專利名稱：低排放且抗回火的燃燒管及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及用來(lái)在利用旋流穩(wěn)定(swirl-stabilized)的噴嘴的干式低 NOx(DLN)燃燒器中降低氮氧化物(NOx)的排放的燃燒管和裝置。
背景技術(shù)：
燃燒器是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件，在其中發(fā)生燃料和空氣的燃燒。燃燒產(chǎn)生熱能 量，渦輪機(jī)葉片利用該熱能量來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。燃燒過(guò)程導(dǎo)致例如氮氧化物(NOx)的不希望的 副產(chǎn)物的形成，它們作為污染物被排到大氣中。最近，已經(jīng)采取努力來(lái)減少NOx排放物的 量，使得燃燒器較少污染。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用來(lái)向燃燒器提供可燃物質(zhì)的燃燒管，并且該 燃燒管包括環(huán)形護(hù)罩和中心體，中心體具有限定在其中的空腔，布置在環(huán)形護(hù)罩中以形成 環(huán)形通路，該環(huán)形通路在其尾部部分處與燃燒器的燃燒區(qū)域可連通，并且包括前部部分，在 前部部分中將燃料注入該環(huán)形通路。中心體包括在一位置處具有限定在其中的通道的表 面，空氣通過(guò)該通道從空腔供給至環(huán)形通路，該位置在燃料注射的下游并且在燃燒區(qū)域的 上游。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用來(lái)向燃燒器提供可燃物質(zhì)的燃燒管，并且 該燃燒管包括環(huán)形護(hù)罩和中心體，中心體布置在環(huán)形護(hù)罩中以形成環(huán)形通路，該環(huán)形通路 在其尾部部分處與燃燒器的燃燒區(qū)域可連通，并且具有前部部分，在前部部分中將燃料注 入環(huán)形通路。中心體包括在一位置處突入環(huán)形通路的表面，該位置在燃料注射的下游并且 在燃燒區(qū)域的上游。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種裝置，并且該裝置包括燃燒管和燃燒器，可燃 物質(zhì)從該燃燒管輸出，而在該燃燒器的內(nèi)部中燃燒區(qū)域可接收可燃物質(zhì)。該燃燒器包括襯 套壁和端板，端板具有第一徑向部分、第二徑向部分和彎曲部分，第一徑向部分聯(lián)接到襯套 壁的前部端上，燃燒管的尾部端聯(lián)接到第二徑向部分上，而彎曲部分置于第一徑向部分和 第二徑向部分之間。通過(guò)聯(lián)系附圖的如下具體實(shí)施方式
，這些或其它的優(yōu)點(diǎn)及特征將變得更清楚。


在說(shuō)明書所附的權(quán)利要求書中，特別地指出并且清楚地要求保護(hù)被認(rèn)為是本發(fā)明 的主題。通過(guò)聯(lián)系附圖的如下具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的前述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)是明顯的，在 其中圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有空氣注射通路的燃燒管和燃燒器的側(cè)面截面圖；圖2A和圖2B是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的具有空氣注射通路的燃燒管和燃燒器的側(cè)面 截面圖3A和圖3B是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的具有起伏的(contoured)中心體的燃燒管和 燃燒器的側(cè)面截面圖；圖4是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的具有空氣注射通路和起伏的中心體的燃燒管的側(cè)面 截面圖；以及圖5是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的燃燒管和燃燒器的側(cè)面截面圖。參考附圖，具體實(shí)施方式
經(jīng)由示例解釋了本發(fā)明的實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)及特征。部件列表10燃燒管11尾部部分20燃燒器21燃燒區(qū)域22環(huán)形襯套壁23 端板24第一徑向部分25第二徑向部分26彎曲部分27角落回流區(qū)域28主回流區(qū)域30環(huán)形護(hù)罩31尾部部分40中心體42中心體頂端50環(huán)形通路51 入口52前部部分54尾部部分60燃料注射器61燃料注射孔62旋流導(dǎo)葉70 空腔80 表面81 通道82同心環(huán)形通道83線性布置通道84交錯(cuò)通道90第二通道100 閥110控制裝置130 輪廓
131向外定向展開部分132 隆起140 裝置150凸出環(huán)形空間
具體實(shí)施例方式參考圖1，提供了一種用來(lái)向燃燒器20提供可燃物質(zhì)的燃燒管10。該燃燒管10 可包括預(yù)混合噴嘴，該預(yù)混合噴嘴預(yù)混合燃料和空氣混合物并且包括尾部部分11，燃料和 空氣混合物在尾部部分11處離開燃燒管10并進(jìn)入燃燒器20。就是說(shuō)，空氣和燃料在燃燒 管10中預(yù)混合并且向該尾部部分11行進(jìn)。燃燒器20聯(lián)接到該尾部部分11上并且包括燃 燒區(qū)域21，在燃燒區(qū)域21中限定主回流區(qū)域28。在正常的動(dòng)力產(chǎn)生操作期間，該燃燒器20 可接收在主回流區(qū)域28的鄰近經(jīng)歷燃燒的可燃物質(zhì)，主回流區(qū)域28充當(dāng)用于燃燒反應(yīng)的 空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定機(jī)構(gòu)。在燃燒器20的端壁的鄰近可有角落回流區(qū)域27。作為燃燒的結(jié)果，NOx排放物以濃聚物(concentrations)的形式產(chǎn)生，該濃聚物 取決于由燃燒產(chǎn)物所達(dá)到的峰值溫度以及產(chǎn)物在高溫下的駐留時(shí)間。然而如將在以下描述 的，通過(guò)例如降低峰值溫度和/或改變主回流區(qū)域28和角落回流區(qū)域27的其中之一或兩 者的尺寸，可減少NOx排放物的產(chǎn)生。如圖1中所示，燃燒管10包括環(huán)形護(hù)罩30和延長(zhǎng)的中心體40。該環(huán)形護(hù)罩30可 通常為圓柱形并且包括通向燃燒區(qū)域21的尾部部分31。中心體40以與環(huán)形護(hù)罩30相似 的方式成形并且布置在環(huán)形護(hù)罩30內(nèi)。該中心體40在其末端處又包括中心體頂端42，該 頂端42通常定位在尾部部分31的稍微靠前處。中心體40和環(huán)形護(hù)罩30形成環(huán)形通路50。壓縮空氣在成喇叭口形狀的入口 51 處從圍繞燃燒管10的多個(gè)部分的高壓氣室進(jìn)入該環(huán)形通路50。壓縮空氣然后朝燃燒區(qū)域 21向尾部行進(jìn)。包括居中的燃料注射孔61和旋流導(dǎo)葉62的燃料注射器60布置在環(huán)形通 路50的前部部分52處，使得由燃料注射器60注入環(huán)形通路50的燃料與壓縮空氣預(yù)混合 以形成燃料_空氣混合物。該環(huán)形通路50在環(huán)形通路50的尾部部分54處與燃燒器20的 燃燒區(qū)域21可連通。中心體40形成有限定在其中的空腔70，并且還包括表面80。該表面80形成中心 體40的外表面，并且在一位置處具有限定在其中的通道81，該位置在燃料注射的位置的下 游且在燃燒區(qū)域21的上游?？涨?0提供另外的中心側(cè)(hub-side)空氣供給，該中心側(cè)空 氣通過(guò)例如注射穿過(guò)通道81被供給至環(huán)形通路50?？梢砸愿鞣N形狀和尺寸形成通道81并且可以以各種樣式提供通道81。如在圖1 中所示，該通道81可包括同心的環(huán)形通道82，該環(huán)形通道82圍繞中心體40的圓周延伸。 在一個(gè)備選的示例中，如在圖2A中所示，該通道81在數(shù)量上可以為多個(gè)。這里，通道83圍 繞中心體40大體上線性地排列。在又一個(gè)備選的示例中，如在圖2B中所示，通道81在數(shù) 量上可再次為多個(gè)，且通道84圍繞中心體40排列成交錯(cuò)形式。在將中心側(cè)空氣注入環(huán)形通路50的情況下，帶入回流區(qū)域的可燃物的局部燃料 對(duì)空氣比降低。因此，作為該局部燃料對(duì)空氣比的函數(shù)的NOx的形成也減少。另外，因?yàn)樵?中心體頂端42附近的燃料集中由于中心側(cè)空氣的注入而相對(duì)低，所以避免了邊界層回火。
在數(shù)字模擬中，已經(jīng)觀察到少量的中心側(cè)空氣注射不會(huì)可覺(jué)察地改變?nèi)紵?0 中的流場(chǎng)。但是NOx排放物已經(jīng)被大量減少。另外，除其它因素外，NOx形成的量強(qiáng)烈地取 決于穿過(guò)通路70的中心側(cè)空氣注射的量。還可將護(hù)罩側(cè)空氣注入環(huán)形通路50。為此，環(huán)形護(hù)罩30包括限定在其中的第二通 道90，護(hù)罩側(cè)空氣穿過(guò)該第二通道90向環(huán)形通路50行進(jìn)?？梢砸耘c通道81相似或不同的 方式形成第二通道90?？身憫?yīng)于當(dāng)前狀況，自動(dòng)地控制從空腔70供給至環(huán)形通路50的一些空氣。就是 說(shuō)，閥100可聯(lián)接到空腔70上并且可由聯(lián)接到閥100上的控制裝置110控制來(lái)打開或關(guān)閉， 并且從而允許增加量的空氣流入空腔70或者從而引起空氣的量的減少。該控制裝置110 可包括具有其上存儲(chǔ)了可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器的處理單元，當(dāng)指令被執(zhí)行時(shí)引起處理單元分 析當(dāng)前狀況并且相應(yīng)地控制通過(guò)閥100的流。當(dāng)前狀況可以是燃燒管10和燃燒器20內(nèi)的 壓力和/或溫度。聯(lián)接到控制裝置110上的熱電偶和/或壓力計(jì)可被布置在燃燒管10和 燃燒器20內(nèi)的若干位置處，使得能夠?qū)毫?或溫度讀數(shù)傳輸至處理單元。參考圖3A和圖3B，表面80可包括輪廓130。如在圖3A中所示，輪廓130可包括 向外定向展開部分131，并且如在圖3B中所示，該輪廓130可包括布置在表面80上的隆起 132。對(duì)于該向外定向展開部分131，數(shù)字模擬已經(jīng)顯示主回流區(qū)域28的尺寸能夠隨燃燒區(qū) 域峰值溫度的顯著下降而被改變。這已經(jīng)被觀察到轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的NOx排放物的大量減少。參考圖4，在一個(gè)實(shí)施例中，穿過(guò)表面80的通道81和表面80的輪廓130可一起使 用。在這種情況下，改變主回流區(qū)域28的尺寸和峰值溫度顯著降低的組合效果導(dǎo)致顯著的 NOx排放物減少。參考圖5，提供一種裝置140，其包括燃燒管10和燃燒器20，可燃物質(zhì)從該燃燒管 10輸出，而在該燃燒器20內(nèi)部中燃燒區(qū)域21可接收可燃物質(zhì)。該燃燒器20包括環(huán)形襯套 壁22和端板23。該端板23具有第一徑向部分24、第二徑向部分25和彎曲部分26，第一徑 向部分24聯(lián)接到襯套壁22的前部端上，燃燒管10的尾部部分11聯(lián)接到第二徑向部分25 上，而彎曲部分26置于第一徑向部分24和第二徑向部分25之間。以這種構(gòu)造，端板23的 朝內(nèi)的表面限定與燃燒器20的燃燒區(qū)域21可連通的凸出環(huán)形空間150。該凸出環(huán)形空間 150可被設(shè)計(jì)成為角落回流區(qū)域27提供選定的尺寸，以便導(dǎo)致NOx形成的減少。盡管未在圖5中顯示，但需要理解的是裝置140的燃燒管10可包括任何或全部以 上所描述的特征。類似地，還需理解的是在圖1-4中圖示的實(shí)施例還可包括在圖5中顯示 的特征。同樣地，雖然圖1顯示了一個(gè)燃燒管10，但本文描述的本發(fā)明擴(kuò)展至其中可利用多 個(gè)燃燒管以向燃燒器20提供可燃物質(zhì)的實(shí)施例。雖然已聯(lián)系僅有限數(shù)量的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但應(yīng)該容易理解的是 本發(fā)明不限于此類公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可被修改以結(jié)合迄今未描述、但與本發(fā)明的 精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、變更、替代或等同裝置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明 的各種實(shí)施例，但應(yīng)該理解的是本發(fā)明的各方面可僅包括其中一些所描述的實(shí)施例。因此， 本發(fā)明不應(yīng)視作被前面的描述限制，而是僅被所附權(quán)利要求書的范圍限制。
權(quán)利要求
一種用來(lái)向燃燒器(20)提供可燃物質(zhì)的燃燒管(10)，包括環(huán)形護(hù)罩(30)；以及中心體(40)，其具有限定在其中的空腔(70)，所述中心體(40)布置在所述環(huán)形護(hù)罩(30)內(nèi)以形成環(huán)形通路(50)，所述環(huán)形通路(50)在其尾部部分(54)處與所述燃燒器(20)的燃燒區(qū)域(21)可連通，并且包括前部部分(52)，在所述前部部分(52)中將燃料注入所述環(huán)形通路(50)，所述中心體(40)包括表面(80)，其在一位置處具有限定在其中的通道(81)，空氣穿過(guò)所述通道(81)從所述空腔(70)被供給至所述環(huán)形通路(50)，該位置在燃料注射的下游并且在所述燃燒區(qū)域(21)的上游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒管(10)，其特征在于，所述環(huán)形護(hù)罩(30)具有限定在其 中的第二通道(90)，空氣穿過(guò)所述第二通道(90)被供給至所述環(huán)形通路(50)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒管(10)，其特征在于，所述通道(81)為多個(gè)，并且圍繞 所述中心體(40)大體上線性地排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒管(10)，其特征在于，所述通道(81)為多個(gè)，并且圍繞 所述中心體(40)以交錯(cuò)形式排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒管(10)，其特征在于，所述通道(81)包括同心的環(huán)形通 道(82)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒管(10)，其特征在于，所述表面(80)包括向外的展開部 分(131)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒管(10)，其特征在于，所述表面(80)包括隆起(132)。
8.一種用來(lái)向燃燒器(20)提供可燃物質(zhì)的燃燒管(10)，包括環(huán)形護(hù)罩(30)；以及中心體(40)，其布置在所述環(huán)形護(hù)罩(30)內(nèi)以形成環(huán)形通路(50)，所述環(huán)形通路(50)在其尾部部分(54)處與所述燃燒器(20)的燃燒區(qū)域(21)可連通，并且具有前部部分 (52)，在所述前部部分(52)中將燃料注入所述環(huán)形通路(50)，所述中心體(40)包括表面(80)，其在一位置處突入所述環(huán)形通路(50)，該位置在燃料注射的下游并且在所 述燃燒區(qū)域(21)的上游。
9.一種裝置(140)，包括:燃燒管(10)，可燃物質(zhì)從其輸出；以及燃燒器(20)，在其內(nèi)部中燃燒區(qū)域(21)可接收可燃物質(zhì)，所述燃燒器(20)包括襯套壁(22)，以及端板(23)，所述端板(23)具有第一徑向部分(24)、第二徑向部分(25)和彎曲部分 (26)，所述第一徑向部分(24)聯(lián)接到所述襯套壁(22)的前部端上，所述燃燒管(10)的尾 部端聯(lián)接到所述第二徑向部分(25)上，而所述彎曲部分(26)置于所述第一徑向部分(24) 和所述第二徑向部分(25)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(140)，其特征在于，所述端板(23)的朝內(nèi)的表面限定 凸出環(huán)形空間(150)，所述凸出環(huán)形空間(150)與所述燃燒器(20)的所述燃燒區(qū)域(21)可 連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及低排放且抗回火的燃燒管及裝置，具體而言，提供一種向燃燒器(20)提供可燃物質(zhì)的燃燒管(10)，并且燃燒管(10)包括環(huán)形護(hù)罩(30)和中心體(40)，中心體(40)具有限定在其中的空腔(70)，布置在環(huán)形護(hù)罩(30)中以形成環(huán)形通路(50)，該環(huán)形通路(50)在其尾部部分(54)處與燃燒器(20)的燃燒區(qū)域(21)可連通，并且包括前部部分(52)，在其中將燃料注入環(huán)形通路(50)。中心體(40)包括在一位置處具有通道(81)的表面(80)，將空氣從空腔(70)通過(guò)該通道(81)供給至環(huán)形通路(50)，該位置在燃料注射的下游并且在燃燒區(qū)域(21)的上游。還提供中心體(40)的輪廓。
文檔編號(hào)F23D14/00GK101858597SQ20101016225
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者A·K·維, C·B·維爾庫(kù)爾, R·辛赫 申請(qǐng)人:通用電氣公司