[发明专利]气动力燃料喷嘴

说明书

技术领域

本发明总体涉及燃气涡轮发动机，且更特别地涉及一种带有用于延迟稀薄喷射和调低(turndown)的三级旋流器的气动力燃料喷嘴。

背景技术

干燥低NOx技术可以用于利用环形燃烧系统等的工业燃气轮机中的气体燃料燃烧的排放控制。这些已知的干燥低NOx燃烧系统提供了燃料和空气的预混，用于具有相对恒定的反应区温度的大体一致的燃烧速度。通过精细的空气管理，这些反应区温度可以被优化以产生非常少的氮氧化物(“NOx”)，一氧化碳(“CO”)，未燃烃(“UHC”)，以及其他类型的不期望的排放物。具体地说，当改变进入涡轮的燃料输入时，中心预混燃料喷嘴的调节通过允许外喷嘴的燃料-空气比和对应的反应速度保持相对恒定而可以扩大操作范围。

燃料分级允许具有均衡放热的更高的涡轮入口温度。轴向分级的系统通常采用沿燃烧器流道的多个燃料喷射平面。虽然在材料和传热方法方面有进步，但对于在满负荷条件下产生低的氮氧化物排放，当前的燃烧器设计仍然受到挑战。同样地，部分负荷条件下的一氧化碳排放在降低燃烧点火温度方面形成挑战。通过仅仅点燃选定的喷嘴，邻近的未点燃喷嘴可能抑制该反应并产生一氧化碳。该点燃的喷嘴也可能导致燃烧器衬套中的显著热应力从而缩短元件寿命。

因此存在对于改进的燃料喷嘴和燃烧器设计和/或分级其中的燃料的方法使得降低燃料温度峰值的需求。此类改进的设计应该以氮氧化物、一氧化碳和其他类型排放物的对应低产量而保持充足的系统输出和效率。

发明内容

因此本申请以及所得到的专利提供了一种用于涡轮发动机的燃烧器。该燃烧器可以包括多个燃料喷嘴，且燃料喷嘴的一个或更多包括一种旋流器组件。该旋流器组件可以包括多个级，这些级具有多个供给燃料的结构和多个不供给燃料的结构。

本申请以及所得到的专利还提供了操作一种用于延迟稀薄喷射的燃烧器的方法。该方法可以包括以下步骤：提供空气流至燃料喷嘴，提供燃料流通过旋流器组件的一个或多个供给燃料的结构，使通过旋流器组件的多个级的空气流和燃料流旋流，形成用于低排放的燃料喷嘴周围的主回流区，以及形成用于高温的燃料喷嘴下游的辅回流区。

本申请以及所得到的专利还提供了一种用于与燃烧器一起使用的旋流器组件。该旋流器组件可以包括多个级，多个叶片，以及多个块。每一级都可以包括一个或更多叶片和/或块。

当结合若干附图和所附权利要求查看以下具体实施方式后，本申请和所得到的专利的这些和其他特征以及改进对于本领域普通技术人员将变得明显。

附图说明

图1是已知燃气涡轮发动机的示意图。

图2是已知燃烧器的示意性剖面图。

图3是图2的燃烧器的端盖和燃料喷嘴组件的示意性正视图。

图4是具有可如本文描述的旋流器的燃料喷嘴的部分侧面剖视图。

图5是具有可如本文描述的旋流器的备选实施例的燃料喷嘴的部分侧面剖视图。

图6是图4的燃料喷嘴的旋流器的径向实施例的正面俯视图。

图7是图4的燃料喷嘴的旋流器的块实施例的示意图。

图8是图7的旋流器的块实施例的部分侧视图。

部件列表

10燃气涡轮发动机

15压缩机

20空气流

25燃烧器

30燃料流

35燃烧气体流

40涡轮

45轴

50负载

55外壳

60端盖

65外喷嘴

70中心喷嘴

75燃烧区

80外壳

85流套筒

90流道

95过渡件

100燃烧器

110燃料喷嘴

120中心燃料喷嘴

130旋流器组件

140级

150第一级

160第二级

170第三级

180轴向方向

190周向方向

200径向叶片

210块

220固定块

230活动块

240喷射口

245供给燃料

250不供给燃料

260富集回流区

270稀薄回流区

具体实施方式