專利名稱：燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器火焰穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器。更具體地，本發(fā)明涉及布 置于燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器的燃料噴嘴處的火焰穩(wěn)定器，籍此燃燒器能夠 使用更貧乏的預(yù)混燃料氣體混合物運(yùn)行，而導(dǎo)致更低的一氧化氮排放。
背景技術(shù)：
典型地，燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器具有主燃料噴嘴和輔助燃料噴嘴。此
類燃燒器具有四種運(yùn)行模式，即主模式，貧燃-貧燃才莫式(lean-lean)， 輔助模式，和預(yù)混模式。主模式用于僅將燃料輸送至主噴嘴時(shí)燃燒器 的點(diǎn)火。在貧燃-貧燃模式，輔助噴嘴也被點(diǎn)燃，且燃料被輸送至主噴 嘴和輔助噴嘴。在輔助模式，燃料僅被輸送至輔助噴嘴，從而在主噴 嘴處熄滅火焰。而在預(yù)混模式，燃料被輸送至主噴嘴和輔助噴嘴，但 是火焰僅存在于輔助噴嘴區(qū)域，且預(yù)混的燃料氣體混合物被優(yōu)化以獲 得包括降低的一氧化氮排放在內(nèi)的理想性能。
為了尋求降低燃燒器的一氧化氮排放，燃燒器常工作在貧燃條件 下。然而，在貧燃條件下工作有貧燃熄火的危險(xiǎn)。當(dāng)工作在貧燃條件 下并發(fā)生變化如流擾動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生貧燃熄火。如上所討論的，熄火 導(dǎo)致燃燒室轉(zhuǎn)回貧燃-貧燃模式或甚至停機(jī)，并相應(yīng)導(dǎo)致重轉(zhuǎn)換至預(yù)混 模式或要求重新點(diǎn)火。為了避免貧燃熄火，許多燃燒器運(yùn)行在較為富 燃的條件下，但是這些條件導(dǎo)致更高的火焰溫度和更大的一氧化氮排 放。
政府的排放法規(guī)對(duì)于燃?xì)鉁u輪機(jī)的污染排放，如一氧化氮越來越 關(guān)注。美國專利No. 6,026,644公開了具有促使形成所需火焰形狀的湍 流促進(jìn)器的凹陷錐形噴嘴。所公開的火焰形狀更為穩(wěn)定，使得其不易 受到流擾動(dòng)的影響，從而允許更貧燃的運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
提出了一種燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，其包含預(yù)混室和燃燒室。預(yù)混室 包括用于進(jìn)氣的至少 一個(gè)開口 。布置至少一個(gè)主燃料噴嘴來將燃料排 入預(yù)混室。從主噴嘴排出的燃料和預(yù)混室內(nèi)的進(jìn)氣混合以提供燃料氣 體混合物。燃燒室定位在預(yù)混室的下游。輔助燃料噴嘴布置成臨近該 燃燒室，以在燃燒室處排放燃料。穩(wěn)定器布置于輔助燃料噴嘴處，以 便當(dāng)輔助燃料噴嘴處的燃料被點(diǎn)燃時(shí)定位成靠近火焰。穩(wěn)定器由具有 從燃燒器中產(chǎn)生的熱流中吸取熱量、并保持足以維持火焰點(diǎn)燃的溫度 的能力的材料構(gòu)成。
還提出了一種用在燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器中的燃料噴嘴，其包括燃料 噴嘴和布置于燃料噴嘴處的火焰穩(wěn)定器，以便當(dāng)燃料噴嘴被點(diǎn)燃時(shí)定 位成靠近火焰。穩(wěn)定器由具有從燃燒器中產(chǎn)生的熱流中吸取熱量、并 保持足以維持火焰點(diǎn)燃的溫度的能力的材料構(gòu)成。
提出了一種穩(wěn)定燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器中的火焰的方法。該方法包括 在燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器的燃燒室處排放燃料，和當(dāng)燃燒室的燃料被點(diǎn)燃 時(shí)將穩(wěn)定器定位于火焰的附近。穩(wěn)定器吸收燃燒器中產(chǎn)生的熱流的熱 量、并保持足以維持火焰點(diǎn)燃的溫度。


圖1為本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例的燃?xì)鉁u4侖^U然燒器系統(tǒng)的簡(jiǎn) 化橫截面視圖；和
圖2為圖1的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器系統(tǒng)的火焰穩(wěn)定器的橫截面視圖。
部件清單
510 燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器 12 燃燒室14 主燃料噴嘴16 輔助燃料噴嘴18 預(yù)混室20 文丘里管22 燃燒器中心線24 壁26 燃燒襯里28 上壁30 下壁32 火焰穩(wěn)定器34 伸長的部件35 表面36 支架38 開口39 表面46 向外伸出的肩部 48 螺纟丈部件 50 進(jìn)口54 燃料% 流控制器6Q 收縮壁62 擴(kuò)張壁具體實(shí)施方式
參見圖1，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器一般地示于 10處。燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器10 —般包括燃燒室12、主燃料噴嘴14(如 此處所示，某些燃?xì)鉁u輪機(jī)在各燃燒器內(nèi)使用多個(gè)噴嘴)、輔助燃料噴 嘴16、環(huán)形預(yù)混室18和文丘里管20。燃燒室12通常是繞燃燒器中 心線22的圓柱形并由壁24和燃燒襯里26閉合。大體上圓柱狀的燃 燒襯里26包括上壁28和下壁30，它們限定了燃燒室12。燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器IO有四種工作模式，即主模式、貧燃-貧燃模 式、輔助模式和預(yù)混模式。主模式用于在燃料54僅被輸送至主噴嘴14的情況下點(diǎn)燃燃燒器 10。氣流通過進(jìn)口 50被供入預(yù)混室18。將會(huì)了解，為了簡(jiǎn)化圖1, 未示出主燃料噴嘴末梢葉片和冷卻回路。燃料54通過燃料流控制器 56被提供給主燃料噴嘴14。之后燃料氣體混合物被火花塞(未示出) 或其它常用點(diǎn)燃裝置點(diǎn)燃，引發(fā)在預(yù)混室18內(nèi)在主燃料噴嘴14處的 燃燒。在貧燃-貧燃模式中，輔助噴嘴16也被點(diǎn)燃，且燃料被分別輸送 至主噴嘴14和輔助噴嘴16。燃料54的大約60%被供應(yīng)給主噴嘴14， 而燃料54的40%被供應(yīng)給輔助燃料噴嘴16。輔助噴嘴16被來自主噴 嘴14的火焰點(diǎn)燃。這產(chǎn)生理想的熱流，使得火焰穩(wěn)定器32的伸長的 部件34被成指數(shù)地加熱。在輔助模式中，燃料54僅被輸送至輔助噴嘴16，從而熄滅主噴 嘴處的火焰。盡管燃燒室12內(nèi)的燃燒以甚至更高的燃燒率持續(xù)，但 一氧化氮排放并沒有減少。而在預(yù)混模式中，燃料54分別被輸送至主噴嘴14和輔助噴嘴16, 但是火焰僅存在于輔助噴嘴16處。然后燃料54的大約80%被在主燃 料噴嘴14中供應(yīng)，而燃料的大約20%被供給輔助燃料噴嘴16。來自 主燃料噴嘴14的燃料54和從進(jìn)口 50引入的氣體混合，以在預(yù)混室 18內(nèi)生成燃料氣體混合物。此燃料氣體混合物未被點(diǎn)燃，并如箭頭 58所示沿下游方向向燃燒室12移動(dòng)。文丘里管20的收縮/擴(kuò)張壁60 和62限制了燃料氣體混合物的流動(dòng)。根據(jù)伯努利原理，當(dāng)氣流經(jīng)過 收縮壁60時(shí)，被文丘里管20引起的流動(dòng)限制會(huì)使得混和物加速，其 中速度的增加伴隨著壓力的降低。相應(yīng)地，這使得燃料氣體混合物加 速進(jìn)入燃燒室12，同時(shí)維持燃燒室12內(nèi)的火焰。燃料氣體混合物在 燃燒室12內(nèi)被輔助燃料噴嘴16處的火焰點(diǎn)燃。極大地增強(qiáng)了燃燒室 12內(nèi)的火焰并由此產(chǎn)生增強(qiáng)的熱流?；鹧娣€(wěn)定器組件32安裝在輔助燃料噴嘴16處。該火焰穩(wěn)定器組 件32利用了燃燒室12中產(chǎn)生的熱流。參見圖2，火焰穩(wěn)定器組件32包括具有大致圓柱體形狀的伸長的 部件34。盡管已示出并描述了大體圓柱體形狀，但將會(huì)懂得，其它的 形狀(如大致圓錐體形狀)也可用于限定部件34而不背離本發(fā)明的精神 或范圍。部件34有著足以伸出輔助燃料噴嘴16并靠近或進(jìn)入火焰的 長度。部件34由任何適用的材料制成，該材料具有逐漸加熱并保持 由熱流產(chǎn)生的高溫的能力。此類材料包括但不限于鴒和鴒合金。部件 34還包括如由表面35限定的向外張開的其一個(gè)末端。大致圓柱體形狀的支架36支撐著部件34，且支架36被固定在輔 助噴嘴16中。支架36具有穿過其中的開口 38，且該開口的一端被制 有螺紋而另一端被制成向內(nèi)漸縮，如由表面39所限定。部件34被插 入支架36的開口 38，以便部件34的表面35和支架36的表面39接 觸或接合。螺紋部件(如，螺釘或螺栓)48被擰入螺紋開口，確保部件 34的表面35和支架36的表面39的接合。支架36還包括向外伸出的 肩部46，該肩部46抵靠輔助燃料噴嘴16支撐組件32。燃燒器10可工作在更為貧燃的條件下以進(jìn)一步減少一氧化氮排 放。由于組件34將對(duì)從輔助燃料噴嘴16排出的燃料提供持續(xù)點(diǎn)火， 貧燃熄火會(huì)顯著地減少。相應(yīng)地，會(huì)有例如流擾動(dòng)之類可能以其它方 式導(dǎo)致熄火的情況；但由于部件34將對(duì)輔助燃料噴嘴16排出的燃料 提供持續(xù)的點(diǎn)火，因此此類熄火將不會(huì)發(fā)生。盡管已示出和描述了優(yōu)選實(shí)施例，仍可在不背離本發(fā)明的宗旨和 范圍的情況下對(duì)本發(fā)明做出不同的改進(jìn)和替換。相應(yīng)地，還應(yīng)懂得已 經(jīng)通過例示而非限制的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(10)，包括包括用于進(jìn)氣的至少一個(gè)開口(50)的預(yù)混室(18)；布置成將燃料(54)排入所述預(yù)混室(18)的至少一個(gè)主燃料噴嘴(14)，其中，從該主燃料噴嘴(14)排出的燃料和所述預(yù)混室(18)內(nèi)的吸入的氣體混合提供燃料氣體混合物；定位于所述預(yù)混室(18)的下游的燃燒室(12)；布置成鄰近所述燃燒室(12)的輔助燃料噴嘴(16)，以在所述燃燒室(12)處排放燃料；以及布置于所述輔助燃料噴嘴(16)處的穩(wěn)定器(32)，以便當(dāng)所述輔助燃料噴嘴(16)處的燃料被點(diǎn)燃時(shí)定位成緊鄰火焰，所述穩(wěn)定器(32)由具有吸收來自所述燃燒器(10)內(nèi)產(chǎn)生的熱流的熱量、并保持足以維持火焰點(diǎn)燃的溫度的能力的材料構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求1種所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(IO),其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(10)還包括定位于所述預(yù)混室(18)和所述燃燒室(12)之間的文丘里管(20)，其中，所述文丘里管(20)限制來自所述預(yù)混室(18)的燃料氣體混合物的流進(jìn)入所述燃燒室(12)，同時(shí)保持所述燃燒室(12)中的火焰。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(IO)，其特征在于，所述穩(wěn)定器(32)包括伸長的部件(34),其在其一端處定位在所述輔助燃料噴嘴(16)處，而在其另一端處向所述燃燒室(12)突出。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(10),其特征在于，所述伸長的部件(34)為大致圓柱體狀或大致圓錐體狀。
5. 如權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(IO)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u4侖^U然燒器(10)還包括支架(36)，其構(gòu)造成支撐在所述輔助燃料噴嘴(16)處，且在所述輔助燃料噴嘴(16)處接合所述伸長的部件(34)的末端，以保持所述伸長的部件(34)。
6. 如權(quán)利要求5所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(10)，其特征在于所述輔助燃料噴嘴(16)處的所述伸長的部件(34)的末端向外張開；且所述支架(36)具有通過其中的開口(38)，且所述開口(38)的一端被為漸縮形，其中該伸長的部件(34)被插過所述支架(36)的所述開口(38)d吏得向外張開的所述伸長的部件(34)的末端和為漸縮形的所述開口(38)的末端接合。
7. 如權(quán)利要求6所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(10)，其特征在于所述支架(36)的另一末端具有帶螺紋的所述開口(38》且還包括螺紋部件(48),其與帶螺紋的開口 (38)接合并將所述伸長的部件(34)固定到支架(36)上。
8. 如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(IO)，其特征在于，所述材料包括鴒或鎢合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器火焰穩(wěn)定器，具體而言，提出了一種燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(10)，其包括定位于預(yù)混室(18)的下游的燃燒室(12)。預(yù)混室(18)包括用于進(jìn)氣的至少一個(gè)開口(50)。至少一個(gè)主燃料噴嘴(14)被布置以將燃料(54)排入預(yù)混室(18)。從主噴嘴(14)排出的燃料和預(yù)混室(18)內(nèi)的進(jìn)氣混合以提供燃料氣體混合物。輔助燃料噴嘴(16)布置在燃燒室(12)附近，用于在燃燒室(12)處排放燃料。穩(wěn)定器(32)布置于輔助燃料噴嘴(16)處，以便當(dāng)輔助燃料噴嘴(16)處的燃料被點(diǎn)燃時(shí)定位成緊鄰火焰。還提出了一種穩(wěn)定燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(10)中的火焰的方法。
文檔編號(hào)F23D14/04GK101514815SQ200910117919
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者D·W·西蒙斯, G·D·邁爾斯, J·勒貝格, L·L·托馬斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司