用於渦輪機械燃燒器的輔助燃料噴嘴的渦流角的製作方法

2023-06-05 23:41:01

專利名稱：用於渦輪機械燃燒器的輔助燃料噴嘴的渦流角的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦輪機械。更具體地，本發明涉及具有改良的渦流角
的、用於渦輪機械的乾式低NOx( "DLN")燃燒器的輔助燃料噴嘴。
背景技術：
傳統的乾式低NOxDLN燃燒器包括燃料噴射系統，該噴射系統具有主噴嘴和輔助燃料噴嘴，襯裡，文丘裡管以及蓋/中心體組件。在該系統中，燃料和空氣混合物穿過由輔助燃料噴嘴以及附接於襯裡上的外部燃燒管限定邊界的環形通道。在混合物在環形通道的下遊的燃燒室中燃燒前，將流速的主要分量(即渦流)施加到混合物上。在傳統的低NOx DLN的燃燒器中，NOx排放的減少對輔助燃料噴嘴的主要渦流特性敏感。即反應燃燒氣體的渦流角是燃燒器穩定性和排放中的重要參數。在傳統的燃燒器中，渦流角典型地小於或者等於大約45°。

發明內容
本發明的一個示範性實施例提供一種燃燒器，該燃燒器包括主燃燒室和輔助燃燒室；設置於該主燃燒室中並向該主燃燒室提供燃料的一個或者多個主噴嘴；中心體組件；設置於該中心體組件下遊的文丘裡管；以及容納在該中心體組件中、朝著該文丘裡管延伸並向輔助燃燒室提供燃料的輔助燃料噴嘴。該輔助燃料噴嘴包括燃料通道和空氣通道，以及定位在該燃料通道周圍並具有在該空氣通道中徑向突出的一個或者多個葉片的渦流器，各葉片均具有以相對於該輔助燃料噴嘴的縱向軸線成渦流角布置的後緣，其中該渦流角大於45°。
本發明的另一示範性實施例提供了一種用於燃燒器的噴嘴。該噴嘴包括容納於燃燒器的中心體組件中的噴嘴本體，該噴嘴本體包括燃料通道和圍繞噴嘴本體的空氣通道，以及徑向地定位在燃料通道和空氣通道之間的渦流器，該渦流器包括在燃料通道的周圍周向地間隔開的一個或者多個葉片，各葉片均具有以相對於噴嘴本體的縱向軸線成
大於45。的角度布置的後緣。
本發明的另一示範性實施例提供了一種用於減少燃燒器中NOx的方法。該方法包括在燃燒器的中心體組件中提供具有燃料通道和空氣通道的噴嘴，以及在噴嘴中提供支撐燃料通道的、並具有一個或者多個成形為以相對於噴嘴的縱向軸線形成渦流角的葉片的渦流器，渦流器將來自壓縮機的排放空氣輸送給空氣通道並將燃料輸送給燃料通道，然後通過該渦流器將排放空氣與燃料混合，並使得混合物以大於45。的渦流角渦旋。
本發明的另一示範性實施例提供了一種渦輪機械，該渦輪機械包括壓縮機和被配置為接受進入的燃料和來自該壓縮機的排放空氣的至少一個燃燒器。燃燒器包括主燃燒室和輔助燃燒室；設置於主燃燒室中並向主燃燒室提供燃料的一個或者多個主噴嘴；中心體組件；設置於中心體組件下遊的文丘裡管；容納在中心體組件中、朝著文丘裡
管延伸並向輔助燃燒室提供燃料的輔助燃料噴嘴。該輔助燃料噴嘴包括燃料通道和空氣通道，定位在燃料通道周圍並具有在空氣通道中徑向突出的一個或者多個葉片的渦流器，每個葉片具有以相對於輔助燃料噴嘴的縱向軸線成渦流角布置的後緣，渦流器被配置為使得空氣通道中的排放空氣和燃料通道中的燃料的混合物以大於45。的渦流角渦旋。該渦輪機械還包括可操作地連接在燃燒器上的至少 一個渦輪。
通過本發明的示範性實施例的技術實現了附加特徵和益處。本發明的其他實施例和方面在本文中詳細地進行了描述，並且被認為是要求保護的發明的一部分。為了更好地理解本發明具有的這些益處和特徵，將參考具體實施方式
和附圖。


圖1是可在本發明的實施例中實現的燃燒器的部分截面側視圖。 圖2是可在本發明的實施例中實現的燃燒器的輔助燃料噴嘴的截 面側一見圖。
圖3是可在本發明的實施例中實現的渦流器的一見圖。 圖4是圖3中所示出的可在本發明的實施例中實現的渦流器的多 個葉片中一個葉片的^L圖。
部件列表
1渦輪機械
10燃燒器
12主燃燒室
14輔助燃燒室
16文丘裡管
18流套筒
20壓縮機
24主噴嘴
30中心體組件
32襯裡
40輔助噴嘴
42噴嘴本體
44燃料通道
46空氣通道
50渦輪
100
105葉片
110後緣
120渦流流場
具體實施例方式
參考圖l，用於渦輪機械1的燃燒器IO根據本發明的一個實施例 而提供。渦輪機械1包括至少一個燃燒器10、壓縮機20以及由單個 葉片50表示的至少一個渦輪，該渦輪可操作地連接到燃燒器IO上。 燃燒器10包括由文丘裡管16分離開的主燃燒室12和輔助燃燒室14。 燃燒器10由流套筒18圍繞，流套筒18將排放的空氣(由箭頭所指) 從壓縮機20引向燃燒器10。燃燒器10還包括一個或者多個主噴嘴 24以及輔助燃料噴嘴40，主噴嘴24將燃料輸送到主燃燒室12，輔助 燃料噴嘴40將燃料輸送到輔助燃燒室14。雖然圖1中僅示出了一個 主噴嘴，但是燃燒器10可包括更多主噴嘴24。燃料通過燃料管線(未 示出)輸送給輔助燃料噴嘴40。如圖1中所示，輔助燃料噴嘴40容納 在中心體組件30中並朝著文丘裡管16延伸經過襯裡32。文丘裡管 16設置於中心體組件30的下遊。輔助燃料噴嘴40包括噴嘴本體42、 形成於噴嘴本體42中的燃料通道44(如圖2中所示)以及圍繞噴嘴本體 42的空氣通道46。渦流器100定位於燃料通道44的周圍並包括在空 氣通道46內徑向地突出的一個或者多個葉片105。即渦流器100徑 向地位於燃料通道44和空氣通道46之間。下面將參考圖2至圖4描 述關於渦流器100的另外的細節。渦流器100將穿過襯裡32的排放 空氣(由箭頭所指)與來自輔助燃料噴嘴40的燃料混合。
圖2示出了能夠在本發明的實施例中實現的燃燒器10的輔助燃 料噴嘴40。如圖2中所示，渦流器100接受燃料/空氣混合物並以大 於45。的渦流角使得燃料/空氣混合物渦旋。如圖2中所示，在燃料/ 空氣混合物在輔助燃燒室14的下遊燃燒之前，使得燃料/空氣混合物 在主燃區(flame zone)中的渦流流場中渦旋(如由箭頭120所指)。根據 另一實施例，渦流角在大於45。到大約50。的範圍中。備選地，根據另 一實施例，渦流角在大於45。到大約60。的範圍中。另外，根據又一實 施例，渦流角在大於45。到大約70。的範圍中。
8如圖3中所示，根據一個實施例，渦流器100包括一排葉片105， 這些葉片影響流過葉片105的燃料/空氣混合物的渦流。多個葉片105 在燃料通道44的周圍周向地間隔開。
圖4示出了如圖3中所示的能夠在本發明的實施例中實現的渦流 器100的多個葉片105中的一個葉片。如圖4中所示，各葉片105均 包括以相對於輔助燃料噴嘴40的縱軸線成角度e布置的後緣110。根 據一個實施例，該角度e大於45。。根據本發明的另一示範性實施例， 該角度e在大於45。到大約50。的範圍中。在又一示範性實施例中，該
角度e在大於45。到大約60。的範圍中。在再一實施例中，該角度e在
大於45。到大約70。的範圍中。
根據本發明的一個實施例，通過將輔助燃料噴嘴的渦流器的角度 增大到大於45。，本發明提供在運行燃燒器時減少NOx排放的益處。
儘管已經參考示範性實施例描述了本發明，但是本領域的技術人 員將理解可以進行各種改變並且對本發明的元件可以進行等同替換 而不脫離本發明的範圍。此外，可以進行許多的改型以使具體的情形 或者材料適應本發明的教導而不脫離本發明的範圍。因此，本發明意 在並不限於被認為是用來實現本發明的最佳模式而公開的特定實施 例，而是本發明將包括所有落入所附權利要求範圍內的所有實施方 案。此外，用語第一、第二等的使用不是表示任何次序或者重要性， 而是術語第一、第二等用來將一個元件與另一個元件區分開。
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權利要求
1.一種燃燒器(10)，包括主燃燒室(12)和輔助燃燒室(14)；設置於所述主燃燒室(12)中、並向所述主燃燒室(12)提供燃料的一個或者多個主噴嘴(24)；中心體組件(30)；文丘裡管(16)，其設置於所述中心體組件(30)的下遊；以及輔助燃料噴嘴(40)，其容納在所述中心體組件(30)中，朝著所述文丘裡管(16)延伸並向所述輔助燃燒室(14)提供燃料，所述輔助燃料噴嘴(40)包括燃料通道(44)和空氣通道(46)，以及渦流器(100)，其定位於所述燃料通道(44)的周圍，並具有在所述空氣通道(46)內徑向突出的一個或多個葉片(105)，各葉片(105)均具有以相對於所述輔助噴嘴(40)的縱向軸線成渦流角布置的後緣(110)，其中所述渦流角大於45°。
2. 如權利要求1所述的燃燒器(IO)，其特徵在於，所述渦流角在 大於45。到大約50°的範圍中。
3. 如權利要求1所述的燃燒器(IO)，其特徵在於，所述渦流角在 大於45。到大約60°的範圍中。
4. 如權利要求1所述的燃燒器(IO),其特徵在於，所述渦流角在 大於45。到大約70。的範圍中。
5. —種用於燃燒器(10)的噴嘴(40)，包括容納於所述燃燒器(10)的中心體組件(30)中的噴嘴本體(42),所述 噴嘴本體(42)包括燃料通道(44)和圍繞所述噴嘴本體(42)的空氣通道 (46);以及徑向地位於所述燃料通道(44)和所述空氣通道(46)之間的渦流器 (100),所述渦流器(100)包括在所述燃料通道(44)的周圍周向地間隔開的一個或多個葉片(105),各葉片(105)均具有以相對於所述噴嘴本體 (42)的縱向軸線成大於45。的角度布置的後緣(110)。
6. 如權利要求5所述的噴嘴(40),其特徵在於，所述角度在大於 45。到大約50。的範圍中。
7. 如權利要求5所述的噴嘴(40),其特徵在於，所述角度在大於 45°到大約60。的範圍中。
8. 如權利要求5所述的噴嘴(40)，其特徵在於，所述角度在大於 45。到大約70。的範圍中。
9. 一種用於減少燃燒器中NOx的方法，所述方法包括 在所述燃燒器的中心體組件中提供具有燃料通道和空氣通道的噴嘴，以及在所述噴嘴中支撐所述燃料通道並具有一個或多個葉片的 渦流器，所述一個或多個葉片成形為相對於所述噴嘴的縱向軸線形成 渴流角；將來自壓縮機的排放空氣輸送到所述空氣通道並將燃料輸送到所述燃料通道；以及通過所述渦流器使排放空氣與燃料混合，並使得所述混合物以大 於45。的渦流角渦旋。
10. —種渦4侖才幾衝戒，包括 壓縮機；至少一個燃燒器，其被配置為接受進入的燃料和來自所述壓縮機 的排放的空氣，所述燃燒器包括 主燃燒室和輔助燃燒室；一個或者多個噴嘴，其設置於所述主燃燒室中並向所述主燃燒室 提供燃料；中心體組件；文丘裡管，其設置於所述中心體組件的下遊；以及 輔助燃料噴嘴，其容納於所述中心體組件中，朝著所述文丘裡管 延伸並向所述輔助燃燒室提供燃料，所述輔助燃料噴嘴包括燃詳牛通道和空氣通道；以及渦流器，其定位於所述燃料通道的周圍並且具有在所述空氣通道 中徑向突出的 一個或多個葉片，各葉片均具有以相對於所述輔助燃料 噴嘴的縱向軸線成渦流角布置的後緣，所述渦流器被配置為使得所述 空氣通道中的排放的空氣和所述燃料通道中的燃料的混合物以大於 45。的渦流角渦旋；以及可操作地連接於所述燃燒室的至少 一 個渦輪。
全文摘要
本發明涉及用於渦輪機械燃燒器的輔助燃料噴嘴的渦流角，更具體地，本發明涉及一種燃燒器，其包括主燃燒室和輔助燃燒室，設置於主燃燒室中並向主燃燒室提供燃料的一個或者多個主噴嘴，中心體組件，設置於該中心體組件的下遊的文丘裡管，以及容納於該中心體組件中、朝著文丘裡管延伸並向輔助燃燒室提供燃料的輔助燃料噴嘴。該輔助燃料噴嘴包括燃料通道和空氣通道，以及設置在燃料通道周圍的、具有在空氣通道中徑向突出的一個或多個葉片的渦流器，各葉片均具有以相對於輔助燃料噴嘴的縱向軸線成渦流角布置的後緣，該渦流角大於45°。
文檔編號F23D14/04GK101666501SQ20091016902
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月4日 優先權日2008年9月5日
發明者A·J·內格羅尼, D·W·西蒙斯, J·S·勒貝格, L·L·託馬斯 申請人:通用電氣公司