用於燃料噴射器的內部擋板的製作方法

2023-05-31 07:13:26

專利名稱：用於燃料噴射器的內部擋板的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃料噴射器，並且更特別地，涉及包括內部擋板的燃料噴射器。
技術背景
燃料噴嘴可設計用來預混合天然氣燃料。燃料噴嘴還可設計用來燃燒氫燃料，氫 燃料更具反應性且因此具有高得多的火焰速度。術語「預混合的燃燒」涉及用於燃燒系統 的燃料噴嘴，在其中空氣和燃料在燃燒過程發生地的上遊引入。設計燃燒高反應性燃料的 噴嘴的一種途徑是，出於諸如增加的猝熄(quenching)並且保證在燃料射流後方最小的回 流區的原因，在非常多小的管內進行此預混合。為在實際的機械組件中建造此類噴射器，理 想的是從在噴射器的中心中的單個管引入燃料。然而，當不考慮氣體的內部流而進行此過 程時，結果是氣體經歷通過第一混合管的非常高的速度，和在最外面的混合管處的非常低 的速度。這導致了在噴嘴內的相當大的總壓力梯度，為獲得噴入各混合管的均勻量的氣體， 該壓力梯度是非常不需要的。除了不能接受的壓力場外，在最遠離輸送管的點處引起的非 常低的速度產生了非常低的冷卻效率，這會導致高的金屬溫度以及因此導致低部件壽命。發明內容
根據一個示例實施例，燃料噴射器包括燃料輸送管；多個預混合管，各預混合管均 包括至少一個燃料噴射孔；支承多個預混合管的上遊端的上遊管支承板；支承多個預混合 管的下遊端的下遊管支承板；連接上遊管支承板和下遊管支承板並隨其限定氣室的外部 壁；和設在氣室中的擋板。擋板包括徑向部分。由燃料輸送管在上遊方向上輸送的燃料在 擋板的徑向部分和下遊管支承板之間被徑向向外地在氣室中引導，然後在下遊方向上圍繞 徑向部分的外邊緣部分被引導，並且然後在徑向部分和上遊管支承板之間被徑向向內地引 導。
根據另一示例實施例，提供了一種在燃料噴射器中預混合燃料和空氣的方法。該 燃料噴射器包括多個預混合管，各預混合管均具有至少一個燃料噴射孔，設於具有上遊側 和下遊側的氣室中。該方法包括將燃料流輸送至氣室的上遊側的中心；將燃料流引向氣室 的徑向外部；在與輸送方向相反的方向上轉變燃料流的方向；以及將燃料流引向氣室的徑 向內部部分，以將燃料供入燃料噴射孔，從而與提供給預混合管的空氣流混合。


圖1是根據一個示例實施例的燃料噴射器的剖面視圖；並且
圖2是移除了徑向擋板的燃料噴嘴的內部部分的正面視圖。
部件清單
1空氣流
2 燃料
3外部壁
4上遊面/側
5下遊面/側
6預混合管
7燃料噴射孔
8 火焰
9內部擋板圓柱形部分
10內部擋板徑向部分
11燃料路徑
14內部擋板徑向部分的外邊緣
16第一/上遊 f支承板
18燃料噴射器
20燃料輸送管
22內部擋板
24第二/下遊 f支承板
26氣室
28後部面具體實施方式
參考圖1和圖2，燃料噴射器18包括燃料輸送管20和多個預混合管6。預混合管 6由在燃料噴嘴的上遊面或側4處的第一上遊管支承板16以及在燃料噴嘴18的下遊面或 側5處的第二下遊管支承板M支承。外部壁3連接管支承板16、24。氣室沈由外部壁3 和管支承板16J4形成。預混合管6由第一上遊管支承板16和第二下遊管支承板M支承。
內部擋板22在燃料輸送管20的末端處被支承。內部擋板22包括由燃料輸送管 20支承的圓柱形部分9和徑向地延伸進入氣室沈的徑向部分10。
燃料2從連接到第一上遊管支承板16的燃料輸送管20進入燃料噴射器18的氣 室沈，並且被引導通過內部擋板22的圓柱形部分9，在此處燃料流11停滯在在後部面觀的 後側上。之後燃料流11徑向向外地加速，在內部擋板22的徑向部分10的後部面觀的後 側和第二下遊支承板M之間移動。同時，氣體流11在預混合管6的外表面之間移動。最 裡面一排的預混合管6具有最受限制的面積，因為橫截面積在此徑向尺寸處是最小的。
所有的預混合管6彼此大致等距離地放置，以獲得每總正面面積最大量的流通面 積。當燃料流11移過徑向向外的路徑13時，其要流經更多的管到管間隙12。這導致了較 低的速度和較高的供給壓力。當燃料流11到達噴嘴的徑向最外側部分時，其圍繞內部擋板 22的徑向部分10的外邊緣14轉向，並且在後面的方向上流動，並且然後在第一上遊管支承 板16和內部擋板22的徑向部分10之間徑向向內地流動。然後燃料流11暴露於燃料噴射 孔7，在此處其開始流入預混合管6，在此處其與空氣流1混合。
在徑向向外的位置處，由於大的面積，燃料以較慢的速度流動。此低速度導致了供 給預混合管6的高壓力。當燃料徑向向內地移動時，該面積減少，然而，因為其中一些流已 經經由燃料噴射孔7離開了氣室26，因此流速並沒有增加。此過程對各排繼續，導致進入 各預混合管6理想的均勻氣體供給速度。預混合的燃料和空氣在燃燒器的火焰區域8中燃 燒。該氣體流11的此輸送路線確保了燃料噴射器18的徑向最外的部分不會經歷將導致低 傳熱係數的停滯的燃料。另外，為提供高冷卻度，擋板22協助在燃料噴射器18內獲得更均 勻的壓力分布。這導致跨越各燃料噴射孔7—致的供給壓力且因此導致在預混合管6內可 預測的燃料空氣比。
應意識到的是，擋板的形狀和位置可與所示的不同。例如，如果燃料噴射器並非圓 形而是方形或扇形，擋板應採取此形狀。另外，可在擋板內使用排氣孔以幫助獲得均勻的壓 力/速度。圓柱形和/或徑向的擋板部分也可具有圓錐形狀來獲得均勻的流參數。
還應意識到的是，還可使用其它方法來保持燃料噴射器冷卻。例如，燃料噴射器還 可包括隔熱塗層或可依賴於來自附近來源的冷卻空氣的外部隔熱罩。
關於燃燒氫或其它高反應性燃料的多管燃料噴嘴的兩個憂慮被解決。燃料噴射器 提供了均勻冷卻的高速度以增加在燃燒氫或其它高反應性燃料的環境中的部件壽命，並且 其為預混合管提供了均勻的供給，該均勻供給改善了可操作性和排放達標。更具反應性的 氣體的更高的火焰速度需要積極的冷卻方案，在該方案中，燃料噴射器用簡單但強健的設 計來解決問題。
燃料噴射器同時控制燃料的速度和壓力。燃料噴射器還提供足夠的冷卻而不需要 引入TBC或外部冷卻空氣。通過用緊湊低成本的設計解決壓力分布問題，燃料噴射器還使 用單獨的中心燃料供給設計。該設計是靈活的，因為它可被例如通過改型翻新結合在多種 形狀和尺寸中，這對於設計的縮放比例是有用的。
燃料噴射器可使用在使用了用於極具反應性的燃料的多管設計的任何燃氣渦輪 機燃料噴嘴中。燃料噴射器還可使用在此處目前正在使用氫或其它反應性燃料其它燃燒器 例如高爐中。
儘管該發明已結合目前認為是最實用和優選的實施例而進行了描述，但應理解的 是該發明不限於所公開的實施例，而是相反，本發明意圖覆蓋包括在所附權利要求書的精 神和範圍內的各種變型和等價裝置。
權利要求
1.一種燃料噴射器(18)，包括燃料輸送管00)；多個預混合管(6)，各預混合管均包括至少一個燃料噴射孔(7)；支承所述多個預混合管的上遊端的上遊管支承板(16)；支承所述多個預混合管的下遊端的下遊管支承板04)；連接所述上遊管支承板和所述下遊管支承板並隨其限定氣室06)的外部壁(3)；以及設於所述氣室中的擋板(22)，所述擋板包括徑向部分(10)，其中由所述燃料輸送管在 上遊方向上輸送的燃料( 在所述擋板的所述徑向部分和所述下遊管支承板之間在所述 氣室中被徑向向外地引導，然後在下遊方向上圍繞所述徑向部分的外邊緣部分(14)被引 導，並且然後在所述徑向部分和所述上遊管支承板之間被徑向向內地引導。
2.根據權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述擋板至少包括連接到所述燃 料輸送管上的圓柱形(9)或圓錐形部分。
3.根據權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述多個預混合管彼此大致等距 離地放置。
4.根據權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述上遊管支承板和下遊管支承 板是圓形的。
5.根據權利要求4所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述擋板的所述徑向部分是圓形的。
6.根據權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述擋板的所述徑向部分包括通 氣孔。
7.根據權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述擋板的所述徑向部分包括圓 錐形狀。
8.根據權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述至少一個燃料噴射孔包括從 所述預混合管的外部徑向部分延伸到所述預混合管的內部徑向部分並且從上遊向下遊傾 斜的至少一個通孔。
9.根據權利要求8所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述至少一個燃料噴射孔包括兩 個燃料噴射孔，各燃料噴射孔均從上遊向下遊傾斜。
10.根據權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於，所述擋板的所述徑向部分的形狀 為如此以控制速度來改善沿著所述下遊管支承板和所述管的冷卻，從而提供熱防護。
11.一種在包括多個預混合管(6)的燃料噴射器(18)中預混合燃料( 和空氣(1)的 方法，各所述預混合管(6)具有至少一個燃料噴射孔(7)，設於具有上遊側和下遊側的氣室 (26)中，所述方法包括將燃料流( 輸送至所述氣室06)的所述上遊側的中心；將所述燃料流O)引向所述氣室的徑向外部部分；在與所述供應方向相反的方向上引導所述燃料流⑵；以及將所述燃料流引向所述氣室的徑向內部部分，以將燃料供入所述燃料噴射孔(7)從而 與被供向所述預混合管(6)的空氣流(1)混合。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，將所述燃料流引向所述氣室的所述徑 向外部部分包括使所述燃料流加速。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，使所述燃料流轉向包括使所述燃料流 減速並且增加所述燃料流的壓力。
14.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，將所述燃料流引向所述氣室的所述徑 向內部部分包括以不變的速度引導所述燃料流。
15.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述燃料流包括氣體燃料。
全文摘要
本發明涉及用於燃料噴射器的內部擋板，具體而言，燃料噴射器包括燃料輸送管；多個預混合管，各預混合管均包括至少一個燃料噴射孔；支承多個預混合管的上遊端的上遊管支承板；支承多個預混合管的下遊端的下遊管支承板；連接上遊管支承板和下遊管支承板並隨其限定氣室的外部壁；以及設在該氣室中的擋板。擋板包括徑向部分。由燃料輸送管在上遊方向上輸送的燃料在擋板的徑向部分和下遊管支承板之間在氣室中被徑向向外地引導，然後在下遊方向上圍繞徑向部分的外邊緣部分被引導，並且然後在徑向部分和上遊管支承板之間被徑向向外地引導。
文檔編號F23R3/28GK102032594SQ201010245138
公開日2011年4月27日 申請日期2010年7月22日 優先權日2009年9月25日
發明者B·萊西, C·史蒂芬森, T·E·詹森 申請人:通用電氣公司