[发明专利]燃料喷嘴和用于旋流控制的方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及燃气轮机。更具体而言，本主题涉及燃气轮机中的燃烧器。

背景技术

在燃气轮机中，燃烧器将燃料或空气-燃料混合物的化学能转化成热能。热能通过流体，通常是来自于压缩机的空气传送至涡轮，在涡轮中热能转化成机械能。多种因素会影响热能转化成机械能的效率。这些因素可包括叶片通过频率、燃料供送波动、燃料类型和反应性、燃烧器头端容积、燃料喷嘴设计、空气-燃料轮廓(profile)、火焰形状、空气-燃料混合、火焰保持(flame holding)和火焰稳定性。例如，由于燃烧性状和/或成本而期望有高反应性的燃料。然而，高反应性燃料会增大火焰保持的发生率。火焰稳定性受燃料喷嘴影响，因为它们将空气-燃料混合物射出到燃烧室中。对火焰稳定性的控制可导致对燃烧位置的控制，在此情况下期望的是防止火焰部分形成在燃料喷嘴中。此外，喷嘴中的火焰扩张可导致不充分燃烧和缩短喷嘴及燃烧器的寿命。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于喷射燃料的设备，其中该设备包括圆锥体结构，该圆锥体结构包括用以在燃烧室中形成空气-燃料混合物旋流(swirl)的通道。该设备还包括定位在通道中的至少一个可调导叶(vane)，该可调导叶构造成用以控制空气-燃料混合物的旋流和控制火焰稳定性。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于喷射燃料的方法，其中该方法包括在圆锥体结构内的通道中混合空气和燃料以形成空气-燃料混合物，以及将空气-燃料混合物从通道引导至燃烧室中。该方法还包括利用空气-燃料混合物形成旋流，以及调整至少一个可调导叶的位置来控制火焰稳定性和控制空气-燃料混合物旋流的特性。

通过结合附图的如下描述，这些及其它优点和特征将变得更为明显。

附图说明

在所附权利要求中具体地指出且明确地主张了认作是本发明的主题。通过结合附图的如下详细描述，本发明的前述及其它特征和优点将变得明显，在附图中：

图1为包括燃烧器、燃料喷嘴和压缩机的燃气涡轮发动机实施例的一部分的截面侧视图；

图2为燃料喷嘴实施例的详细截面侧视图；

图3为燃料喷嘴实施例的详细截面侧视图；

图4为如图2中所示的可调导叶的实施例的截面视图；以及

图5为如图3中所示的可调导叶和圆锥体结构的实施例的截面视图。

本详细说明通过参照附图以举例的方式阐述了本公开内容的实施例以及优点和特征。

零件清单

10燃气涡轮发动机

100燃烧器

102压缩机

103涡轮

104燃料喷嘴

105盖板

106供给空气

107供给燃料

108排放仓室

110环形空气流动通道

112空气-燃料混合物

114燃烧室

116热排出气流

118过渡件

120涡轮喷嘴

200燃料喷嘴

202外圆锥体

204内圆锥体

206凸缘

208空气通道

210可调导叶

211圆锥形室

212气态燃料流

214通道

216燃料入口

218空气燃料混合物

220液体燃料端口

222液体燃料

224轴向流动

226旋流流动

228旋流平均半径

230轴线

300燃料喷嘴

302外圆锥体

304内圆锥体

306空气通道

308中心圆锥体

310凸缘

312可调导叶

313切向轴线

314气态燃料流

316通道

318气体燃料入口

320空气燃料混合物

322液体燃料端口

324流

326下游流动

328涡流(vortex)

330旋流平均半径

332轴线

400可调引导导叶

402前缘

404后缘

406枢转点

500外圆锥体

502内圆锥体

504中心圆锥体