[发明专利]燃气涡轮发动机燃烧器以及燃气涡轮发动机燃烧器漩流区域内混合燃料和空气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有空气入口导管和位于所述空气入口导管内的至少一个漩流器的燃气涡轮发动机燃烧器。另外，本发明涉及一种在燃气涡轮发动机燃烧器的漩流区域内混合燃料和空气的方法。 

背景技术

在燃气涡轮发动机燃烧器中，燃料燃烧以便产生热的压力排放气体，该气体接着供应到涡轮级，其中它们在膨胀和冷却的同时将动能传递到涡轮转子。涡轮转子的机械功率可接着用来驱动发生器，以便产生电能，或者用来驱动机器。但是，燃烧燃料在排放气体中导致多种造成环境危害的不希望的污染物。因此，采取相当大的努力来将保持污染物。一种污染物是一氧化氮(NOx)。形成一氧化氮的速度指数地取决于燃烧火焰的温度。因此试图减小燃烧火焰上的温度，以便尽可能低地保持一氧化氮的形成。 

具有两种主要方法来实现燃烧火焰的温度降低。第一种方法是使用贫化学计量学，例如具有低燃料比的燃料/空气混合物。相对小比例的燃料造成具有低温度的燃烧火焰。第二种方法是在产生燃烧之前进行燃料和空气的完全混合。混合越好，燃料在燃烧区域内的分布越均匀。这有助于在燃烧区域防止热点，热点是由于燃料/空气混合比出现局部最大值而造成的。 

现代燃气涡轮发动机因此使用在燃料/空气混合物燃烧之前以贫化学计量学预混合空气和燃料的思想。通常预混合通过将燃料注射到燃烧器位于燃烧区域上游的漩流区域内的空气流中实现。漩流造成燃料和空气在混合物进入燃烧区域之前混合。 

US6513329B1披露了燃料和空气在燃烧器的混合腔室内预混合。混合腔室沿着燃烧器的纵向轴线延伸并至少部分围绕该纵向轴线卷绕。两排燃料注射通道位于混合腔室轴线的外壁内。混合腔室的出口开口通过平行于纵向燃烧器轴线延伸的细槽形成。通过此构造，离开混合腔室的燃料/空气混合物除了具有相对于燃烧器轴线的轴向流动分量 之外，还具有径向流动分量。 

US2001/0052229A1描述一种具有均匀燃料/空气预混合以便低排放燃烧的燃烧器。燃烧器包括空气入口导管和布置在空气入口导管内的漩流器。漩流器包括具有主要和次要气体通道的漩流器叶片和相应气体入口开口。流过两个气体通道到入口开口的燃料被单独控制，并且可以从漩流细槽底部到其尖端控制径向燃料/空气浓度分布。次要气体入口开口位于主要气体入口开口的下游。 

相对于所述的现有技术，本发明的目的在于提供一种特别是燃气涡轮发动机燃烧器的燃烧器，以及提供在特别是燃气涡轮发动机燃烧器的燃烧器的漩流区域内混合燃料和空气的方法，有利地提供均匀的燃料/空气混合物。 

此目的通过如权利要求1所述的燃烧器和如权利要求5所述的方法来实现。从属权利要求描述本发明的有利变型。 

本发明的燃烧器包括空气入口导管和布置在所述空气入口导管内的至少一个漩流器。漩流器具有至少一个空气入口开口、相对于空气经过空气入口导管的流动方向定位在空气入口开口下游的至少一个空气出口开口以及从至少一个空气入口开口延伸到至少一个空气出口开口的至少一个漩流器空气通道。漩流器通过由空气入口导管的壁和/或漩流器叶片形成的漩流器空气通道壁限定。另外，本发明燃烧器包括燃料注射系统和空气注射系统。可总体适用于注射气态或液态燃料的燃料注射系统包括例如喷嘴的燃料注射开口，喷嘴配置在至少一个漩流器空气通道壁内，以便将燃料注射到漩流器空气通道。空气注射系统包括例如喷嘴的空气注射开口，喷嘴配置在至少一个漩流器空气通道壁内并定位在燃料注射开口的下游，以便将空气注射到漩流器空气通道内。 

漩流器空气通道内的空气注射孔用来在流动介质中产生另外的漩流，继而有助于增加燃料和空气在漩流器空气通道内混合的速度。因此，可以在漩流器空气通道的截面上获得注射燃料的更好分布。另外，增加了燃料/空气混合物在截面区域上的均匀性。 

在本发明燃烧器的特别实现过程中，空气通道壁至少部分通过漩流器叶片形成，并且空气注射开口配置在漩流器叶片内。在用于燃气涡轮发动机的燃烧器中，燃料注射开口通常配置在漩流器叶片内，将空气注射开口配置在漩流器叶片内，使得空气在燃料注射的或多或少的相同方向上注射，特别是垂直于流过空气通道的空气的流动方向。但是，通常不同的燃料注射方向和空气注射方向也是可以的。