[发明专利]冲击冷却型罐式燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及罐式燃烧器。具体而言，本发明涉及用于燃气涡轮发动机的、冲击冷却型罐式燃烧器。

背景技术

利用罐型燃烧器的燃气涡轮燃烧系统通常易于出现气流的分布不均。由这种不规则性造成的问题在低NOx系统的开发中尤其引人关注。在燃烧器内实现低水平的氮氧化物与火焰温度以及火焰温度在反应区前端部分中的变化密切相关。火焰温度与反应区内的有效燃空比相关，该有效燃空比取决于所采用的燃空比以及在火焰前锋(flame front)之前实现的(燃料和空气的)混合程度。这些因素明显受到燃料和相关空气的局部施加以及混合效率的影响。燃料的均匀施加通常处于设计良好的喷射系统的控制之下，但空气流的局部变化通常并非如此，除非给予特别考虑以校正分布不均。

为实现全球某些地区的法规设定的氮氧化物的现有水平要求：将有效燃空比的标准偏差控制在10％的较低量级内。这种燃烧系统的开发成本高，而且会明显受到其构型的选择是否正确的影响。燃气轮机的制造者对构型采用不同的方案，这些方案看上去直观但通常让人感到开发困难而且成本高。为了进一步说明这些事实，可对图1(即公知的冲击冷却型罐式燃烧器的示意图)的构型进行有用的讨论。

如图1中示意性地示出的，罐式燃烧器10包括壳体12和燃烧器内衬套14，如本领域技术人员可以理解的，该内衬套限定出燃烧区16和稀释区18。另外，现有技术的燃烧器10包括套筒20，该套筒20具有用于引导冷却空气撞击(朝向)衬套14的外表面的冲击冷却孔22。燃烧器10构造成在允许稀释空气通过稀释端口24进入稀释区18之前将稀释空气用作冷却空气。用于燃烧的空气沿着通道26直接流向旋流叶片28，在所述旋流叶片处用于燃烧的空气与燃料混合并被允许进入燃烧区16以进行燃烧。图1还示出了再循环区或模式32，该再循环区或模式通过旋流的空气/燃料混合物以及罐式部件的几何结构建立，用于使燃烧稳定。

图1所示类型的构型可用于冲击冷却优于膜冷却的简单的低NOx燃烧器中。一般而言，在这些低火焰温度燃烧器中使用膜冷却会产生高量级的一氧化碳排放。对火焰筒(衬套)的外部冲击冷却能够降低这种高量级(的一氧化碳排放)。所示构型中最引人关注的(技术)特征在于将冲击空气额外用于稀释。但是，在除了要求低NOx以外、高出口温度也是一性能要求的系统中，旋流/反应区空气流占总空气流的很大部分，因而冷却和稀释空气流受到限制。因此，使这些流动相结合以使整体流动条件得到优化是相当有利的。虽然空气动力学看起来会是令人满意的，但应当看到，旋流/反应区空气流受到任何分布不均的影响，而所述分布不均可能是入流(即在空气通道26内)所固有的。当要求燃烧器具有低的总压力损失时，这种分布不均对旋流/反应区的燃空比和NOx的影响被进一步放大。

发明内容

一种例如用于燃气涡轮发动机中的罐式燃烧器包括基本上柱形的壳体，该壳体具有内部、轴线和封闭的轴向端部，该封闭的轴向端部包括用于将燃料引入所述壳体内部的装置。该罐式燃烧器还包括基本上柱形的燃烧器衬套，该燃烧器衬套同轴地布置在所述壳体内并构造成与所述壳体一起限定出燃烧空气和稀释空气各自的径向外通道以及燃烧区和稀释区各自的径向内体积。燃烧区布置成沿轴向邻近所述封闭的壳体端部，而所述稀释区布置成沿轴向远离所述封闭的壳体端部。罐式燃烧器还包括冲击冷却套筒，所述冲击冷却套筒同轴地布置在所述壳体与所述燃烧器衬套之间并且沿轴向自所述封闭的壳体端部起、延伸燃烧区的主要长度。所述套筒具有多个孔，所述孔被定尺寸和分布成引导燃烧空气撞击(朝向)所述燃烧器衬套的限定出所述燃烧区的部分的径向外表面以进行冲击冷却。基本上所有的所述燃烧空气在被允许进入所述燃烧区之前均流经所述冲击冷却孔。

结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的若干实施方式，所述附图连同说明书用于解释本发明的原理。

附图说明

图1是现有技术的用于燃气轮机的冲击冷却型罐式燃烧器的示意性截面图；以及

图2是根据本发明的用于燃气轮机的冲击冷却型罐式燃烧器的示意性截面图。

具体实施方式

根据本发明，如本文所体现并概括地描述的，罐式燃烧器可包括基本上柱形的壳体，所述壳体具有内部、轴线和封闭的轴向端部。该封闭的轴向端部还可包括用于将燃料引导至壳体内部的装置。如本文所体现的，并且参照图2，罐式燃烧器100包括外壳体112，该外壳体具有内部114、纵向轴线116以及封闭的轴向端部118。壳体112围绕轴线116基本上呈柱形形状，但该壳体也可以根据特定应用的需要而包括不同直径的锥形和/或台阶部段。