專利名稱：具有預(yù)噴嘴混合帽蓋組件的燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請主要涉及燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器，且更具體地涉及ー種燃燒器，其具有預(yù)噴嘴混合帽蓋組件以便在燃料噴嘴的上游混合燃料和空氣并具有經(jīng)由其提供的冷卻空氣流。
背景技術(shù)：
在燃氣渦輪發(fā)動機中，操作效率通常隨著燃燒流溫度的上升而提高。然而，較高的燃燒流溫度會產(chǎn)生較高水平的氮氧化物(“NOx”)和其它類型的排放物。此類排放物會受到美國聯(lián)邦法規(guī)和州法規(guī)二者的管制并且在國外還會受到類似法規(guī)的管制。因此，在有效溫度范圍內(nèi)操作燃氣渦輪發(fā)動機同時還確保NOx和其它類型的管制排放物的輸出保持低于規(guī)定水平之間存在平衡行為。若干類型的已知燃氣渦輪發(fā)動機設(shè)計，例如使用干式低NOx( “DLN”)燃燒器的那 些，通常在反應(yīng)或燃燒區(qū)的上游預(yù)混合燃料流和空氣流以便減少經(jīng)由多個預(yù)混合燃料噴嘴的NOx排放物。此種預(yù)混合趨于減少總體燃燒溫度，且因此趨于減少NOx排放物等。然而，預(yù)混合還會引起若干操作問題，例如火焰穩(wěn)定、逆燃、自動點火等。這些問題對于使用高反應(yīng)性燃料而言可能是具體的考慮因素。例如，對于任何相當(dāng)大部分的氫或其它類型的燃料而言，火焰可存在于燃料噴嘴上游的燃燒器頭端中。因此，任何類型的燃料富集氣講(pocket)均會維持火焰并引起燃燒器損壞。其它預(yù)混合問題可歸因于燃料流和空氣流的無規(guī)律性。例如，存在若干流動障礙物會擾亂經(jīng)過流動套筒和襯套之間的進入通路的流動。對于具有噴射燃料到頭端上游的空氣流中的燃料噴射器導(dǎo)葉的燃燒器而言，這些流動干擾會在導(dǎo)葉后緣上產(chǎn)生流動再循環(huán)區(qū)。這些再循環(huán)區(qū)可導(dǎo)致產(chǎn)生可燃燃料-空氣混合物的穩(wěn)定氣阱，而這繼而又會導(dǎo)致產(chǎn)生火焰穩(wěn)定或在給定點火源情況下的其它類型的燃燒事件。因此，期望有一種改進的燃氣渦輪燃燒器設(shè)計。優(yōu)選的是此種燃燒器設(shè)計可提供不易引起火焰穩(wěn)定的燃料噴射。同樣的是，此種燃燒器設(shè)計還可提供更快的混合以便限制火焰穩(wěn)定的風(fēng)險。此種燃燒器設(shè)計優(yōu)選的是能夠適應(yīng)不同類型的燃料。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請及隨之產(chǎn)生的專利提供了一種預(yù)噴嘴混合帽蓋組件，其圍繞燃燒器的帽蓋部件定位用于混合空氣流和燃料流。預(yù)噴嘴混合帽蓋組件可包括與燃料流連通的燃料倉室(plenum)和與空氣流連通并延伸經(jīng)過燃料倉室的多個管。每個管都可在其中包括多個燃料孔，使得燃料倉室中的燃料流經(jīng)過燃料孔傳送并與空氣流相混合。本申請及隨之產(chǎn)生的專利還提供了一種圍繞具有多個燃燒器燃料噴嘴的帽蓋部件混合空氣流和燃料流的方法。該方法可包括以下步驟提供空氣流至圍繞帽蓋部件定位的多個管，提供燃料流至環(huán)繞該管的燃料倉室，傳送燃料流經(jīng)過每個管中的多個燃料孔，以及在管中和/或管下游混合空氣流和燃料流。
本申請及隨之產(chǎn)生的專利還提供了一種預(yù)噴嘴混合帽蓋組件，其圍繞燃燒器的帽蓋部件定位用于混合空氣流和燃料流。預(yù)噴嘴混合帽蓋組件可包括與燃料流連通的燃料倉室，與空氣流連通并延伸經(jīng)過燃料倉室的多個管，以及鄰近燃料倉室定位并且這些管經(jīng)由其延伸的空氣倉室。每個管都可在其中包括多個燃料孔，使得燃料倉室中的燃料流經(jīng)過燃料孔傳送并與空氣流混合。當(dāng)結(jié)合若干附圖和所附權(quán)利要求研讀如下詳細說明時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚本申請的這些及其它的特征和改迸。


圖I是如可在文中使用的已知燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖。圖2是已知燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器的側(cè)截面視圖。圖3是如可在文中所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件的透視圖。圖4是圖3中的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件的局部側(cè)截面視圖。圖5是如可在文中所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件的備選實施例的側(cè)截面視圖，在其中增加了冷卻回路。標號列表10燃氣渦輪發(fā)動機15壓縮機20空氣流25燃燒器30燃料流35燃燒氣體流40 渦輪45 負載50燃燒室55燃料噴嘴60帽蓋部件65燃料噴射器70渦流器75進入空氣流動路徑80 襯套85流動套筒90預(yù)噴嘴燃料噴射系統(tǒng)92燃料噴射器94噴射器孔96壓縮機排放壓力空氣流98壓縮機排放壓力空氣路徑100混合帽蓋組件110 第一板
120第二板130管140斜切邊緣
150燃料孔160燃料進ロ170燃料倉室200混合帽蓋組件210冷卻回路220第三板230流動套筒孔240空氣倉室250帽蓋體孔260帽蓋面
具體實施例方式現(xiàn)參看附圖，在其中貫穿各個視圖相同的標號表示相同的元件，圖I示出了如可在文中使用的燃氣渦輪發(fā)動機10的示意圖。燃氣渦輪發(fā)動機10可包括壓縮機15。壓縮機15壓縮進入空氣流20。壓縮機輸送壓縮的空氣流20至燃燒器25。燃燒器25混合壓縮的空氣流20和壓縮的燃料流30并點燃該混合物以產(chǎn)生燃燒氣體流35。盡管僅示出了單個的燃燒器25，但燃氣渦輪發(fā)動機10可包括任何數(shù)目的燃燒器25。繼而，燃燒氣體流35輸送至渦輪40。燃燒氣體流35驅(qū)動渦輪40以便產(chǎn)生機械功。在渦輪40中所產(chǎn)生的機械功驅(qū)動壓縮機15和諸如發(fā)電機等的外部負載45。燃氣渦輪發(fā)動機10可使用天然氣、各種類型的合成氣，和/或其它類型的燃料。燃氣潤輪發(fā)動機10可為由通用電氣公司(Schenectady,New York)提供的多種不同燃氣潤輪發(fā)動機中的任何ー種，包括諸如重型9FA燃氣渦輪發(fā)動機等的那些。燃氣渦輪發(fā)動機10可具有不同的構(gòu)造并且可使用其它類型的構(gòu)件。其它類型的燃氣渦輪發(fā)動機也可在文中使用。多燃氣渦輪發(fā)動機、其它類型的渦輪，以及其它類型的動カ生成設(shè)備也可在文中一起使用。圖2示出了可結(jié)合燃氣渦輪發(fā)動機10使用的已知燃燒器25的簡化實例。通常描述的是，燃燒器25可包括在其中定位有多個燃料噴嘴55的燃燒室50。燃料噴嘴55可定位和支承在帽蓋部件60等之內(nèi)。燃料噴嘴55還可包括多個燃料噴射器65。燃料噴射器65可圍繞ー個或多個渦流器70定位。渦流器70幫助在其中的空氣流20和燃料流30的預(yù)混合。燃料噴射器65可結(jié)合預(yù)混合燃料等使用。其它類型的燃料和其它類型的燃料回路可在文中使用。空氣流20可經(jīng)由進入空氣路徑75從壓縮機15進入燃燒器25。進入空氣路徑75可限定在燃燒室50的襯套80和外部流動套筒85之間?？諝饬?0可沿著進入空氣路徑75行進且然后在燃料噴嘴55附近反轉(zhuǎn)方向?？諝饬?0和燃料流30可在燃燒室50內(nèi)的燃料噴嘴55的下游點燃，使得燃燒氣體流35可引向渦輪40。其它構(gòu)造和其它構(gòu)件可在文中使用。
燃燒器25還可具有貧預(yù)噴嘴燃料噴射系統(tǒng)90，其圍繞襯套80和流動套筒85之間的進入空氣路徑75定位。貧預(yù)噴嘴燃料噴射系統(tǒng)90可具有多個燃料桿柱(peg)或燃料噴射器92。燃料噴射器92可具有空氣動力學(xué)翼型或流線形狀。其它形狀可在文中使用。燃料噴射器92均可在其中具有多個噴射器孔94。燃料噴射器92和噴射孔94的數(shù)目和定位可針對預(yù)混合進行優(yōu)化。預(yù)混合燃料或其它類型的燃料流30可在文中使用。帽蓋部件60還可經(jīng)由壓縮機排放壓力空氣路徑98等而與壓縮機排放壓カ空氣流96直接連通。壓縮機排放壓力空氣流96相比于自壓縮機15沿著整個進入空氣路徑75行進的空氣流20可壓カ稍微較高。壓縮機排放壓力空氣流96可用于冷卻帽蓋部件60和可能地其它構(gòu)件。壓縮機排放壓力空氣路徑98可為直接始自壓縮機15、擴散器等的路徑。而且，壓縮機排放壓力空氣路徑98可環(huán)繞流動套筒85等定位。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在文中使用。圖3和圖4示出了如可在文中所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件100的ー個實例。預(yù)噴嘴混合帽蓋組件100可圍繞帽蓋體60定位并定位在限定于襯套80和流動套筒85之間的進入空氣路徑75中以接收空氣流20。同樣的是，預(yù)噴嘴混合帽蓋100可與燃料流30連通以便在燃料噴嘴55的上游混合燃料流和空氣流。因此，預(yù)噴嘴混合帽蓋組件100可代替上文在預(yù)噴嘴燃料噴射系統(tǒng)90等中描述的燃料噴射器92進行使用。預(yù)噴嘴混合帽蓋組件100可至少包括ー對板，也即定位在帽蓋部件60上并環(huán)繞帽蓋部件60的第一板110和第二板120。板110、120可具有任何形狀、尺寸或構(gòu)造。多個管130可從第一板110延伸至第二板120。管130可具有任何形狀、尺寸或構(gòu)造。任何數(shù)目的管130都可在文中使用。每個管130都可在第二板120的入口附近具有斜切邊緣或半徑140。每個管130都可具有定位在其中的多個小燃料孔150。燃料孔150可具有任何形狀、尺寸或構(gòu)造。任何數(shù)目的燃料孔150都可在文中使用。管130和燃料孔150的長度、計數(shù)和直徑以及其軸向位置都可變化以改變總體混合特性和火焰穩(wěn)定特性以及經(jīng)由其的壓カ降。預(yù)噴嘴混合帽蓋組件100可具有與燃料流30連通的燃料進ロ 160。燃料進ロ 160可通向定位在板110、120之間的燃料倉室170。燃料流30可流經(jīng)燃料進ロ 160并進入燃料倉室170中。燃料流30然后可經(jīng)過每個管130內(nèi)的燃料孔150傳送以便在向下游流動至帽蓋部件60內(nèi)的燃料噴嘴55之前與經(jīng)由管傳送的空氣流20相混合?？諝饬?0和燃料流30可在管130中和/或管130的下游混合。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在文中使用。圖5示出了預(yù)噴嘴混合帽蓋組件200的又ー實施例?；旌厦鄙w200可具有混合帽蓋組件100的構(gòu)件并増加了冷卻回路210。冷卻回路210可由定位在其上游端的附加板(也即第三板220)限定。因此，管130延伸經(jīng)過所有的板110、120和220。在該實例中，壓縮機排放壓力空氣路徑98可圍繞流動套筒85定位。因此，壓縮機排放壓力空氣流96可經(jīng)由定位在流動套筒85內(nèi)的多個流動套筒孔230進入冷卻回路210。任何數(shù)目的流動套筒孔230都可以任何形狀、尺寸或構(gòu)造使用。冷卻回路210還可包括空氣倉室240，并且管130經(jīng)由空氣倉室240延伸。冷卻回路210可終止于多個帽蓋體孔250，這些孔250圍繞帽蓋部件60定位并與帽蓋部件60連通。任何數(shù)目的帽蓋體孔250都可以任何形狀、尺寸或構(gòu)造使用。因此，壓縮機排放壓力空氣流96可從壓縮機排放壓力空氣路徑98傳送，經(jīng)過流動套筒孔230，進入空氣倉室240，并經(jīng)由帽蓋體孔250進入帽蓋體60中。因此，壓縮機排放、壓カ空氣流96可用來對帽蓋體60、尤其是沿著其帽蓋面260提供冷卻。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在文中使用。因此，預(yù)噴嘴混合帽蓋組件100，200在燃料噴嘴55的上游提供了良好的燃料_空氣混合。具體而言，在其中可提供增加的混合和更快的混合。對于增加的混合，帽蓋面260可向下游移動以減少燃燒器容量和駐留時間。較短的駐留時間將是期望的以滿足排放目標。同樣的是，更快的混合可導(dǎo)致火焰穩(wěn)定風(fēng)險較低。具體而言，總體噴射方案可能更不易發(fā)生火焰穩(wěn)定。較高的火焰穩(wěn)定裕度還將提供用以燃燒較高反應(yīng)性燃料例如氫和較高碳化氫的能力。壓縮機排放壓力空氣流96的使用提供了改進的帽蓋面冷卻和耐用性。帽蓋耐用性通過提高在燃燒動態(tài)特性(dynamics)期間向上游推動熱氣體的阻カ而得以改進，也就是說，較高帽蓋壓力可最大限度地降低燃燒動態(tài)特性的影響并且可用于沖擊冷卻。而且，將會減少冷卻所需的空氣量。應(yīng)清楚的是，以上所述僅涉及本申請的ー些實施例，并且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 不脫離由所附權(quán)利要求及其等同方案所限定的本發(fā)明的總體精神和范圍的情況下可在文中作出許多修改和變動。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其圍繞燃燒器(25)的帽蓋部件￠0)定位以便混合空氣流(20)和燃料流(30)，所述預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)包括 與所述燃料流(30)連通的燃料倉室(170);以及 與所述空氣流(20)連通并延伸經(jīng)過所述燃料倉室(170)的多個管(130)； 所述多個管(130)中的每個均在其中包括多個燃料孔(150)，使得所述燃料倉室(170)中的燃料流(30)經(jīng)過所述多個燃料孔(150)傳送并與所述空氣流(20)混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)還包括多個板(110)，并且所述多個管(130)經(jīng)由所述多個板(110)延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述多個板(110)包括第一板(110)和第二板(120)，以及其中，所述第一板(110)和所述第二板(120)在ニ者之間限定所述燃料倉室(170)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述多個板(110)包括第三板(220)，以及其中，所述第二板(120)和所述第三板(220)在二者之間限定空氣倉室(240)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述多個管(130)中的每個均包括斜切邊緣(140)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)還包括與所述燃料流(30)和所述燃料倉室(170)連通的燃料進ロ(160)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)還在其中包括冷卻回路(210)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述冷卻回路(210)包括多個流動套筒孔(23O)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述冷卻回路(210)經(jīng)由所述多個流動套筒孔(230)而與壓縮機排放壓カ空氣流(96)連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述冷卻回路(210)包括空氣倉室(240)，并且所述多個管(130)經(jīng)由所述空氣倉室(240)延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)，其特征在于，所述冷卻回路(210)包括多個帽蓋體孔(250)，所述帽蓋體孔(250)與所述帽蓋體(60)連通以便冷卻其帽蓋面(260)。
12.—種圍繞具有燃燒器(25)的多個燃料噴嘴(55)的帽蓋部件(60)混合空氣流(20)和燃料流(30)的方法，包括 提供所述空氣流(20)至圍繞所述帽蓋部件￠0)定位的多個管(130)； 提供所述燃料流(30)至環(huán)繞所述多個管(130)的燃料倉室(170)； 傳送所述燃料流(30)經(jīng)過所述多個管(130)中的每個中的多個燃料孔(150);以及 在所述多個管(130)中和/或所述多個管(130)的下游混合所述空氣流(20)和所述燃料流(30)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟提供壓縮機排放壓力空氣流(96)至圍繞所述多個管(130)定位的空氣倉室(240)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟提供所述壓縮機排放壓カ空氣流(96)至所述帽蓋部件(60)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟冷卻所述帽蓋部件(60)的帽蓋面(260)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有預(yù)噴嘴混合帽蓋組件的燃燒器。具體而言，本申請及隨之產(chǎn)生的專利提供了圍繞燃燒器(25)的帽蓋部件(60)定位以便混合空氣流(20)和燃料流(30)的預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)。預(yù)噴嘴混合帽蓋組件(100)可包括與燃料流(30)連通的燃料倉室(170)和與空氣流(20)連通并延伸經(jīng)過燃料倉室(170)的多個管(130)。每個管(130)可在其中包括多個燃料孔(150)，使得燃料倉室(170)中的燃料流(30)經(jīng)過燃料孔(150)傳送并與空氣流(20)相混合。
文檔編號F23R3/28GK102679400SQ201210063809
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者P·B·梅爾頓, R·J·羅爾森 申請人:通用電氣公司