[发明专利]用于冷却喷嘴的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于冷却喷嘴的系统和方法。特别地，本发明的实施例可通过闭环冷却回路(closed loop cooling circuit)提供冷却介质来冷却喷嘴的表面。

背景技术

燃气涡轮(gas turbines)广泛地用于工业和发电操作中。典型燃气涡轮包括在前部的轴向压缩机，在中部周围的一个或多个燃烧器以及在后部的涡轮。周围空气进入压缩机，且压缩机中的旋转叶片和静止叶片渐进地赋予能量给空气以产生在高能状态的压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机且通过喷嘴流到燃烧器中，在燃烧器中其与燃料混合并点燃以生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀以做功。举例而言，燃烧气体在涡轮中膨胀可使得连接到发电机的轴杆旋转以发电。

众所周知，燃气涡轮的热力学效率随着操作温度(即，燃烧气体温度)升高而增加。但是，如果燃料与空气在燃烧之前并未均匀混合，那么在燃烧器中可形成局部热点。局部热点增加燃烧器中火焰反燃到喷嘴内的机会和/或变得附着于喷嘴内侧，这可能会损坏喷嘴。尽管对于任何燃料都可能会出现火焰反燃(flame flash back)和火焰保持(flame holding)，但对于诸如氢气的高反应性燃料更易于出现这种情况，高反应性燃料具有更高的焚烧速率和更宽的可燃性范围。

存在多种技术来允许更高的操作温度同时最小化反燃和火焰保持。这些技术中的许多技术设法减少局部热点和/或减小低流量区来防止或减少反燃或火焰保持的发生。举例而言，喷嘴设计中的不断改进导致燃料与空气在燃烧之前更均匀混合，以减少或防止局部热点形成于燃烧器中。作为替代或作为补充，喷嘴被设计成确保燃料和/或空气通过喷嘴的最小流率，以冷却喷嘴的表面和/或防止燃烧器火焰反燃到喷嘴内。但是，在喷嘴设计中减少和/或防止火焰保持或反燃发生的不断改进将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

本发明的一实施例是一种包括中央主体(center body)的喷嘴。护罩(shroud)在周向包围中央主体的至少一部分，以限定在中央主体与护罩之间的环形通路。闭环冷却回路在中央主体内延伸(extending inside the center body)。

本发明的另一实施例是一种包括中央主体的喷嘴。护罩在周向包围中央主体的至少一部分，以限定在中央主体与护罩之间的环形通路。闭环冷却回路沿着护罩在喷嘴外侧延伸。

本发明还包括一种用于冷却喷嘴的方法。该方法包括使冷却介质通过喷嘴内的闭环冷却回路流动。

通过阅读本说明书，本领域普通技术人员将更佳地了解这些实施例和其它实施例的特征和方面。

附图说明

在说明书的其余部分中并参考附图向本领域技术人员更具体描述了全面并可实施的公开内容(包括其最佳实施方式)，在附图中：

图1是根据本发明的一实施例的燃烧器的简化侧视截面图；

图2是图1所示的燃烧器的轴向截面图；

图3是根据本发明的一实施例的喷嘴的简化侧视截面图；

图4是根据本发明的一实施例的叶片的透视图；以及

图5是根据本发明的替代实施例的叶片的透视图。

部件列表：

附图标记部件

10    燃烧器

12    喷嘴

14    顶帽

16    壳体

18    端帽

20    衬里

22    燃烧室

24    流动衬套

26    流动孔

28    环形通路

30    歧管

32    冷却介质的供应

34    中央主体

36    护罩

38    轴向中心线

40    环形通路

42    叶片

44    闭环冷却回路

46    供应(supply)

48    返回(return)

50    叶片入口

52    叶片出口

具体实施方式

现详细地参考本发明的本实施例，其一个或多个实例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相似或类似的标记用于指代本发明相似或类似的部件。