用于燃氣渦輪的多錐體式預混合噴燃器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于燃氣渦輪的多錐體式預混合噴燃器(10)，其包括多個外殼(12a-d)，所述多個外殼(12a-d)圍繞中心噴燃器軸線(11)布置并且是在下游方向上敞開的虛擬的軸向延伸公共錐體的部分，其中使所述部分垂直于所述噴燃器軸線(11)移置，使得在每一對相鄰外殼(12a-d)之間限定有切向狹槽(14)。通過由橫切平面(17)定界外殼(12a-d)的下游端而避免在外殼和下游混合管之間的不利的過渡件，橫切平面(17)通過利用具有預定半徑(R)的虛擬同軸柱體橫切所述外殼(12a-d)而限定。
【專利說明】用于燃氣渦輪的多錐體式預混合噴燃器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣渦輪技術(shù)。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序所述的用于燃氣渦輪的多錐體式預混合噴燃器(burner)。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去20多年中，具有短但有效的預混合區(qū)的噴燃器(所謂的EV噴燃器:環(huán)保的V形噴燃器)已經(jīng)以非常低的NOx水平在本 申請人:的若干燃氣渦輪中實現(xiàn)。除此之外，預混合技術(shù)的三種變型已經(jīng)成功開發(fā)和部署在這些燃氣渦輪發(fā)動機中:順序EV噴燃器，這是一種允許將天然氣和石油預混合到熱排氣流中以再熱第一高壓渦輪的排氣的技術(shù)；MBtuEV噴燃器，該噴燃器用來以低NOx排放量在預混合火焰中燃燒合成氣；以及高級EV噴燃器(AEV)，該噴燃器能夠在燃燒之前預蒸發(fā)和預混合液體燃料并以非常低的NOx排放量燃燒液體燃料而不噴水。
[0003]文獻EP O 851 172 A2公開了一種示例性的雙錐體式EV噴燃器，其用于以液體和/或氣體燃料操作燃燒室，從而使此目的所需的燃燒空氣通過切向進氣管道導入噴燃器的內(nèi)部空間。這種流的導向?qū)е聝?nèi)部空間中的旋流，該旋流在噴燃器的出口處引起回流區(qū)。為了穩(wěn)定在此處形成的火焰峰，在形成噴燃器的每個分體件處設(shè)有至少一個區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)設(shè)有用于將補充空氣噴入旋流中的入口開口。由于這種噴射，在分體件的內(nèi)壁處形成薄膜，該薄膜防止火焰能夠沿著分體件的內(nèi)壁回火至噴燃器的內(nèi)部空間中。
[0004]文獻EP 2 423 597 A2示出了雙錐噴燃器形式的另一種示例性EV噴燃器，該噴燃器具有布置成一個嵌套在另一個內(nèi)部的兩個部分錐體外殼，在這兩個外殼之間形成進氣管道，來自外部的燃燒空氣通過該管道流入預混合噴燃器的圓錐形內(nèi)部空間中。橫向于燃燒空氣的流動方向延伸的噴射口的孔的線性排布置在進氣管道的外壁上，并且氣體燃料通過這些孔噴入橫向于它們流過的燃燒空氣中。
[0005]文獻DE 195 45 310 Al公開了由具有外錐形殼體和內(nèi)錐形殼體的中空錐形組成的另一種預混合噴燃器。至少兩個進氣管道切向于內(nèi)錐形殼體延伸并且沿直的錐形殼體線定位。所形成的部分外殼的部分錐體軸線位于相同的錐體軸線上。預混合噴燃器被分成包含進氣管道的至少兩個(例如四個)部分，以便使燃燒空氣產(chǎn)生旋流。燃料噴嘴定位在錐體頂端以用于噴射液體燃料。
[0006]文獻WO 2009/019113 A2描述了一種包括旋流發(fā)生器、混合器和噴槍的噴燃器。旋流發(fā)生器包封噴燃器內(nèi)部的入口側(cè)段，并且具有相對于噴燃器的縱向中心軸線切向地延伸的至少一個進氣口。旋流發(fā)生器以錐形方式設(shè)計。相應(yīng)的進氣口形成沿所產(chǎn)生的錐體表面的縱向狹槽。多個這樣的進氣口優(yōu)選地以分布方式布置在周向方向上。作為這樣的結(jié)果，空氣能切向地穿透到噴燃器內(nèi)部，因此將旋流施加到噴燃器。旋流發(fā)生器還具有燃料入口，氣體燃料能通過該入口引入到噴燃器內(nèi)部。燃料入口包括多行沿錐形旋流發(fā)生器的表面線延伸的單獨的入口孔口，燃料氣體能通過這些孔口進入噴燃器內(nèi)部?；旌掀靼鈬娙计鲀?nèi)部的出口側(cè)段，并且具有朝燃燒室的燃燒空間敞開的出口開口。混合器包括管狀主體，該管狀主體經(jīng)由管狀過渡件連接到旋流發(fā)生器并承載具有出口開口的出口凸緣。噴燃器能經(jīng)由出口凸緣連接到燃燒室?；旌掀鞅憷貫橹蔚?。
[0007]原理上，為了減少NOx的形成，通過在進入燃燒室的突然的面積增加之前在噴燃器的出口處施加混合管，可延長燃料空氣混合，在燃燒室處火焰被再循環(huán)流穩(wěn)定化?，F(xiàn)有的EV式錐形噴燃器的空氣狹槽和氣體通道在下游部分中由正交于噴燃器軸線的橫切(intersecting)平面限制。因此，噴燃器旋流器出口不是圓形的，并且需要在旋流器和柱形混合管之間的特殊過渡件。該過渡件易于引起回火，因為它必須應(yīng)用復雜的3D形狀以避免在再循環(huán)區(qū)中的流分離和火焰穩(wěn)定。
[0008]因此，當施加混合管以進一步促進在噴燃器的下游部分處的燃料空氣混合時，問題在于限定在旋流器與混合管之間的過渡件，使得不形成可能導致回火的再循環(huán)區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種多錐體式預混合噴燃器，其避免了已知噴燃器的缺點并且將簡化的設(shè)計與抑制回火的能力相結(jié)合。
[0010]該目的和其它目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的預混合噴燃器實現(xiàn)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的用于燃氣渦輪的多錐體式預混合噴燃器包括多個外殼，所述多個外殼圍繞中心噴燃器軸線布置并且是在下游方向上敞開的虛擬的軸向延伸公共錐體的部分，其中使所述部分垂直于所述噴燃器軸線移置(displaced)，使得在每一對相鄰外殼之間限定有切向狹槽。
[0012]其特征在于，外殼的下游端由橫切平面定界，該橫切平面通過利用具有預定半徑的虛擬同軸柱體橫切(intersecting)所述外殼而限定。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實施例，外殼中的每一個配有沿相應(yīng)的外殼的軸向定向邊緣延伸的預混合氣體通道，使得氣體能從所述預混合氣體通道通過氣體噴射孔噴入通過相鄰的狹槽進入外殼的布置的內(nèi)部的空氣流中，并且使得預混合氣體通道的下游端由橫切平面定界，該橫切平面通過利用具有所述預定半徑的所述虛擬同軸柱體橫切所述預混合氣體通道而限定。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，具有類似于所述預定半徑的內(nèi)半徑的柱形噴燃器環(huán)在橫切平面的區(qū)域中分別附連到外殼的布置和預混合氣體通道。
[0015]具體而言，帶有附連的噴燃器環(huán)的所述預混合噴燃器安裝在同軸噴燃器套管內(nèi)以便能在軸向方向上滑動。
[0016]更具體而言，所述噴燃器套管將其下游端安裝在燃燒室的前面板中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]現(xiàn)在將借助于不同的實施例并參照附圖更詳細地說明本發(fā)明。
[0018]圖1以透視圖示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的預混合噴燃器；以及
圖2示出帶有圍繞旋流器布置且可移動地安裝在噴燃器套管中的附加的噴燃器環(huán)的圖1的預混合噴燃器。
[0019]部件列表
10預混合噴燃器 11噴燃器軸線 12a_d 外殼(錐形)
13a_c 預混合氣體通道
14狹槽
15噴燃器噴槍 16，17 橫切平面
18噴燃器環(huán)
19噴燃器套管
20前面板。
【具體實施方式】
[0020]在已知的AEV噴燃器設(shè)計概念中，需要過渡件以便使在旋流器出口處的鐮刀形橫截面適合于混合管的柱形橫截面(參見例如以上引用的文獻WO 2009/019113 A2)。該過渡件需要仔細的空氣動力學布局，以便避免流分離和所導致的回火。
[0021]本發(fā)明避免了對過渡件的需求。錐形外殼的下游端形成為使得外殼在作為可抽出噴燃器的一體部分的噴燃器環(huán)的柱形形狀中切斷。圖1和圖2所示實施例示出了該解決方案的基本原理。
[0022]圖1的預混合噴燃器10沿中心噴燃器軸線11延伸。該噴燃器包括四個相同的外殼12a_d，外殼12a_d是在下游方向上(在圖中從左向右延伸)敞開的虛擬錐體的一部分。外殼從其在所述虛擬錐體中的初始位置垂直于噴燃器軸線被移置，以限定在每一對相鄰外殼之間的切向狹槽14?？諝馔ㄟ^這些狹槽14以旋流方式進入錐形外殼布置的內(nèi)部。在每個狹槽14處，沿相鄰外殼的軸向邊緣延伸的預混合氣體通道13a-c設(shè)置成將氣體燃料通過孔(未示出)噴入進入的空氣流中。
[0023]現(xiàn)在，噴燃器外殼12a_d自然地延伸并由具有預定半徑R的虛擬同軸柱體(在圖1中以虛線示出)橫切，該柱體適合后續(xù)的混合管的柱形形狀，從而避免了對特殊過渡件的需求。借助于這種橫切，外殼12a_d的下游端和預混合氣體通道13a_c的下游端由柱形橫切平面16和17定界，這使得可將柱形噴燃器環(huán)18滑動到外殼布置上(圖2)，以便固定外殼12a_d的下游端。
[0024]帶有附連的噴燃器環(huán)18的預混合噴燃器10可接著被引入到大致柱形的同軸噴燃器套管19內(nèi)，套管19將其下游端安裝在燃燒室21的前面板20中。帶有附連的噴燃器環(huán)18的預混合噴燃器10可在軸向方向上移動以便相對于燃燒室21或其它并行工作的噴燃器調(diào)整該預混合噴燃器(參見圖2中的雙箭頭)。此外，可以在噴燃器環(huán)18和噴燃器套管19之間設(shè)置密封裝置，以及用于將吹掃空氣引入在噴燃器環(huán)18和噴燃器套管19之間的間隙內(nèi)的孔。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃氣渦輪的多錐體式預混合噴燃器(10)，其包括多個外殼(12a-d)，所述多個外殼(12a-d)圍繞中心噴燃器軸線(11)布置并且是在下游方向上敞開的虛擬的軸向延伸公共錐體的部分，其中使所述部分垂直于所述噴燃器軸線(11)移置，使得在每一對相鄰外殼(12a_d)之間限定有切向狹槽(14)，其特征在于，所述外殼(12a_d)的下游端由橫切平面(17)定界，所述橫切平面(17)通過利用具有預定半徑(R)的虛擬同軸柱體橫切所述外殼(12a_d)而限定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預混合噴燃器，其特征在于，所述外殼(12a_d)中的每一個配有沿所述相應(yīng)的外殼的軸向定向邊緣延伸的預混合氣體通道(13a_c)，使得氣體能從所述預混合氣體通道(13a_c)通過氣體噴射孔噴入通過所述相鄰的狹槽(14)進入外殼(12a_d)的布置的內(nèi)部的空氣流中，并且所述預混合氣體通道(13a_c)的下游端由橫切平面(16)定界，所述橫切平面(16)通過利用具有所述預定半徑(R)的所述虛擬同軸柱體橫切所述預混合氣體通道(13a-c)而限定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預混合噴燃器，其特征在于，具有類似于所述預定半徑(R)的內(nèi)半徑的柱形噴燃器環(huán)(18)在所述橫切平面(16，17)的區(qū)域中分別附連到外殼(12a-d)的布置和預混合氣體通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預混合噴燃器，其特征在于，帶有所述附連的噴燃器環(huán)的所述預混合噴燃器(10)安裝在同軸噴燃器套管(19)內(nèi)，以便在軸向方向上可滑動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預混合噴燃器，其特征在于，所述噴燃器套管(19)將其下游端安裝在燃燒室(21)的前面板(20)中。
【文檔編號】F23R3/02GK103542426SQ201310288319
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】E.帕斯夸羅托, H.克內(nèi)普菲爾 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司