专利名称：气动力燃料喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及燃气涡轮发动机，且更特别地涉及ー种带有用于延迟稀薄喷射和调低(turndown)的三级旋流器的气动カ燃料喷嘴。
背景技术：
干燥低NOx技术可以用于利用环形燃烧系统等的エ业燃气轮机中的气体燃料燃烧的排放控制。这些已知的干燥低NOx燃烧系统提供了燃料和空气的预混，用于具有相对恒定的反应区温度的大体一致的燃烧速度。通过精细的空气管理，这些反应区温度可以被优化以产生非常少的氮氧化物(“NOx”)，一氧化碳(“CO”)，未燃烃(“UHC”)，以及其他类型的不期望的排放物。具体地说，当改变进入涡轮的燃料输入吋，中心预混燃料喷嘴的调节通过允许外喷嘴的燃料-空气比和对应的反应速度保持相对恒定而可以扩大操作范围。燃料分级允许具有均衡放热的更高的涡轮入口温度。轴向分级的系统通常采用沿 燃烧器流道的多个燃料喷射平面。虽然在材料和传热方法方面有进步，但对于在满负荷条件下产生低的氮氧化物排放，当前的燃烧器设计仍然受到挑战。同样地，部分负荷条件下的一氧化碳排放在降低燃烧点火温度方面形成挑战。通过仅仅点燃选定的喷嘴，邻近的未点燃喷嘴可能抑制该反应并产生ー氧化碳。该点燃的喷嘴也可能导致燃烧器衬套中的显著热应カ从而缩短元件寿命。因此存在对于改进的燃料喷嘴和燃烧器设计和/或分级其中的燃料的方法使得降低燃料温度峰值的需求。此类改进的设计应该以氮氧化物、一氧化碳和其他类型排放物的对应低产量而保持充足的系统输出和效率。
发明内容
因此本申请以及所得到的专利提供了ー种用于涡轮发动机的燃烧器。该燃烧器可以包括多个燃料喷嘴，且燃料喷嘴的一个或更多包括ー种旋流器组件。该旋流器组件可以包括多个级，这些级具有多个供给燃料的结构和多个不供给燃料的结构。本申请以及所得到的专利还提供了操作ー种用于延迟稀薄喷射的燃烧器的方法。该方法可以包括以下步骤提供空气流至燃料喷嘴，提供燃料流通过旋流器组件的ー个或多个供给燃料的结构，使通过旋流器组件的多个级的空气流和燃料流旋流，形成用于低排放的燃料喷嘴周围的主回流区，以及形成用于高温的燃料喷嘴下游的辅回流区。本申请以及所得到的专利还提供了一种用于与燃烧器一起使用的旋流器组件。该旋流器组件可以包括多个级，多个叶片，以及多个块。每ー级都可以包括一个或更多叶片和/或块。当结合若干附图和所附权利要求查看以下具体实施方式
后，本申请和所得到的专利的这些和其他特征以及改进对于本领域普通技术人员将变得明显。
图I是已知燃气涡轮发动机的示意图。图2是已知燃烧器的示意性剖面图。图3是图2的燃烧器的端盖和燃料喷嘴组件的示意性正视图。图4是具有可如本文描述的旋流器的燃料喷嘴的部分侧面剖视图。图5是具有可如本文描述的旋流器的备选实施例的燃料喷嘴的部分侧面剖视图。图6是图4的燃料喷嘴的旋流器的径向实施例的正面俯视图。图7是图4的燃料喷嘴的旋流器的块实施例的示意图。图8是图7的旋流器的块实施例的部分侧视图。 部件列表10燃气涡轮发动机15压缩机20空气流25燃烧器30燃料流35燃烧气体流40 涡轮45 轴50 负载55 外壳60 端盖65外喷嘴70中心喷嘴75燃烧区80 外壳85流套筒90 流道95过渡件100燃烧器110燃料喷嘴120中心燃料喷嘴130旋流器组件140 级150 第一级160 第二级170第三级180轴向方向190周向方向200径向叶片210 块
220固定块230活动块240 喷射 ロ245供给燃料 250不供给燃料260富集回流区270稀薄回流区
具体实施例方式现在參看附图，其中贯穿若干视图相似的数字指示相似的部件。图I显示了涡轮机械的示意图，该涡轮机械诸如可为本文描述的燃气涡轮发动机10。该燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机15压缩进入空气流20。该压缩机15输送压缩的空气流20到燃烧器25。燃烧器25混合压缩的空气流20和压缩的燃料流30并点燃该混合物以产生燃烧气体流35。虽然仅显示了单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可以包括任意数目的燃烧器25。燃烧气体流35又输送到涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功通过轴45驱动压缩机15和外部负载50，例如发电机等。燃气涡轮发动机10可以使用天然气，各种类型的合成气，和/或其它类型的燃料。燃气涡轮发动机10可以是许多不同的燃气涡轮发动机中的任何ー个，例如由纽约州斯卡奈塔第的通用电气公司提供的那些燃气涡轮发动机等。燃气涡轮发动机10可以有不同的构造并且可以使用其它类型的部件。其它类型的燃气涡轮发动机也可以用在这里。多个燃气涡轮发动机，其他类型的涡轮，以及其他类型的发电设备也可以一起用在这里。图2和3显不了已知燃烧器25的ー个实例。总体而言,燃烧器包括外壳55。夕卜壳55可以由螺栓固定到润轮40上或者用其它方式附接。外壳55的一端可以由端盖60包围。端盖60接纳用于供给气体燃料、液体燃料、空气和水的供给管、集管和相关的阀。该端盖60支撑多个围绕中心喷嘴70的外燃料喷嘴65。此处可使用其它部件及其他构造。燃烧区75可以定位在端盖60下游的外壳55和燃料喷嘴65，70内。燃烧区75可以由燃烧衬套80包围。流套筒85可以围绕燃烧衬套80并且在其间限定流道90。来自压缩器15的空气流20流经该流道90，在端盖60周围转向，并且流入燃料喷嘴65，70。过渡件95可以在外壳55的下游端周围延伸。过渡件95可与涡轮10连通，用于向那里引导燃烧气体流35。此处可以使用其它部件及其它构造。燃烧器25可以兼容延迟稀薄喷射。延迟稀薄喷射兼容的燃烧器可以是具有超出大约2，500华氏度(大约1，371摄氏度)的出ロ温度，或者处理具有比例如甲烷更具反应性，具有大于大约10毫秒的热端驻留时间的组分的燃料的任一种燃烧器。延迟稀薄喷射兼容燃烧器的实例包括由纽约州斯卡奈塔第的通用电气公司提供的DLN-I ( “干燥-低NOx”)燃烧器，DLN-2燃烧器，和DLN-2. 6燃烧器。此处可使用其它类型的延迟稀薄喷射兼容燃烧器。此类延迟稀薄喷射兼容燃烧器具有定位在过渡件95周围或者其它位置用于燃料分级等的多个燃料喷射器(未示出)。然而，这些下游燃料喷射器可能増加燃烧器25的总体复杂性。此处可使用其它部件及其它构造。图4示出了可如本文所述的燃烧器100的一部分的实例。燃烧器100包括多个燃料喷嘴110。可以使用任意数量的燃料喷嘴110。在此实例中，至少ー个中心喷嘴120可以包括旋流器组件130。旋流器组件130可以是具有三个级140的旋流器。三个级140因此包括第一级150，第二级160，和第三级170。此处可使用任意数量的级140。级140可如图4中所示沿轴向方向180定位，如图5中所示沿周向方向190定位，或者沿它们的组合定位。外旋流器可以具有漩涡数S3 > 0. 6，并且内旋流器可以具有漩涡数S2 > S3且漩涡数SI >S3。漩涡数表征具有大于表示良好回流的漩涡数0.6的燃烧器回流。此处可使用其它部件和其它构造。旋流器组件130的级140可以采取多种不同形式。例如，旋流器130可以包括如图6中所示的多个径向叶片200，如图7中所示的多个块210，和/或它们的组合。此处也可采用其它形状。在图7的块实施例中，可以采用多个固定块220和多个活动块230，以便提供一种可变的旋流器。在任一实施例中，对于供给燃料的结构245可如图8中所示采用多个喷射ロ 240。喷射ロ 240可以在径向、轴向和/或周向方向上定位。例如，在图7的叶片200中可以用三个(3)不同的方向。该叶片200和块210也可以是不供给燃料的结构250。此处可使用其它构造及其它部件。 叶片200和块210的组合可以一起使用。具体地说，此处可使用具有不同类型的叶片200，块210，或其它形状的不同类型旋流器。下列图表示出了旋流器组件130的不同
实施例的若干实例
权利要求
1.ー种用于涡轮发动机(10)的燃烧器(100)，包括 多个燃料喷嘴(110);和 所述多个燃料喷嘴(110)的一个或更多包括旋流器组件(130)； 其中所述旋流器组件(130)包括多个级(140);以及 其中所述多个级(140)包括多个供给燃料的结构(245)和多个不供给燃料的结构(250)。
2.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个燃料喷嘴(110)包括中心燃料喷嘴(120)。
3.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个级(140)包括第一级(150)，第二级(160)，和第三级(170)。
4.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个级(140)在轴向方向(180)上延伸。
5.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个级(140)在周向方向(190)上延伸。
6.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个级(140)包括多个径向叶片(200)。
7.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个级(140)包括多个块(210)。
8.如权利要求7所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个块(210)包括多个固定块(220)和多个活动块(230)。
9.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个供给燃料的结构(245)包括多个径向叶片(200)和多个块(210)。
10.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个供给燃料的结构(245)包括多个喷射ロ(240)。
11.如权利要求10所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个喷射ロ(240)包括轴向方向(180)和/或周向方向(190)。
12.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述燃烧器还包括所述多个燃料喷嘴(110)周围的主回流区(260)和所述多个燃料喷嘴(110)下游的辅回流区(270)。
13.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个供给燃料的结构(245)包括多个叶片(200)。
14.如权利要求I所述的燃烧器(100)，其特征在于，所述多个供给燃料的结构(245)包括多个活动块(230)。
15.ー种操作用于延迟稀薄喷射的燃烧器(100)的方法，包括 提供空气流(20)至燃料喷嘴(110)； 提供燃料流(30)通过旋流器组件(130)的一个或更多供给燃料的结构(245)； 使所述空气流(20)和所述燃料流(30)通过所述旋流器组件(130)的多个级(140)旋流； 形成用于低排放的所述燃料喷嘴(110)周围的主回流区(260);和 形成用于高温的所述燃料喷嘴(110)下游的辅回流区(270)。
全文摘要
本发明涉及气动力燃料喷嘴，具体而言，本申请和所得到的专利提供了一种用于涡轮发动机(10)的燃烧器(100)。该燃烧器(100)可包括多个燃料喷嘴(110)，且其中一个或多个燃料喷嘴(110)包括旋流器组件(130)。旋流器组件(130)可包括具有多个供给燃料的结构(245)和多个不供给燃料的结构(250)的多个级(140)。
文档编号F23R3/28GK102809176SQ20121017923
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月20日 优先权日2011年4月22日
发明者J·M·海恩斯 申请人:通用电气公司