技术领域
[0001] 本
发明涉及一种燃料喷嘴、包含它的燃烧器及燃气轮机。
背景技术
[0002] 燃气轮机是把
压气机所压缩的压缩空气和燃料予以混合
后燃烧并且利用由燃烧生成的高温气体驱使透平旋转的动
力发动机。燃气轮机用来驱动发
电机、飞行机、
船舶及火车等。
[0003] 燃气轮机通常包括压气机、燃烧器及透平。压气机吸入外部空气并且予以压缩后传输到燃烧器。被压气机压缩的空气成为高压高温状态。燃烧器把来自压气机的压缩空气和燃料予以混合后燃烧。由燃烧生成的燃烧气体则被排放到透平。燃烧气体则驱使透平内部的透平动叶旋转并且凭此产生动力。如此产生的动力则适用于各种领域，例如驱动发电装置及机械装置等。
[0006] 专利文献1：大韩民国公开专利10-2006-0096319号(名称：分管形燃烧器)发明内容
[0007] 【解决的技术课题】
[0008] 本发明的目的是提供一种防止因为旋流器周边压力减少而发生的回火现象的燃料喷嘴、燃烧器及燃气轮机。
[0009] 【解决课题的技术方案】
[0010] 本发明一个
实施例的燃料喷嘴包括：注入缸，单向延伸形成并且对燃烧腔供应燃料
流体；护罩(shroud)，和注入缸隔离地形成并且包围注入缸；旋流器，形成于注入缸与护罩之间；及多孔板，形成于注入缸的外周面，并且形成在流经旋流器的流体流动方向的下游侧，防止因为旋流器周边压力减少而发生的回火现象。
[0011] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多孔板包括：板本体，防止燃烧腔所生成的火焰朝燃料喷嘴内部逆行；以及多个流动孔，使燃料流体流动。
[0012] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多个流动孔以对应于燃料流体流动方向的一直线形成。
[0013] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多个流动孔沿着和燃料流体的流动方向构成预设
角度的斜线方向形成。
[0014] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多个流动孔以具备转向点t的曲线形状形成。
[0015] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多个流动孔各自具备不同直径地形成。
[0016] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多个流动孔形成为随着从多孔板的内周面趋向外周面方向而其直径变大。
[0017] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多孔板形成于注入缸的外周面并且根据旋流器周边的压力减少量而调节其和护罩内周面之间的间距地形成。
[0018] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多孔板至少形成有两个，各个多孔板在注入缸的外周面延伸形成而和护罩的内周面相接。
[0019] 在本发明一个实施例的燃料喷嘴中，多孔板至少形成有两个，直接面对燃烧腔的多孔板在注入缸的外周面延伸形成而和护罩的内周面相接，其余的多孔板则和护罩的内周面按照预设距离隔离地形成。
[0020] 本发明一个实施例的燃烧器包括：燃烧腔组件，包括使燃料流体燃烧的燃烧腔；以及燃料喷嘴组件，包括向燃烧腔喷射燃料流体的多个燃料喷嘴；燃料喷嘴包括：注入缸，单向延伸形成并且对燃烧腔供应燃料流体；护罩，和注入缸隔离地形成并且包围注入缸；旋流器，形成于注入缸与护罩之间；及多孔板，形成于注入缸的外周面，并且形成在流经旋流器的流体流动方向的下游侧，防止因为旋流器周边压力减少而发生的回火现象。
[0021] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多孔板包括：板本体，防止燃烧腔所生成的火焰朝燃料喷嘴内部逆行；以及多个流动孔，使燃料流体流动。
[0022] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多个流动孔以对应于燃料流体流动方向的一直线形成。
[0023] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多个流动孔沿着和燃料流体的流动方向构成预设角度的斜线方向形成。
[0024] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多个流动孔以具备转向点t的曲线形状形成。
[0025] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多个流动孔各自具备不同直径地形成。
[0026] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多个流动孔形成为随着从多孔板的内周面趋向外周面方向而其直径变大。
[0027] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多孔板形成于注入缸的外周面并且根据旋流器周边的压力减少量而调节其和护罩内周面之间的间距地形成。
[0028] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多孔板至少形成有两个，各个多孔板在注入缸的外周面延伸形成而和护罩的内周面相接。
[0029] 在本发明一个实施例的燃烧器中，多孔板至少形成有两个，直接面对燃烧腔的多孔板在注入缸的外周面延伸形成而和护罩的内周面相接，其余的多孔板则和护罩的内周面按照预设距离隔离地形成。
[0030] 本发明一个实施例的燃气轮机包括：压气机，把流入的空气予以压缩；燃烧器，把压气机所压缩的空气与燃料加以混合并燃烧；及透平，利用燃烧器所燃烧的气体产生动力；燃烧器则包括：燃烧腔组件，包括使燃料流体燃烧的燃烧腔；燃料喷嘴组件，包括向燃烧腔喷射燃料流体的多个燃料喷嘴；燃料喷嘴包括：注入缸，单向延伸形成并且对燃烧腔供应燃料流体；护罩，和注入缸隔离地形成并且包围注入缸；旋流器，形成于注入缸与护罩之间；及多孔板，形成于注入缸的外周面，并且形成在流经旋流器的流体流动方向的下游侧，防止因为旋流器周边压力减少而发生的回火现象。
[0031] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多孔板包括：板本体，防止燃烧腔所生成的火焰朝燃料喷嘴内部逆行；以及多个流动孔，使燃料流体流动。
[0032] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多个流动孔以对应于燃料流体流动方向的一直线形成。
[0033] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多个流动孔沿着和燃料流体的流动方向构成预设角度的斜线方向形成。
[0034] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多个流动孔以具备转向点t的曲线形状形成。
[0035] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多个流动孔各自具备不同直径地形成。
[0036] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多个流动孔形成为随着从多孔板的内周面趋向外周面方向而其直径变大。
[0037] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多孔板形成于注入缸的外周面并且根据旋流器周边的压力减少量而调节其和护罩内周面之间的间距地形成。
[0038] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多孔板至少形成有两个，各个多孔板在注入缸的外周面延伸形成而和护罩的内周面相接。
[0039] 在本发明一个实施例的燃气轮机中，多孔板至少形成有两个，直接面对燃烧腔的多孔板在注入缸的外周面延伸形成而和护罩的内周面相接，其余的多孔板则和护罩的内周面按照预设距离隔离地形成。
[0040] 【有益效果】
[0041] 根据本发明的各种实施例，在旋流器的下游侧安装多孔板而得以防止因为旋流器周边压力减少而发生的回火现象。而且，在多孔板形成各种形状的流动孔而得以
对流经燃料喷嘴的燃料流体赋予直进性或赋予回旋性。
附图说明
[0042] 图1是示出了本发明一个实施例的燃气轮机的内部的图。
[0043] 图2是示出了本发明一个实施例的燃烧器的图。
[0044] 图3是示出本发明一个实施例的包含燃料喷嘴的燃料喷嘴模
块的立体图。
[0045] 图4是示出本发明一个实施例的燃料喷嘴的立体图。
[0046] 图5是示出本发明一个实施例的燃料喷嘴中多孔板的俯视图。
[0047] 图6是沿着图5所示A-A'线剖切的剖视图。
[0048] 图7至图10是示出了多孔板的各种
变形例的图。
[0049] 图11至图13是示出了本发明的另一个实施例的包含燃料喷嘴的燃料喷嘴模块的图。
[0050] 图14是示出本发明的再一个实施例的包含燃料喷嘴的燃料喷嘴模块的立体图。
具体实施方式
[0051] 下面结合附图具体说明本发明的燃料喷嘴、包含它的燃烧器及燃气轮机。但，本发明不限于下面所揭示的实施例，本发明可以通过各种互不相同的形态实现，这些实施例只是有助于本发明的完整揭示，其主要目的是向本发明所属领域中具有通常知识者完整地说明本发明的范畴。各附图的同一符号表示同一构成要素。
[0052] 在整个本
说明书中，当指称某一部分“包含”某一构成要素时，其指的是，除非特别记载了相反内容，否则其不排除其它构成要素而且还能包含其它构成要素。而且，在整个说明书中“在～上”指的是位于对象之上或之下而不是一定指称位于以重力方向为基准的上侧。
[0053] 图1示出了本发明一个实施例的燃气轮机的内部，图2示出了本发明一个实施例的燃烧器。而且，图3是示出本发明一个实施例的包含燃料喷嘴的燃料喷嘴模块的立体图。
[0054] 请参阅图1至图3，本发明一个实施例的燃气轮机包括把流入的空气压缩成高压的压气机1100、把压气机所压缩的压缩空气与燃料加以混合并燃烧的燃烧器1200、以及利用燃烧器所生成的燃烧气体产生旋转力的透平1300。本说明书以燃料或空气流动的先后为基准定义上游及下游。
[0055] 燃气轮机的
热力学循环在理想上可以遵循勃朗登循环(Brayton cycle)。勃朗登循环由连续的等熵压缩(绝
热压缩)、定压加热、等熵膨胀(绝
热膨胀)、定压放热等4个过程组成。亦即，吸入大气中的空气并且压缩成高压后，在定压环境下燃烧燃料放出
热能，使该高温燃烧气体膨胀而转换成
动能后，把具有剩余
能量的废气排放到大气。亦即，由压缩、加热、膨胀、放热等4个过程组成循环。本发明所说明的内容也能广泛地适用于下述
涡轮发动机，该涡轮发动机的结构配置和图1所示燃气轮机1000相同。
[0056] 燃气轮机的压气机1100为吸入空气并予以压缩的部分，除了向燃烧器1200供应燃烧用空气以外，还向燃气轮机中需要冷却的高温区供应冷却用空气。所吸入的空气由于在压气机1100经过绝热压缩过程，因此通过压气机1100的空气的压力与
温度上升。
[0057] 构成燃气轮机的压气机1100通常设计成离心压气机(centrifugal compressors)或轴流压气机(axial compressor)，小型燃气轮机适用离心压气机而大型燃气轮机则因为需要压缩大量空气而通常如图1所示地适用多级轴流式压气机。
[0058] 利用透平1300所输出的动力的一部分来驱动压气机1100。为此，如图1所示地将压气机1100的旋
转轴和透平1300的
旋转轴直接连接。
[0059] 燃烧器1200把从压气机1100的出口供应的压缩空气和燃料予以混合并进行定压燃烧而生成具备高能量的燃烧气体。
[0060] 燃烧器1200配置在压气机1100的下游并且包括以旋转轴为中心呈环形配置的多个燃烧器模块(burner module)1210。燃烧器模块1210则包括：燃烧腔组件1220，包括使燃料流体燃烧的燃烧腔1240；以及燃料喷嘴组件1230，包括往燃烧腔1240喷射燃料流体的多个燃料喷嘴。
[0061] 燃气轮机可以使用气体燃料与
液体燃料或着将其组合的复合燃料，本发明的燃料流体则指称上述这些燃料。重要的是，营造出能够减少作为法律规范对象的一
氧化
碳与氮氧化物之类废气的量，因此近来较多地适用预混燃烧，预混燃烧虽然对燃烧的控制相对较难，但是能降低燃烧温度并且进行均匀燃烧而得以减少废气。
[0062] 如果是预混燃烧，从压气机1100流入的压缩空气和燃料在燃料喷嘴组件1230混合后进入燃烧腔1240内部。预混气体的初始点火利用点火器实现，之后，若燃烧变得稳定，则供应燃料与空气就能维持燃烧。
[0063] 燃料喷嘴组件1230包括喷射燃料流体的多个燃料喷嘴2000，燃料喷嘴2000使燃料和空气以适当比率混合而使其成为适合燃烧的状态。
[0064] 多个燃料喷嘴2000能如图3所示地使多个外部燃料喷嘴以一个内部燃料喷嘴为中心呈
辐射形地配置。将在后面详细说明燃料喷嘴2000。
[0065] 燃烧腔组件1220具有作为进行燃烧的空间的燃烧腔1240，该燃烧腔组件1220包括火焰筒1250及过渡段1260。
[0066] 火焰筒(liner)1250配置在燃料喷嘴组件1230的下游侧并且以火焰筒内环1251与火焰筒外环1252的双重结构形成。亦即，能以火焰筒外环1252包裹火焰筒内环1251的双重结构形成。此时，火焰筒内环1251是内部中空的管型构件，火焰筒内环1251的内部构成燃烧腔1240。压缩空气进入火焰筒外环1252内侧的环形空间内部而冷却火焰筒内环1251。
[0067] 另一方面，过渡段(transition piece)1260位于火焰筒1250的下游侧，过渡段1260能以高速把燃烧腔1240所生成的燃烧气体传输给透平1300。过渡段1260能以过渡段内环1261与过渡段外环1262的双重结构形成。亦即，能以过渡段外环1262包裹过渡段内环
1261的双重结构形成。过渡段内环1261也和火焰筒内环1251一样地以内部中空的管型构件形成，并且以随着从火焰筒1250接近透平1300侧其直径逐渐减小的形状形成。此时，火焰筒内环1251与过渡段内环1261能凭借板簧
密封件(plate spring seal)(未图示)相互结合。
火焰筒内环1251与过渡段内环1261的各端部各自固定在燃烧器1200与透平1300侧，因此板簧密封件具有能够收容因热膨胀所致长度与直径的伸长的结构并且支持火焰筒内环1251与过渡段内环1261。
[0068] 以火焰筒外环1252与过渡段外环1262包裹火焰筒内环1251与过渡段内环1261的结构形成，压缩空气能进入火焰筒内环1251与火焰筒外环1252之间的环形空间、和过渡段内环1261与过渡段外环1262之间的环形空间内。如前所述地进入环形空间的压缩空气能冷却火焰筒内环1251与过渡段内环1261。
[0069] 另一方面，燃烧器1200所生成的高温高压燃烧气体通过火焰筒1250及过渡段1260被供应到透平1300。燃烧气体在透平1300进行绝热膨胀的过程中和透平1300的旋转轴上呈辐射形配置的多个动叶碰撞而施加反作用力，由此使得燃烧气体的热能转换成使旋转轴旋转的机械能。得自透平1300的机械能的一部分被供应给压气机作为压缩空气时所需要的能量使用，其余则作为有效能量予以运用，例如用来驱动发电机生产电力。
[0070] 下面结合附图说明本发明一个实施例的燃料喷嘴。
[0071] 本发明一个实施例的燃料喷嘴2000包括注入缸2100、旋流器2200及多孔板2300。
[0072] 注入缸2100供应燃料而使燃料和空气预混，其单向延伸形成。注入缸2100通常以圆筒形形成，但不限定于此，本发明的实施例则例示了圆筒形注入缸2100。
[0073] 注入缸2100内部形成有使燃料与空气混合的空间，燃料与空气沿着注入缸2100的长度方向流动的过程中混合。注入缸2100形成有空气流入其内部的空气流入口2110、以及空气和燃料混合后排出的排放口2120。排放口2120可形成于注入缸2100的下游一端，本实施例则例示了其形成于圆筒形注入缸2100的底面。
[0074] 端盖板1231在构成燃料喷嘴组件1230外墙的喷嘴
外壳1232的端部和喷嘴外壳1232结合而密封喷嘴外壳1232，其可以和向注入缸2100供应燃料的
歧管及相关
阀门等结合。而且，端盖板1231支持喷嘴外壳1232内排列的燃料喷嘴2000。燃料喷嘴2000则通过配置在注入缸2100一端的喷嘴凸缘2400固定到端盖板1231。
[0075] 燃料通过燃料喷射器(fuel injector)(未图示)经由端盖板1231流入并且沿着燃料喷嘴2000的注入缸2100的长度方向移动并喷射到燃烧腔1240。
[0076] 护罩(shroud)2500形成为和注入缸2100隔离并且沿着长度方向包围注入缸2100，从而构成了使燃料与空气经过的流路。护罩2500沿着注入缸2100的延伸方向延伸形成，优选地，和注入缸2100具备同
心轴并且和注入缸2100隔离一定间距地包围注入缸2100。本发明的实施例则例示了圆筒形护罩2500。此时，由注入缸2100与护罩2500形成的流路的截面可以是环形。
[0077] 旋流器(swirler)2200在注入缸2100中间部位的外周面呈辐射形地排列，使流入护罩2500与注入缸2100之间的空间的燃料流体发生旋转流动。旋流器2200可以在其内部连通注入缸2100的内部空间而形成流路。流入注入缸2100内部的燃料经过旋流器2200内部的连通流路后通过连通旋流器2200内外部的流出口2210排放。
[0078] 图4是示出本发明一个实施例的燃料喷嘴的立体图，图6是沿着图5所示A-A'线剖切的剖视图，图7至图10则示出了多孔板的各种变形例。
[0079] 在现有的燃料喷嘴中燃料流体通过旋流器2200的过程中发生旋转流动，该旋转流动使得旋流器2200周边的压力减少。这样减少的压力成为导致燃烧腔1240所生成的火焰往燃料喷嘴方向逆行的回火(flashback)现象的原因，回火现象则导致燃料喷嘴劣化。
[0080] 本发明的实施例的燃料喷嘴在旋流器2200的下游侧安装多孔板2300，而防止因为旋流器2200周边的压力减少而发生的回火现象。
[0081] 多孔板2300包括防止燃烧腔1240所生成的火焰逆行到燃料喷嘴内部的板本体2310。此外，多孔板2300可包括多个流动孔2320，该多个流动孔2320具备预设大小及预设形状以不阻碍燃料流体的流动。
[0082] 多孔板2300在注入缸2100的外周面延伸形成而和护罩2500的内周面相接。附图中虽然和护罩2500的内周面相接地形成，但不限定于此，可以和护罩2500的内周面间隔预设间距地形成。能根据旋流器2200周边的压力减少量而进行调节。亦即，旋流器2200周边的压力减少量较大时发生回火现象的可能性比较大，因此可以使多孔板2300和护罩2500的内周面之间的间距减少地形成。与此相反地，旋流器2200周边的压力减少量较小时，多孔板2300可以和护罩2500的内周面之间维持较大间距地形成。
[0083] 如图5所示，多个流动孔2320能以辐射方向均匀地形成；如图6所示，多个流动孔2320能以对应于燃料流体流动方向的一直线形成。流动孔2320以一直线形成时对流入护罩
2500与注入缸2100之间的空间的燃料流体赋予直进性而使空气流动更顺畅。
[0084] 而且，如图7所示，多个流动孔2320可以沿着和燃料流体的流动方向构成预设角度的斜线方向形成。流动孔2320以斜线方向形成时，能对流入护罩2500与注入缸2100之间的空间的燃料流体赋予螺旋形状的旋转性而使燃料流体顺利混合。多个流动孔2320以斜线方向形成时能以各种角度形成，能如图8所示地使流动孔2320的虚拟延长线相遇地形成。
[0085] 而且，如图9所示，多个流动孔2320能以具备转向点t的曲线形状形成。流动孔2320以具备转向点t的曲线形状形成时，流入流动孔2320的燃料流体的流动方向会在转向点t朝相反方向转向，从而赋予强力的螺旋形状的旋转性而使燃料流体顺利混合。
[0086] 而且，多个流动孔2320能各自具备不同直径地形成。例如，如图10所示，从多孔板2300的内周面越往外周面方向其直径越大。这样就能诱导多孔板2300外周面侧的燃料流体的流动变大。
[0087] 为了说明方便起见，图5至图10例示了多个流动孔2320以辐射方向形成，但多个流动孔2320也能不以呈辐射方向形成而以直线方向形成或在具备任何形状的方向形成或在无具名形状的任何
位置形成。
[0088] 接着，下面结合图11至图13说明本发明的另一个实施例的燃料喷嘴。如图所示，本发明的另一个实施例的燃料喷嘴包括注入缸2100、旋流器2200、喷嘴凸缘2400、护罩2500及多孔板2302。
[0089] 由于针对注入缸2100、旋流器2200、喷嘴凸缘2400、护罩2500等的说明内容和前述的一个实施例相同，因此将省略其详细说明。
[0090] 如图11所示，本发明的另一个实施例的燃料喷嘴包括多个多孔板2302。多孔板2302包括前述一个实施例的多孔板2300中的至少某一个，本实施例则有至少2个的多孔板
2302在注入缸2100的外周面延伸形成而和护罩2500的内周面相接。
[0091] 如图12所示，形成多个多孔板2302，在各个多孔板2302上流动孔2320以对应于燃料流体流动方向的一直线形成时，对流入护罩2500与注入缸2100之间的空间的燃料流体反复赋予直进性而使得空气流动顺畅。
[0092] 另一方面，如图13所示，形成多个多孔板2302，在各个多孔板2302上流动孔2320沿着和燃料流体的流动方向构成预设角度的斜线方向形成时，对流入护罩2500与注入缸2100之间的空间的燃料流体反复赋予旋转性而使得燃料流体更顺畅地混合。
[0093] 而且，图11至图13的燃料喷嘴包括多个多孔板2302，因此即使直接面对燃烧腔1240的多孔板2302a由于回火现象积累而损伤时也能凭借形成于其后续位置的多孔板
2302b防止回火现象。
[0094] 接着，下面结合图14说明本发明的再一个实施例的燃料喷嘴。如图所示，本发明的再一个实施例的燃料喷嘴包括注入缸2100、旋流器2200、喷嘴凸缘2400、护罩2500及多孔板2303、2304。
[0095] 由于针对注入缸2100、旋流器2200、喷嘴凸缘2400、护罩2500等的说明内容和前述的一个实施例相同，因此将省略其详细说明。
[0096] 如图14所示，本发明的再一个实施例的燃料喷嘴包括多个多孔板2303、2304。
[0097] 多孔板2303与多孔板2304包括前述一个实施例的多孔板2300中的至少某一个，本实施例中直接面对燃烧腔1240的多孔板2303在注入缸2100的外周面延伸形成而和护罩2500的内周面相接，配置在其后面的多孔板2304则和护罩2500的内周面按照预设距离隔离地形成。整体上，多孔板2304以下列方式形成，越接近燃烧腔1240方向其直径越大。
[0098] 如前所述，通过以越接近燃烧腔1240方向其直径越大的方式形成多孔板2303、2304，得以确保流入护罩2500与注入缸2100之间的空间的燃料流体的流动通路，使空气流动顺畅，即使直接面对燃烧腔1240的多孔板2303由于回火现象积累而损伤时也能凭借形成于其后续位置的多孔板2304防止回火现象。亦即，除非多孔板2303完全损坏，否则能凭借多孔板2303一定程度地防止回火，向多孔板2303的受损部位传递的回火则能由多孔板2304予以阻止。此时，即使多孔板2304没有完全
覆盖护罩2500与注入缸2100之间的空间也无妨。
[0099] 本实施例与本说明书的附图只是用来明确说明本发明所包含的技术思想的一部分而已，只要
本技术领域的技术人员能从本发明的说明书及附图所包含的技术思想的范围内类推出来的各种变形例和具体实施例均应阐释为属于本发明的权利范围。
[0100] 符号说明
[0101] 1100：压气机 1200：燃烧器
[0102] 1210：燃烧器模块 1220：燃烧腔组件
[0103] 1230：燃料喷嘴组件 1300：透平
[0104] 2000：燃料喷嘴 2100：注入缸
[0105] 2200：旋流器 2300：多孔板
[0106] 2400：喷嘴凸缘 2500：护罩
