[发明专利]燃烧器和用于将流供应到燃烧器的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及燃烧器和用于将流供应到燃烧器的方法。在特定实施例中，燃烧器和方法跨过燃烧器提供工作流体的轴向流。

背景技术

燃烧器在工业和商业操作中普遍地用于点燃燃料以产生具有高的温度和压力的燃烧气体。例如，工业燃气涡轮通常包括一个或更多燃烧器以产生功率或推力。用于产生电能的典型商用燃气涡轮包括在前部的轴向式压缩机、围绕中部周向布置的一个或更多燃烧器、以及在后部的涡轮。环境空气可被供应到压缩机，并且压缩机中的旋转叶片和静叶逐渐地赋予工作流体(空气)动能，以产生处于高能状态的压缩的工作流体。压缩的工作流体离开压缩机并流过每个燃烧器中的一个或更多喷嘴，在燃烧器中，压缩的工作流体与燃料混合并在燃烧室中点燃而产生具有高的温度和压力的燃烧气体。燃烧气体流动至涡轮以做功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可使连接到发电机的轴旋转而发电。

公知的是，燃气涡轮的热力学效率通常随着更高的燃烧气体温度而增加。然而，更高的燃烧气体温度也可增加不期望的排放的产生，减小对回火和/或火焰稳定的设计裕度，且/或使各种燃烧器构件暴露于过高的温度。结果，存在多种技术以允许更高的燃烧气体温度，同时减小不期望的废气排放、回火、火焰稳定和过高的温度。许多这样的技术试图在燃烧之前增强燃料和压缩的工作流体的均匀混合，以减少或防止燃烧室中与不期望的排放、回火和/或火焰稳定相关联的局部过热点。

另外的技术试图增加对燃烧器构件的冷却，以防止过高的温度损坏燃烧器构件。具体而言，工作流体的一部分可被引导跨过暴露于更高温燃烧气体的燃烧器构件的外部，以向燃烧器构件提供冲击、对流和/或传导冷却。工作流体跨过燃烧器构件外部的轴向喷射减小了工作流体跨过燃烧器的压力损失，这继而增加了燃烧气体流和燃气涡轮的总效率。因此，一种改进的燃烧器和用于跨过燃烧器构件的外部供应轴向流的方法将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点陈述在下面的描述中，或者可从该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。

本发明的一个实施例是一种用于将流供应到燃烧器的装置。该装置包括构造成周向围绕燃烧器的流动套筒，其中，流动套筒限定围绕燃烧器的第一环形通道。第一环形通道的第一区段以第一收敛速度收敛。第一区段下游的第一环形通道的第二区段以小于第一收敛速度的第二收敛速度收敛。

本发明的另一个实施例是一种燃烧器，其包括至少部分地限定燃烧室的衬套。流动套筒周向围绕衬套，并且衬套和流动套筒在衬套和流动套筒之间限定第一环形通道。第一环形通道的第一区段以第一收敛速度收敛，并且第一区段下游的第一环形通道的第二区段以小于第一收敛速度的第二收敛速度收敛。

本发明还可包括一种用于将流供应到燃烧器的方法。该方法包括使工作流体的第一部分大致轴向地流过周向围绕燃烧室的至少一部分的第一环形通道。该方法还包括使第一环形通道以第一收敛速度收敛并使第一环形通道在第一收敛速度下游以第二收敛速度收敛，其中，第二收敛速度小于第一收敛速度。

通过阅读说明书，本领域的普通技术人员将更好地理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，包括参考附图，更具体地陈述了本发明的全面且能够实施的公开内容，包括其对于本领域技术人员而言的最佳模式，在附图中：

图1是在本发明的各种实施例的范围内的示例性燃烧器的简化剖视图；

图2是根据本发明的一个实施例的图1所示燃烧器的一部分的透视局部立体剖视图；

图3是根据本发明的一个实施例的图2所示燃烧器的一部分的放大的透视局部立体剖视图；以及

图4是图3所示第一环形通道的侧剖视图。

附图标记：

10     燃烧器

12     壳体

14     端盖

16     喷嘴

18     端帽

20     衬套

22     燃烧室

24     过渡件

26     第一级喷嘴

28     涡轮

30     流动套筒

32     第一环形通道

34     冲击套筒

36     第二环形通道

38     流动孔

40     流过第二环形通道的工作流体

50     流过轴向喷射入口的工作流体

52     轴向喷射入口