氣渦輪引擎之穩定燃燒裝置的製作方法

2023-06-04 16:43:36 1

專利名稱：氣渦輪引擎之穩定燃燒裝置的製作方法
發明所屬之技術領域本發明系關於氣渦輪用之燃燒器，尤有關適於穩定引擎燃燒之燃燒器，更有關結合噴口裝置並利用中央鈍體駐焰器以穩定燃燒過程之燃燒器。
先前技術氣渦輪之應用有多方面，包括發電、軍事與商業飛行、管線傳輸、及海洋運輸等。於氣渦輪引擎中，系將燃料與空氣供給燃燒室，而於此混合燃料與空氣並以火焰點燃，從而開始燃燒。氣渦輪引擎有若干主要技術問題與燃燒過程有關。這些問題包括，例如，燃燒器(burner/combustor)之熱效率、燃料與空氣之適當混合、火焰之穩定、脈衝與噪音之排除、及汙染排放之控制，尤其是氮氧化物(NOX)。火焰之穩定乃指固定燃燒器內火焰之位置與強度以便消除脈衝和減低噪音以及達成其它目的。
氣渦輪引擎之穩定燃燒系需要燃燒產物(亦即熱與自由基)的循環程序，其中熱與自由基系傳回上遊至火焰起始點以促進燃燒程序。
目前已知為了增進火焰之穩定可對燃料空氣混合物供以旋流空氣(swirled air)或賦予旋流至燃料空氣混合物，從而使燃燒過程穩定。旋流穩定燃燒流體系藉由在燃燒器中線附近產生逆流從而將熱與自由基傳回上遊至未燃之燃料空氣混合物以促進燃燒。
Monroe等人之美國第5,131,334號、第5,365,865號、和第5,415,114號專利中揭示之燒炭燃燒器皆含賦予旋流至燃料空氣混合物之火焰穩定器。此火焰穩定器包括複數個徑向間隔且固定於位在中央燃料供應管上之環狀元件上之扇葉組件。扇葉之形狀與方位系設計成能提供旋流空氣至燃料供應管之下遊端。
整體而言包含於此作為參考之Samuelson之美國第5,477,685號專利乃揭示用於氣渦輪燃燒器之旋流穩定稀薄燃燒注射器(lean burninjector)。於其例舉具體實施例中，燃料空氣混合物經由複數個徑向出口而離開位於中央之噴嘴。一空氣旋流器和一噴口裝置系附接至薩謬森注射器(Samuelson injector)之下遊端以促進再循環流。以徑向離開噴嘴之燃料空氣混合物系與因空氣旋流器之故而以螺旋路徑軸向行徑注射器之空氣相會。噴口裝置乃使用於工業鍋爐和火爐以強化及改變再循環熱燃燒產物之形狀。
利用旋流以穩定燃燒之傳統燃燒器，例如上所示者，需有足夠之旋流強度以使再循環得於中線附近產生，如第1圖所示。如上述，在以旋流穩定之燃燒中，當於燃燒過程產生之熱與自由基向上遊傳回至再循環區而與尚未反應之燃料空氣混合物混合併開始燃燒時，燃燒方為穩定。燃燒之穩定系極仰賴這些熱燃燒產物回至上遊之再循環。再者，當再循環燃燒產物之速度增加，上遊之熱和化學活之燃燒產物之通量亦增加，且燃燒過程於更大範圍之操作狀況將趨於更穩定。
旋流強度對熱燃燒產物再循環區之大小、形狀和強度有強烈的影響。旋流強度以一無因次值數(nondimensional number)衡量之，其定義為角動量之軸向通量對軸向動量之軸向通量之比。通常，旋流數小於0.4時，再循環區並不會產生。當旋流數增加時會造成於前滯點之總壓力減小。於第1圖所示，前滯點為燃燒產物之上遊流沿著中線與來自燃燒器空氣下遊軸向流會合之處，於此處所有速度皆為零。典型地，旋流數大於約0.6時會於前滯點產生一低壓區。此低壓區系使燃燒產物由燃燒器內壓力較高之燃燒器下遊端向上遊流向壓力減小之前滯點。此為導致主要再循環區形成之機制(見第1圖)。
增加旋流數(Sn)傾向於減低前滯點壓力及增加近中線之上遊再循環速度。此增加之燃燒產物之上遊流系增加了流至可啟始強烈燃燒之前滯點之熱氣體和化學活性物質的通量。當旋流數低時(也就是0.4＜Sn＜0.6)，前滯點之壓力僅稍微低於再循環區後滯點之壓力。因而，被傳回上遊之熱和化學活性燃燒產物之通量低且燃燒較不穩定，尤其是當燃燒稀薄時更然。
旋流數對再循環區有其它影響。例如，Sn之增加將減低於前滯點之低壓力且把後滯點往上遊拉近而使再循環區縮短。再者，隨Sn增加而增加之環向力，亦導致再循環區之直徑擴大。
噴口裝置乃使用於工業鍋爐和火爐中以減低旋流數大小對再循環區長度與直徑之影響。噴口裝置亦容許於不增加Sn下把再循環區之直徑擴大至噴口裝置出口之直徑。再者，於使用噴口裝置時，再循環區長度對旋流數較不敏感，並呈現約為噴口裝置出口直徑2至2.5倍的長度。
噴口裝置容許使用高Sn而不致產生大直徑之再循環區。然而，使用噴口裝置之燃燒器於強烈之旋流強度時，火焰傾向於向上遊移動而深入燃燒器內進而毀損燃燒器之零件。再者，當燃燒初始於化學計量上之稀薄側時，更濃之混合物將增加火焰速度。此火焰速度之增加亦促使火焰進一步往上遊移動至燃燒器內。除毀損燃燒器之硬體外，深入燃燒器內而不受控制之火焰移動更會造成高氮氧化物之排放。
此外，當燃料/空氣比改變時，穩定性問題會變得重大。當稀薄之預混燃燒變得非常稀薄時，火焰速度對燃料/空氣比之改變變得非常敏感。持續變化之火焰速度常導致火焰位置之移位而造成燃燒壓力之振蕩與噪音。
當火焰進入燃燒器內致燃料/空氣比變濃時亦能使燃燒不穩定發生，而使火焰更深入燃燒器內。較濃之燃料/空氣比典型上系藉減低旋流強度來抵消。然而此將導致火焰進出燃燒器之循環過程。此一普遍不穩定性問題能造成非常高壓之脈衝與氮氧化物排放之升高。此不穩定性屬典型的低頻不穩定，通常介於80至150赫茲(Hz)。其壓力脈衝之振幅可高達0.1巴(bar)而對氣渦輪引擎具破壞性。再者，於燃燒濃密之不穩定循環部分期間，會產生大量的氮氧化物。
鑑於以上所述習知技術之缺點，實需一種經改進之燃燒器，其不僅增進火焰之穩定，亦能減低壓力之脈衝、噪音及氮氧化物之排放。

發明內容本申請案系有關一種氣渦輪燃燒器用之燃燒器，其利用中央鈍體駐焰器及噴口裝置以穩定燃燒過程。此燃燒器包括圓柱狀主體、駐焰器及其它組件。
該燃燒器主體系包含軸向相對之上遊與下遊端部、至少一燃料入口信道、和至少一空氣入口信道形成其中。燃料與空氣入口信道乃建置成分別供應燃料與空氣至形成於主體下遊端部混合室。混合室具有複數個形成於其內部且環向間隔之表面以便使供給至混合室之燃料與空氣產生旋流及混合。
駐焰器系配置於混合室內，包含底座部及長鈍體。底座部系以支撐方式銜接燃燒器主體，而長鈍體則從底座部經內部混合室以軸向下遊方向延伸以把燃燒點火點置於內部混合室之下遊處。
燃燒器還包括毗鄰主體下遊端部之噴口裝置。噴口裝置系界定內部再循環室與燃燒器出口。內部再循環室乃設成用以接收來自混合室之燃燒前之氣體和用以於上遊方向再循環部分之燃燒產物氣體以輔助燃燒之穩定。
想像駐焰器之鈍體系置於混合室中心，且具有一錐形上遊區段和一實質圓柱尖端區。理想狀況下，駐焰器之軸向長度以達大於約0.6之Sn而設計。旋流數乃切線動量對軸向動量之比，其系定義流經燃燒器而旋轉之燃燒空氣量對以軸向流動條件離開燃燒器之燃燒空氣量的比。旋流數之數學定義可見於Monroe之美國第5,365,865號專利，其定義整體而言系引用於此。
於一示範具體實施例中，至少有一空氣入口信道系以實質上徑向向內之方向形成，而燃料則以實質上軸向方向進入主體之混合室。理想狀況下，空氣系以切線及徑向朝內之方向進入空氣入口而將旋流加諸通過燃燒器之空氣，此乃設計用以達大於約0.6之Sn。
熟習此類技藝之人士將能立即領會本發明可應用於任何形式之燃燒室或燃燒器，例如固態燃料燃燒器或火爐。
實施方式熟知本項技術人員將由下述之較佳具體例之詳細說明輕易地了解本申請案之燃燒器的上述及其它特徵。在以下參照圖式中，本發明類似之架構均以相似之組件符號標識。在第2圖中，氣渦輪燃燒器用之燃燒器一般系標示為組件符號100。燃燒器100系使用中央鈍體駐焰器20和噴口裝置80以穩定燃燒過程。燃燒器100包括圓柱狀主體50、駐焰器20、噴口裝置80以及其它組件。主體50及駐焰器20可用傳統方式互相附接，或以緊配方式固持在一起，或機械式地連鎖住。
燃燒器主體50包含軸向相對之上遊與下遊端部，分別為52和54。複數個軸向燃料入口信道56及複數個徑向空氣入口信道58系形成於主體50。熟習於此技術者可即體會改變燃料入口信道56及空氣入口信道58之位置、數量、及取向不致悖離本文所示之發明，且於此描述之配置架構僅為說明目的。
燃料與空氣入口信道56與58乃建成用置以分別供應燃料與空氣至形成於主體下遊端部之混合室60。混合室60具有複數個形成於其內部且環向間隔之表面62或渦輪葉，用以對被供給至混合室60之燃料與空氣賦予旋流運動並予以混合室。
駐焰器20系置於混合室60內，含一底座部22及一長鈍體24。底座部22系以支撐方式銜接燃燒器100之主體50，而長鈍體24則從底座部22經內部混合室60以軸向下遊方向延伸以便把燃燒點火點(combustion ignition point)或前滯點(forward stagnation point)75(參見第3圖)置於內部混合室60之下遊處。長鈍體24尚有複數條形成於其表面外且軸向延伸之柱槽27，以定義燃燒器100內紊流之規模。
噴口裝置80乃毗鄰於燃燒器主體50之下遊端部54。噴口裝置80系界定內部再循環室82與燃燒器出口84。由內部表面82a所界定之內部再循環室82乃設成用以接收來自混合室60之燃燒前之氣體和用以沿上遊方向再循環部分之燃燒產物氣體，以輔助燃燒之穩定。於此所揭示之具體實施例中，內部再循環室82為一典型文氏(venturi)形狀。然而，其它能達成混合室與再循環室之氣壓梯度分離之形狀者皆意含於此發明。
駐焰器20之鈍體部分24系置於混合室60中心且有一錐形上遊區段26和具有一徑向放大頭部之下遊頸部區28。頸部區之形狀可設成以進一步改善燃燒產物之再循環及火焰之穩定。潠擇駐焰器20之軸向長度以便以大於約0.6、但不大於2.0之旋流數來錨定再循環區。如前所述，旋流數乃定義為流經燃燒器之旋轉之燃燒空氣量對以軸向流動條件離開燃燒器之燃燒空氣量之比值。
燃燒器100乃用來使燃燒循環過程更穩定和大量減少使用稀薄預混燃燒之氣渦輪引擎中因燃燒不穩定而冒出火花或產生壓力脈衝之傾向。中心體駐焰器20和噴口裝置80有兩關鍵功效1)燃燒起始點之位置系固定於空間中，和2)可達較高之旋流速度而不致使燃燒反燃(flash back)而進入燃燒器100之混合室60內。利用於中心軸之鈍體駐焰器20之火焰錨定系容許燃料/空氣比之自然波動和旋流速度之變動而不致改變火焰位置。增加旋流強度而不導致反燃之能力與燃燒起始點之固定，二者皆使燃燒過程更穩定。因此，與習知技術之燃燒器比較，噴口裝置80與鈍體駐焰器20之使用根本地改變了旋流穩定燃燒之穩定性。
駐焰器20實際上阻止火焰沿燃燒器100中心線反燃而進入混合室60。藉由阻止沿中心線反燃而進入混合室60，燃料—空氣混合物可有較高之切線方向之旋流分量。增加旋流強度而無反燃系使噴口裝置於增強朝上遊再循環熱氣時更有效率，而使整個燃燒過程更穩定。增加向上遊之再循環熱量可使較稀薄之燃料—空氣混合物燃燒穩定。此將於引擎操作中提供較大的彈性與穩健性，同時維持低引擎排放。
噴口裝置80乃用來使再循環區小於單由旋流數影響下所產生之再循環區。噴口裝置80容許高旋流數而同時維持直徑小且長度短之再循環區。高旋流數造成前滯點與後滯點之壓力有很大差異。此高氣壓梯度將導致熱化學活性之燃燒產物以高速及高通量沿著中心線處附近流向燃燒起始之前滯區。於燃燒起始區之高通量熱化學活性燃燒產物系容許稀薄之燃料和空氣混合物可穩定的燃燒。稀薄燃料和空氣混合物之燃燒穩定對於氣渦輪引擎產生之低氮氧化物(NO和NO2)之排放有其重要性。
維持小的再循環區有益於保持熱燃燒氣體之化學活性，而容許更快與更穩定之燃燒起始，尤其是於低燃燒溫度，此常發生在低氮氧化物NOX(一氧化氮NO和二氧化氮NO2)引擎低於1700K時。隨燃燒壓力升高及燃燒溫度下降，於再循環中的低駐留時間對化學活性燃燒產物更顯重要。於高壓下，化學活性物(或稱對快速起始燃燒有所助益之自由基)在高壓影響下系快速地舒緩至均衡水準。高於均衡水準之自由基之壽命隨壓力之增加而縮短。當燃燒溫度低，例如於低NOX引擎中，因自由基於低溫時為均衡水準較低，對這些自由基之高的非均衡水準之有效利用越顯重要。
第3圖為旋流穩定燃燒器100之截面圖，其描述燃燒產物往上遊之再循環以維持燃燒過程。燃燒器100之上遊與下遊端分別以″U″和″D″為其參考標記。如圖所示，燃燒產物之流動被分開至不同之區域，也就是主要再循環區90與外部再循環區92。
如前所述，使燃料—空氣混合物旋流以使燃燒產物往上遊移動之程序一般系被用來穩定燃燒。於揭示之燃燒器100中，鈍體駐焰器20把主要再循環區90錨定於一固定位置。火焰前緣或預混流體之燃燒起始點94系沿著主要再循環區90之外表面產生，於外表面，熱與自由基系混合且起始未反應過之預混燃料與空氣。火焰起始於駐焰器20之末端而往下遊方向擴展成圓錐形狀。
即使燃料—空氣混合物之比例有很顯著改變，燃燒器100仍維持火焰之位置於駐焰器20之末端24。當稀薄之預混燃燒變得非常稀薄時，火焰速度對燃料/空氣比變得非常敏感。此火焰速度之改變常導致火焰位置之移位，而可能導致燃燒壓力之振蕩。藉由以中心鈍體駐焰器20來錨定火焰位置及避免火焰移動，可防止壓力之振蕩。
第4a圖所提供之燃燒器100之截面圖系說明錨定於駐焰器20之圓錐形火焰98。第4b至4d圖所示為不含中心體駐焰器之燃燒器200。於燃燒器200中，當旋流強度強烈，或預混之燃料/空氣混合物比例濃時，火焰298傾嚮往燃燒器移動而深入其內，如第4b圖所示。當燃燒系化學計量上之稀薄側時，使混合物較濃將增加火焰速度。增加之火焰速度會使火焰能進一步往上遊移動。增加旋流強度亦能產生使火焰進一步往上遊移動之相同傾向。一般並不希望火焰298進入燃燒器混合區260內，如第4b圖所示。深入燃燒器200內而不受控制之火焰移動會毀損燃燒器之硬體及導致高氮氧化物之排放。加裝中心鈍體駐焰器20於噴口裝置改裝燃燒器會把主要再循環區90之前滯點96錨定於駐焰器20之端部，以防止主要再循環區90及火焰進入混合室60。對於本來會驅使前滯點96深入燃燒器100內、或朝向出口84、或甚至燃燒器外面之種種旋流強度，中心鈍體駐焰器系把前滯點96(參見第3圖)固定於駐焰器20之端部。是故，中心鈍體駐焰器20把前滯點96及火焰198錨定於單一位置使其不致隨旋流強度之變動而不停地移動。
中心鈍體駐焰器20有一最佳位置，於此，旋流數可相同地增減且前滯點96與火焰198繼續依附於駐焰器20上。假如旋流強度持續遞減，火焰198將繼續依附於駐焰器20直至最後火焰跳離駐焰器而穩定於下遊相當遠處、或於燃燒器出口84外。從相同的最佳旋流數和中心鈍體駐焰器位置開始，增加旋流強度不會影響火焰位置，直至於某一臨界旋流強度時，火焰位置跳往上遊而吞沒主要再循環區內之駐焰器20末端。只要操作條件保持於旋流強度與燃料/空氣比之合理範圍內，火焰位置將留在原處，即使引擎條件有所改變亦然。這些範圍已證明系相當大，此乃燃燒器100之正面特性。
火焰位置之移動對於以非常稀薄之條件進行操作之燃燒系統為一重大問題。於第4c圖與第4d圖所示之火焰198乃於最稀薄之燃料/空氣比和/或最低之旋流強度所產生。當燃燒非常稀薄時，旋流穩定燃燒會變得非常不穩定。然而，減低NOX排放最具成效之方法為使燃燒稀薄到火焰溫度能降至低於雙原子氮與氧(N2與O2)分解及再結合成NO與NO2之溫度。若於燃料和空氣混合物燃燒前有近兩倍之空氣與燃料混合，多出之空氣則做為被燃燒過程加熱之隋性物質。只要有充足或更多的空氣供給燃燒過程，燃燒過程釋放之能量大小乃僅由已燃燒之燃料量來決定。超出燃燒所需之空氣並不影響燃燒過程所釋放能量之大小，但因燃料和空氣之結合量系增加而於釋放之能量則維持不變，火焰及燃燒產物之溫度因而減低。火焰溫度之減低亦減少NOX(NO與NO2)之合成。此幾為目前所有低NOX排放之氣渦輪引擎所依據之原理。
如上述，加裝中心鈍體駐焰器20於燃燒器100系容許旋流強度之增加而不致使火焰反燃至混合室60內。增加旋流強度之能力系令增加熱燃燒產物回至上遊之逆流。熱燃燒產物之增加流動系提供更多之熱與自由基，而使燃燒更紮實及較不易不穩定。
假如火焰前緣由燃燒器外開始，針對橫跨燃燒器之固定壓降，燃燒器將有一最大氣流率。若某些擾動造成火焰跳入燃燒器內，經燃燒器之空氣品質流率(mass flow rate)將減少，此乃因燃燒過程產生之熱將使空氣擴展而增加經燃燒器出口之體積流率。此針對固定壓降之體積流率之增加將導致經燃燒器之空氣品質流率的減少。對大部分氣渦輪引擎而言，依引擎之功率額定值而定而使用6至100個燃燒器。若火焰跳入某些燃燒器，但非全部，則具有火焰於內部之燃燒器將燒得較濃烈。此乃因相同之燃料系經由共同燃料岐管平均供給每一燃燒器。由於燃燒器出口內部之燃燒，導致體積流率增加而致使空氣品質流率減少，所以火焰於內之燃燒器燒得較濃。當燃燒初始為稀薄時，較濃密燃燒之結果為增加火焰速度。火焰速度之增加系容許火焰更深入燃燒器內。此將增加體積流率並額外減少空氣品質流率而使燃燒更為濃密。一旦進入內部，火焰有可能會停留在一些燃燒器內，同時停留在其它燃燒器外。若此發生，於進入對應於較濃密之燃燒器之渦輪入口時將導致高NOX及出現熱點。
於燃燒器內之燃燒過程亦將影響旋流之特性，其能導致把火焰拉入燃燒器內之先前程序的逆轉。當火焰被拉入燃燒器內時，空氣之質量流率將減少。通過旋流器之空氣密度並沒有改變而導致較低之速度及旋流強度之減低。旋流強度之減低易使主要再循環之前滯點往下遊移動。燃燒過程本身亦有減低旋流強度之傾向，此乃因燃燒過程系平均地擴大各方向之流量。當火焰移入燃燒器內造成燃料/空氣比變濃時會導致不穩定，此將使火焰更深入燃燒器內。抵消產生較高火焰速度之較濃燃料/空氣比乃是旋流強度之衰退。此將形成火焰進出燃燒器之循環過程。而此普遍不穩定性問題能造成非常高壓之脈衝與NOX排放之升高。此不穩定性乃一般低頻不穩定，通常介於80至150赫茲。其壓力脈衝之振幅可達0.1巴之壓力振蕩而對氣渦輪引擎具破壞性。再者，於燃燒濃密之循環部分中，會產生大量的NOX。應用中心鈍體駐焰器於以噴口裝置為基礎之燃燒器之發明系使火焰位置對於旋流強度及燃料/空氣比之變動不敏感，而容許火焰穩定於駐焰器末端之固定位置。如此可消除導因於火焰移動之壓力振蕩及升高之NOX排放。
本發明對較佳具體實施例已詳加描述，熟習此技藝之人士將能輕易領會運用本發明所揭示之內容可作不同的改變和/或修飾，，而不致脫離如所附之申請專利範圍所界定之本發明之精神與技術範疇。
旋流數乃切線動量對軸向動量之比，其定義經燃燒器而旋轉之燃燒空氣流量對於沿軸向流動而離開燃燒器之燃燒空氣流量的比。
圖標簡單說明
為使熟知本申請案所屬技術之人士能立即體會如何製造與使用本申請案，可參照下列圖式第1圖為習知技術之旋流穩定燃燒器之截面透視圖；第2圖為本發明含鈍體駐焰器之旋流穩定燃燒器之截面透視圖；第3圖為第2圖燃燒器之截面圖，其說明燃燒器內之旋流流動、主要再循環區前滯點之錨定、和於中心鈍體駐焰器旁之火焰前緣；第4a圖乃依本發明之較佳具體實施例所建構之燃燒器之截面圖，其說明火焰穩定於中心鈍體駐焰器；第4b圖系習知技術之無中心鈍體駐焰器之燃燒器之截面圖，其說明火焰於反燃位置；第4c圖為第4b圖燃燒器之截面圖，其說明火焰位於燃燒器下遊端部，近出口；及第4d圖為第4b圖燃燒器之截面圖，其說明火焰位於燃燒器出口之外。
組件符號簡單說明100燃燒器198火焰20 駐焰器22 底座部24 鈍體 26 上遊錐形區段27 柱槽 28 下遊頸部區200燃燒器260混合區298火焰50 主體 52 上遊端部54 下遊端部 56 燃料入口信道58 空氣入口信道60 混合室62 表面或渦輪葉75 前滯點80 噴口裝置 82 再循環室82a內部表面 84 燃燒器出口90 主要再循環區 92 外部再循環區94 燃燒起始點98 圓錐形火焰
權利要求
1.一種燃氣輪機(gas turbine)燃燒室(combustor)用的燃燒器，包括a)圓柱狀主體，具有於軸向相對的上遊與下遊端部，該主體具有至少一個燃料入口信道、和形成其中的至少一個空氣入口信道，這些信道適用於分別供應燃料與空氣至界定在主體下遊端部的混合室，該混合室構造成使供應至混合室的燃料與空氣產生旋流並對其加以混合；及b)火焰穩定器(flame holder)，配置於該混合室內，並包含與燃燒器主體接合的底座部、及從底座部經內部混合室沿軸向下遊方向延伸以控制將內部混合室燃燒點火點下遊的位置的長鈍體(elongated bluff body)。
2.如權利要求1所述的燃燒器，還包括噴口(quarl)裝置，毗鄰於燃燒器主體的下遊端部布置，該噴口裝置界定內部再循環室與燃燒器出口，該內部再循環室適用於接收來自混合室的預燃(precombustion)氣體，並沿上遊方向再循環部分的燃燒產物氣體，以輔助穩定燃燒。
3.如權利要求1所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器的鈍體配置於混合室內的軸向中心處。
4.如權利要求1所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器鈍體具有錐形區。
5.如權利要求1所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器鈍體有徑向放大的尖端區。
6.如權利要求1所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器的軸向長度設成用以達到大於約0.6的渦流數。
7.如權利要求1所述的燃燒器，其中，該至少一個空氣入口信道沿實質上徑向朝內的方向形成。
8.如權利要求1所述的燃燒器，其中，燃料沿實質上軸向方向進入主體的混合室。
9.如權利要求1所述的燃燒器，其中，形成於燃燒器主體的該至少一個燃料入口信道包含用於給燃料賦予角動量的螺旋部。
10.如權利要求1所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器鈍體具有多條形成於其外表面且軸向延伸的槽(flute)。
11.一種燃氣輪機(gas turbine)燃燒室(combustor)用的燃燒器，包括a)圓柱狀主體，具有於軸向相對的上遊與下遊端部，該主體具有至少一個燃料入口信道、和形成其中的至少一個空氣入口信道，這些信道適用於分別供應燃料與空氣至界定於主體下遊端部的混合室，該混合室構造成使供應至混合室的燃料與空氣產生旋流並對其加以混合；及b)火焰穩定器，配置於該混合室內，並包含與燃燒器主體接合的底座部、及從底座部經內部混合室沿軸向下遊方向延伸以控制內部混合室燃燒點火點下遊的位置的長鈍體；及c)噴口(quarl)裝置，毗鄰於燃燒器主體的下遊端部布置，該噴口裝置界定內部再循環室與燃燒器出口，該內部再循環室適於接收來自混合室預燃(precombustion)氣體，並沿上遊方向再循環部分的燃燒產物氣體，以輔助穩定燃燒。
12.如權利要求11所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器的鈍體配置於混合室內的軸向中心處。
13.如權利要求11所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器鈍體具有錐形區。
14.如權利要求11所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器鈍體具有徑向放大的尖端區。
15.如權利要求11所述的燃燒器，其中，火焰穩定器的軸向長度適於使主要再循環的渦流數穩定在約0.6和約2.0間範圍。
16.如權利要求11所述的燃燒器，其中，該至少一個空氣入口信道沿實質上徑向朝內的方向形成。
17.如權利要求11所述的燃燒器，其中，燃料沿實質上軸向方向進入主體的混合室。
18.如權利要求11所述的燃燒器，其中，形成於燃燒器主體的該至少一個燃料入口信道包含用於給燃料賦予角動量的螺旋部。
19.如權利要求11所述的燃燒器，其中，該火焰穩定器鈍體具有多條形成於其外表面且軸向延伸的槽(flute)。
20.一種燃氣輪機(gas turbine)燃燒室(combustor)用的燃燒器，包括a)圓柱狀主體，具有軸向相對的上遊與下遊端部，該主體具有至少一個燃料入口信道、和形成其中的至少一個空氣入口信道，這些信道適用於分別供應燃料與空氣至界定於主體下遊端部的混合室，該混合室構造成供應至混合室的燃料與空氣產生旋流並使其加以混合；及b)配置於混合室內而用於將控制內部混合燃燒點火點下遊的位置的裝置。
全文摘要
本文系揭示一氣渦輪燃燒器用之燃燒器，其利用一中央鈍體駐焰器及一噴口裝置來形成再循環區以穩定燃燒過程。此燃燒器包括，圓柱狀主體及駐焰器，以及其它組件。駐焰器系配置於燃料一空氣混合室內，並包含底座部及長鈍體。底座部系以支撐方式銜接燃燒器主體，而長鈍體則從底座部經內部混合室往軸向下遊方向延伸以把燃燒點火點置於內部混合室之下遊。於一代表性之具體實施例中，燃燒器還包括毗鄰燃燒器主體下遊端部之噴口裝置。噴口裝置系界定內部再循環室與燃燒器出口。內部再循環室乃設成用以接收來自混合室之燃燒前之氣體，並以上遊方向再循環部分之燃燒產物氣體以輔助燃燒之穩定。
文檔編號F23D14/72GK1878986SQ200480032800
公開日2006年12月13日 申請日期2004年9月3日 優先權日2003年9月5日
發明者M·康韋爾, V·D·米洛薩夫列維奇 申請人:德拉文公司, 德馬格德拉瓦爾工業渦輪機械公司