气喷嘴装置及具有其的燃气轮机。燃气喷嘴装置，为一体成型结构，包括：喷嘴本体，其外侧头部设置有内凹槽；内层通道，设于喷嘴本体的内部，内层通道靠近喷嘴本体头部的区域内连通有内出气通道，内出气通道贯穿喷嘴本体与外界连通；外层通道，设于喷嘴本体的内部，外层通道套设设置在内层通道的外侧，外层通道靠近喷嘴本体头部的区域内连通有外出气通道，外出气通道贯穿喷嘴本体与内凹槽和/或外界连通。通过设置内凹槽，气流在内凹槽中形成小回流区，中心回流区在小回流区的作用下在靠近头部的位置固定，同时在内凹槽的凹面有冷却气体喷出，以降低内凹槽附近区域的温度，降低了喷嘴本体头部的局部高温。技术研发人员：杨旸,罗安栋受保护的技术使用者：无锡华天燃气轮机有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/8