[发明专利]将燃料与空气混合物输送到燃气轮机发动机的方法和装置

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及用于燃气轮机发动机的燃烧系统。

背景技术

燃气轮机发动机的制造者和操作者期望生产和操作将以高效率操作、同时产生减少的量的政府管制的燃烧成分的燃气轮机。由燃烧传统的碳氢化合物燃料的燃气轮机发动机产生的主要的受管制排气成分是氮氧化物(“NOx”)、一氧化碳(“CO”)和未燃烧的碳氢化合物(“HC”)。氮在内燃机中的氧化取决于燃烧系统反应区中的最大热气温度。形成氮氧化物的化学反应速率是温度的函数。将燃烧室中的燃烧温度控制到期望温度将有助于控制NOx成分的形成。

将涡轮发动机燃烧器中的燃烧系统反应区的温度控制到将会限制NOx成分的形成的水平的一种方法是在燃烧之前将燃料与燃烧空气预混合成“贫”混合物。存在于燃烧器的反应区中的过量空气的热质量将吸热，且会降低燃烧事件的温度。

涉及利用燃料与空气的贫预混合来操作的燃烧器的操作问题包括在燃烧器反应区的上游的燃烧器预混合区段内存在可燃混合物。在这种情况下，由于在来自燃烧区的火焰传播进入燃烧器的预混合区段中时可能出现的被称为“逆燃”的效应，在预混合区段内可能会发生燃烧。因此，当在没有点火器的情况下，空气/燃料混合物在预混合区段中的停留时间和温度足以使燃烧启动的时候，就可发生自燃。在燃烧器的预混合区内发生燃烧的结果可包括使燃气轮机发动机的排放性能降低以及/或者使燃烧器预混合区段过热，以及(导致)低于合乎需要的耐用性。

另外，离开预混合器区段且进入燃烧器的反应区的燃料与空气的混合物应该是均匀的，以便实现期望的排放性能。如果在空气/燃料流场中存在燃料-空气的浓度高于其它区域中的浓度的区域，则在这些高浓度区域中的燃烧的产物可达到较高的燃烧温度，而且因此，达到较高水平的NOx。或者，空气/燃料流场中的燃料-空气的浓度比其它区域中的浓度更稀薄的区域可导致淬灭，因为不能使碳氢化合物和/或一氧化碳氧化，从而导致高于期望的CO和HC排放水平。

因此，合乎需要的是实现具有允许在具有满意的性能和耐用性的情况下降低受管制成分的排放的特征的用于燃气轮机发动机的燃烧器。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种具有喷嘴和从第一上游端延伸到第二下游端的燃烧空气通道的喷嘴组件。燃料分配歧管盘附连到喷嘴的第一上游端上，且可包括延伸通过其中的开口。燃烧空气通道从第一上游端延伸到第二下游端，燃烧空气通道对应于喷嘴中的空气通道且与该空气通道对准。燃料分配凹槽可形成于燃料分配歧管盘的一端中，且从开口延伸到空气通道。燃料回路盖具有从第一上游端延伸到第二下游的燃烧空气通道，该燃烧空气通道对应于燃料分配歧管盘中的空气通道且与该空气通道对准。燃料回路盖使燃料分配凹槽闭合，以限定从开口延伸到燃烧空气通道的燃料通道。燃料供应导管与开口和燃料通道连通，以便于将燃料输送到空气通道中的燃烧空气。

根据结合附图得到的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

在说明书结论部分处的权利要求书中特别指出和明确要求保护被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征以及优点显而易见。

图1是本发明的一个实施例可应用于其中的燃气轮机发动机的截面图；

图2是体现了本发明的特征的燃烧装置组件的等距局部截面图；

图3是与图2的燃烧装置组件相关联的喷嘴组件的等距局部分解视图；

图4是图3的喷嘴组件的等距视图；

图5是与图2的燃烧装置组件相关联的喷嘴组件的另一个实施例的等距局部分解视图；

图6是图2的燃烧装置组件的一部分的截面图；

图7是图3的喷嘴组件的下游端的等距视图；

图8是在圆8处得到的图7的喷嘴组件的下游端的一部分的放大视图；以及

图9是在圆9处得到的图6的燃烧装置组件的一部分的放大视图。

参照附图，详细描述以实例的方式阐述了本发明的实施例以及优点和特征。

部件列表：

2涡轮发动机

4涡轮

6燃烧器

8压缩机

10燃烧装置组件

12中心部分

14燃料入口和分配歧管组件

16空气入口和流动调节器组件

18旋流稳定的喷嘴组件

20出口区

22燃烧空气

24高压气室

26燃烧器反应区

28入口流动调节器

30环形流动通道

32圆柱形内壁

34有孔的圆柱形外壁